如何測(cè)量TOC?

什么是 TOC？

總有機(jī)碳測(cè)量樣品中有機(jī)污染物的量。TOC 分析在全球范圍內(nèi)不斷進(jìn)行，它對(duì)人類(lèi)的安全和繁衍至關(guān)重要。有機(jī)污染會(huì)降低離子交換能力，誘發(fā)不良生物生長(zhǎng)，使處理過(guò)的水不能安全使用，且水處理會(huì)產(chǎn)生有害副產(chǎn)品，因此 TOC 分析有助于市政確定其過(guò)程的有效性。

如何測(cè)量 TOC？

簡(jiǎn)而言之，TOC 分析儀的工作是將有機(jī)化合物氧化成 CO2，并測(cè)量產(chǎn)生的 CO2 量。無(wú)論哪種氧化技術(shù)，TOC 都必須通過(guò)測(cè)量或去除樣品總碳（TC）中的各種組分來(lái)確定。這些組分定義如下：

總有機(jī)碳（TOC）- 有機(jī)分子中以共價(jià)鍵合的所有碳原子

無(wú)機(jī)碳（IC）- 碳酸鹽、碳酸氫鹽和溶解CO2

溶解有機(jī)碳（DOC）- 通過(guò) 0.45μm 孔徑過(guò)濾器的 TOC 組分

懸浮有機(jī)碳（也稱(chēng)為顆粒有機(jī)碳）- 0.45μm 過(guò)濾器截留的 TOC 組分

可吹除有機(jī)碳（POC，有時(shí)稱(chēng)為揮發(fā)性有機(jī)碳）- 在特定條件下，通過(guò)氣提從水溶液中去除的 TOC 組分

不可吹除有機(jī)碳（NPOC）- 氣提去除的 TOC 組分。在大多數(shù)情況下，無(wú)機(jī)碳是被吹除而不是被“測(cè)定"，在這種情況下，只測(cè)定 NPOC，而 POC 并假定為可忽略。

其他重要術(shù)語(yǔ)：

試劑空白 – 在不引入樣品或標(biāo)準(zhǔn)品的情況下，由含有試劑的分析結(jié)果產(chǎn)生的檢測(cè)器響應(yīng)。這種反應(yīng)由試劑、氣體、消解容器和/或管道中的碳污染引起的。

標(biāo)準(zhǔn) - 添加任何已知碳量的樣品

水空白品或儀器方法空白 - 分析儀對(duì)水中碳含量的響應(yīng)。在校準(zhǔn)期間，通過(guò)使用水作為零濃度標(biāo)準(zhǔn)來(lái)測(cè)量。

測(cè)定 TOC

總有機(jī)碳由有機(jī)分子中的所有碳原子組成。具體而言，這是在去除無(wú)機(jī)碳后，有機(jī)化合物中通過(guò)氧化轉(zhuǎn)化為二氧化碳的所有碳的測(cè)量。測(cè)定 TOC 的兩種最常見(jiàn)的技術(shù)是減法測(cè)定 TOC 和吹除測(cè)定 TOC。

在減法測(cè)定 TOC 中，測(cè)量 IC 并從測(cè)得的 TC 中減去 IC：

減法測(cè)定 TOC 的優(yōu)點(diǎn)是 POC 的損失最小。然而，這種技術(shù)有幾個(gè)缺點(diǎn)。與吹除測(cè)定 TOC 相比，減法測(cè)定 TOC 處理量較差，因?yàn)樵摲椒ㄒ粋€(gè) TOC 結(jié)果需要兩次分析。該技術(shù)不應(yīng)用于高含量的 IC 的樣品，其中 IC 含量超過(guò)預(yù)期 TOC 結(jié)果的 50%。

在吹除測(cè)定 TOC 中，在進(jìn)行任何測(cè)量之前，從樣品中吹除 IC。在這種技術(shù)中，如果 POC 可以忽略，則 TOC 等于 NPOC。由于這個(gè)原因，吹除測(cè)定 TOC 有時(shí)稱(chēng)為 NPOC 技術(shù)。

吹除測(cè)定 TOC 比減法測(cè)定 TOC 更快，因?yàn)樗恍枰淮畏治鼍湍艽_定 TOC。對(duì)于含有大量 IC 的樣品，它具有的準(zhǔn)確度最高，而且由于沒(méi)有減去 IC 產(chǎn)生的干擾，總體精度更高。這種技術(shù)的缺點(diǎn)是不測(cè)量 POC。

主要步驟

TOC 分析可分為四個(gè)主要步驟：樣品引入、氧化、檢測(cè)和顯示。其中每個(gè)步驟有幾種選擇；這最終取決于所使用的 TOC 分析儀。

樣品引入

一個(gè)簡(jiǎn)單吸管系統(tǒng)可用于每次樣品引入。或者可以使用配套的自動(dòng)進(jìn)樣器，使用戶(hù)可以將多個(gè)樣品加載到一個(gè)序列中進(jìn)行分析。如果 TOC 分析儀是在線(xiàn) TOC 分析儀，那么它直接連接到水泵系統(tǒng)，并在設(shè)定的時(shí)間間隔自動(dòng)收集樣品進(jìn)行分析。

氧化

幾種經(jīng)批準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)方法用于測(cè)量 TOC，包括濕化學(xué)過(guò)硫酸鹽氧化和高溫催化氧化（燃燒）。濕化學(xué) TOC 分析包括通過(guò)催化劑和加熱或 UV 燈將有機(jī)碳氧化成 CO2。濕化學(xué)氧化的這兩個(gè)分步驟是加熱過(guò)硫酸鹽和過(guò)硫酸鹽 - UV。TOC 分析的燃燒法包括將樣品注入裝有氧化催化劑的加熱反應(yīng)室。SM 5310B 包含燃燒 TOC，而 SM 5310C 包含加熱過(guò)硫酸鹽和過(guò)硫酸鹽 - UV 方法。

檢測(cè)

在 TOC 分析中，檢測(cè)通常通過(guò)固態(tài)非色散紅外檢測(cè)器（NDIR）來(lái)測(cè)量樣品中的有機(jī)物含量。NDIR 的工作原理是讓紅外光束穿過(guò)含有 CO2 樣品氣體的樣品室。然后測(cè)量樣品在特定波長(zhǎng)范圍內(nèi)吸收的紅外線(xiàn)量。例如，CO2 吸收的紅外波長(zhǎng)范圍 4.26 μm。

顯示

最后，顯示是指如何將檢測(cè)步驟中獲得的數(shù)據(jù)可視化。這一步極大地受益于 21 世紀(jì)的技術(shù)變革。許多 TOC 分析儀配有內(nèi)部計(jì)算機(jī)和觸摸屏界面，或者由外部 PC 上的軟件控制。