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如何测量TOC?

发布日期: 2023-12-25
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什么是 TOC?

总有机碳测量样品中有机污染物的量。TOC 分析在全球范围内不断进行,它对人类的安全和繁衍至关重要。有机污染会降低离子交换能力,诱发不良生物生长,使处理过的水不能安全使用,且水处理会产生有害副产品,因此 TOC 分析有助于市政确定其过程的有效性。

 

如何测量 TOC?

简而言之,TOC 分析仪的工作是将有机化合物氧化成 CO2,并测量产生的 CO2 量。无论哪种氧化技术,TOC 都必须通过测量或去除样品总碳(TC)中的各种组分来确定。这些组分定义如下:

 

总有机碳(TOC)- 有机分子中以共价键合的所有碳原子

无机碳(IC)- 碳酸盐、碳酸氢盐和溶解CO2

溶解有机碳(DOC)- 通过 0.45μm 孔径过滤器的 TOC 组分

悬浮有机碳(也称为颗粒有机碳)- 0.45μm 过滤器截留的 TOC 组分

可吹除有机碳(POC,有时称为挥发性有机碳)- 在特定条件下,通过气提从水溶液中去除的 TOC 组分

不可吹除有机碳(NPOC)- 气提去除的 TOC 组分。在大多数情况下,无机碳是被吹除而不是被“测定”,在这种情况下,只测定 NPOC,而 POC 并假定为可忽略。

 

该图直观地展示了 TC 的组分如何划分的:

 

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其他重要术语:

 

试剂空白 – 在不引入样品或标准品的情况下,由含有试剂的分析结果产生的检测器响应。这种反应由试剂、气体、消解容器和/或管道中的碳污染引起的。

标准 - 添加任何已知碳量的样品

水空白品或仪器方法空白 - 分析仪对水中碳含量的响应。在校准期间,通过使用水作为零浓度标准来测量。

 

测定 TOC

总有机碳由有机分子中的所有碳原子组成。具体而言,这是在去除无机碳后,有机化合物中通过氧化转化为二氧化碳的所有碳的测量。测定 TOC 的两种最常见的技术是减法测定 TOC 和吹除测定 TOC。

 

在减法测定 TOC 中,测量 IC 并从测得的 TC 中减去 IC:

 

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减法测定 TOC 的优点是 POC 的损失最小。然而,这种技术有几个缺点。与吹除测定 TOC 相比,减法测定 TOC 处理量较差,因为该方法一个 TOC 结果需要两次分析。该技术不应用于高含量的 IC 的样品,其中 IC 含量超过预期 TOC 结果的 50%。

 

在吹除测定 TOC 中,在进行任何测量之前,从样品中吹除 IC。在这种技术中,如果 POC 可以忽略,则 TOC 等于 NPOC。由于这个原因,吹除测定 TOC 有时称为 NPOC 技术。

 

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吹除测定 TOC 比减法测定 TOC 更快,因为它只需要一次分析就能确定 TOC。对于含有大量 IC 的样品,它具有的准确度最高,而且由于没有减去 IC 产生的干扰,总体精度更高。这种技术的缺点是不测量 POC。

 

主要步骤

TOC 分析可分为四个主要步骤:样品引入、氧化、检测和显示。其中每个步骤有几种选择;这最终取决于所使用的 TOC 分析仪。

 

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样品引入

 

一个简单吸管系统可用于每次样品引入。或者可以使用配套的自动进样器,使用户可以将多个样品加载到一个序列中进行分析。如果 TOC 分析仪是在线 TOC 分析仪,那么它直接连接到水泵系统,并在设定的时间间隔自动收集样品进行分析。

 

氧化

 

几种经批准的标准方法用于测量 TOC,包括湿化学过硫酸盐氧化和高温催化氧化(燃烧)。湿化学 TOC 分析包括通过催化剂和加热或 UV 灯将有机碳氧化成 CO2。湿化学氧化的这两个分步骤是加热过硫酸盐和过硫酸盐 - UV。TOC 分析的燃烧法包括将样品注入装有氧化催化剂的加热反应室。SM 5310B 包含燃烧 TOC,而 SM 5310C 包含加热过硫酸盐和过硫酸盐 - UV 方法。

 

检测

 

在 TOC 分析中,检测通常通过固态非色散红外检测器(NDIR)来测量样品中的有机物含量。NDIR 的工作原理是让红外光束穿过含有 CO2 样品气体的样品室。然后测量样品在特定波长范围内吸收的红外线量。例如,CO吸收的红外波长范围 4.26 μm。

 

显示

 

最后,显示是指如何将检测步骤中获得的数据可视化。这一步极大地受益于 21 世纪的技术革命。许多 TOC 分析仪配有内部计算机和触摸屏界面,或者由外部 PC 上的软件控制。

 

 

 

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