如何測量TOC?

什么是 TOC？

總有機碳測量樣品中有機污染物的量。TOC 分析在全球范圍內不斷進行，它對人類的安全和繁衍至關重要。有機污染會降低離子交換能力，誘發不良生物生長，使處理過的水不能安全使用，且水處理會產生有害副產品，因此 TOC 分析有助于市政確定其過程的有效性。

如何測量 TOC？

簡而言之，TOC 分析儀的工作是將有機化合物氧化成 CO2，并測量產生的 CO2 量。無論哪種氧化技術，TOC 都必須通過測量或去除樣品總碳（TC）中的各種組分來確定。這些組分定義如下：

總有機碳（TOC）- 有機分子中以共價鍵合的所有碳原子

無機碳（IC）- 碳酸鹽、碳酸氫鹽和溶解CO2

溶解有機碳（DOC）- 通過 0.45μm 孔徑過濾器的 TOC 組分

懸浮有機碳（也稱為顆粒有機碳）- 0.45μm 過濾器截留的 TOC 組分

可吹除有機碳（POC，有時稱為揮發性有機碳）- 在特定條件下，通過氣提從水溶液中去除的 TOC 組分

不可吹除有機碳（NPOC）- 氣提去除的 TOC 組分。在大多數情況下，無機碳是被吹除而不是被“測定”，在這種情況下，只測定 NPOC，而 POC 并假定為可忽略。

其他重要術語：

試劑空白 – 在不引入樣品或標準品的情況下，由含有試劑的分析結果產生的檢測器響應。這種反應由試劑、氣體、消解容器和/或管道中的碳污染引起的。

標準 - 添加任何已知碳量的樣品

水空白品或儀器方法空白 - 分析儀對水中碳含量的響應。在校準期間，通過使用水作為零濃度標準來測量。

測定 TOC

總有機碳由有機分子中的所有碳原子組成。具體而言，這是在去除無機碳后，有機化合物中通過氧化轉化為二氧化碳的所有碳的測量。測定 TOC 的兩種最常見的技術是減法測定 TOC 和吹除測定 TOC。

在減法測定 TOC 中，測量 IC 并從測得的 TC 中減去 IC：

減法測定 TOC 的優點是 POC 的損失最小。然而，這種技術有幾個缺點。與吹除測定 TOC 相比，減法測定 TOC 處理量較差，因為該方法一個 TOC 結果需要兩次分析。該技術不應用于高含量的 IC 的樣品，其中 IC 含量超過預期 TOC 結果的 50%。

在吹除測定 TOC 中，在進行任何測量之前，從樣品中吹除 IC。在這種技術中，如果 POC 可以忽略，則 TOC 等于 NPOC。由于這個原因，吹除測定 TOC 有時稱為 NPOC 技術。

吹除測定 TOC 比減法測定 TOC 更快，因為它只需要一次分析就能確定 TOC。對于含有大量 IC 的樣品，它具有的準確度最高，而且由于沒有減去 IC 產生的干擾，總體精度更高。這種技術的缺點是不測量 POC。

主要步驟

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

樣品引入

一個簡單吸管系統可用于每次樣品引入。或者可以使用配套的自動進樣器，使用戶可以將多個樣品加載到一個序列中進行分析。如果 TOC 分析儀是在線 TOC 分析儀，那么它直接連接到水泵系統，并在設定的時間間隔自動收集樣品進行分析。

氧化

幾種經批準的標準方法用于測量 TOC，包括濕化學過硫酸鹽氧化和高溫催化氧化（燃燒）。濕化學 TOC 分析包括通過催化劑和加熱或 UV 燈將有機碳氧化成 CO2。濕化學氧化的這兩個分步驟是加熱過硫酸鹽和過硫酸鹽 - 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室。SM 5310B 包含燃燒 TOC，而 SM 5310C 包含加熱過硫酸鹽和過硫酸鹽 - UV 方法。

檢測

在 TOC 分析中，檢測通常通過固態非色散紅外檢測器（NDIR）來測量樣品中的有機物含量。NDIR 的工作原理是讓紅外光束穿過含有 CO2 樣品氣體的樣品室。然后測量樣品在特定波長范圍內吸收的紅外線量。例如，CO2 吸收的紅外波長范圍 4.26 μm。

顯示

最后，顯示是指如何將檢測步驟中獲得的數據可視化。這一步極大地受益于 21 世紀的技術變革。許多 TOC 分析儀配有內部計算機和觸摸屏界面，或者由外部 PC 上的軟件控制。