守護(hù)水質(zhì)安全的關(guān)鍵：一文讀懂 TOC 分析的重要性與核心技術(shù)

守護(hù)水質(zhì)安全的關(guān)鍵：一文讀懂 TOC 分析的重要性與核心技術(shù)

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。

該圖直觀地展示了TC的組分如何劃分的：

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CO 2。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CO 2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)吸收的紅外線量。例如，CO 2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)革命。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。