环境水中有机物综合指标检测方案

OAnalytical 应用文档25171105 关键字 Aurora 1030W 并列双腔体 单腔体 TOC 总有机碳 采用 Aurora 1030W TOC分析仪的并列双腔体配置提高分析速度 摘要 样品分析数量的不断增加已经使很多分析仪难以承受其负荷。提高分析能力的传统方式是通过增加另外的分析系统，包括相应支持的硬件，例如：自动进样器和其它附件来实现，但是却需要大量的资金投入。而现在，采用 Aurora 1030W TOC分析仪，通过配置第二根并列的反应腔体，使总有机碳(TOC)的分析得到了创新性的提高。它支持自动峰检测功能，相比于采用单反应腔体分析仪的顺序分析方式，将样品分析速度提高了45%。 简介 快速处理多个样品已经成为实验室不断面临的一个难题。不断增加的法规需要在实验室中检测更多的样品。通过在一个序列运行的之前、之中和之后检测检查标准以确保满足好的实验室程序(GLP)， 而为了符合法规的要求则需要增加分析仪的运行时间。这些需要限制了经过高级培训的实验室人员操作仪器以及解释数据的工作时间。并且由于当今业界普遍遵循分析仪按照顺序处理的方式执行，进一步恶化了这些问题，导致每次重复分析的时间超过了15分钟。 图1 Aurora 1030W TOC 分析仪 提高实验室的效率需要使用更少的直接人力执行更多的分析，同时能够保持高的数据质量标准。管理能够提供很多的途径解决这些问题，而不只是增加硬件和人员以满足样品量增长的要求。采取这些方案的成本是极其昂贵的，通常不会被采纳。 分析仪 纵观当今分析仪器所使用的技术，表明样品处理的顺序性成为了限制仪器分析效率的关键性因素。大多数分析仪按照直线的方式重复执行同样的顺序，而没有花费更多的精力进行系统的优化。总结这个问题的根源在于：处理过程中的每个步骤或阶段都是采用静态的方式。这些动态的阶段使获得结果所需要的时间是固定的，而且被采用最差的情况进行了配置。这种静态的方式是有用的，但通常不是高效的。 检测阶段是一个具有代表性的例子。一台分析仪通常将检测时间窗口设置得足够长，使得大峰能够返回到基线。但是分析仪不能够决定峰在何时结束。这样，当检测阶段持续到完成时将大大浪费了时间。需要执行必要的计算所需的数据可以在分配的时间窗口内的一部份进行收集。 图2图解了在 TOC 分析中采用的常规处理过程，在这里典型的系统流程是按照顺序执行的离散式操作进行的。 图22一台 TOC分析仪采用单反应腔体的典型样品处理过程 可以进行一些小的调整以提高分析过程中某些步骤的顺序。虽然如此，基本系统中所采用的大量的功能限制了效率的改进。 首先需要考虑样品传输系统的设计。大量的仪器采用单独一个装置，例如一个注射器或蠕动泵，以执行所有的样品传输功能。使用单独一套样品传输装置使得接下来的步骤无法执行，因为这些装置在执行之前必须等待一个工作彻底完成。 图3中显示的系统指出了这种设计的弱点。注射器泵的设计使其能够并行处理大量的事件。气体压力也随时待命用于样品的传输、排放和其它功能。这个设计使当软件执行 TOC 处理阶段时，注射器能够预处理下一个样品或样品的下一个重复次数(图2中的第4步)。在样品序列的末尾，反应器在正压下排放并且准备接受下一个需要预处理的样品。通过优化样品的处理方式，缩短了固有的处理时间。 图3 注射器泵的设计使采用单独-一个腔体就实现了并行处理的能力 另外一项主要的设计改进是通过提供动态处理阶段带来的优势。不像前面提到的那种静态的数据评估方法，我们采用一种动态算法实现了自动峰的识别和积分。在上面关于检测阶段的例子中，允许阶段完成的时间长达10分钟。虽然如此，我们的积分算法在小于2分钟内判断样品已经完成，然后软件自动进行分析处理。 在图4中，竖线代表峰的起始和终止点，在这两个点之间的面积将进行积分。在这种情况下，检测时间设置为180秒。虽然如此，终止点几乎总是位于70秒钟的位置。此时，软件关闭检测窗口，分析仪开始处理下一个重复样品。 图4 Aurora 检测TOC 的峰 通过引入这些基本的概念，使仪器的效率得到了极大的改进。为了进一步发挥样品分析速度的优势，这个基本配置可以扩展为并列腔体配置(图5)一 图5 并列腔体的设计 采用这种配置，系统的操作得到了更大的优化。在 TIC/TOC 分析阶段，仪器能够处理两个样品，个由系统从个反应腔体检测二氧化碳，同时加入样品到另一个腔体并进行反应。这样，取决于不同的方法，并列腔体配置的样品分析速度相对于单腔体能够提高45%。分析仪采用相同的阀，选择各自的模板以及单腔体排放模板，这种冗余性，当连续操作时某一个腔体故障时能够保证正常的运行，这是另外一个优势。 与图5中的基本流程图相比，并列系统的样品处理流程图清楚地证明了这个系统的潜在的优势(图6)。 Sample 5 图6比较采用单腔体和并列腔体配置的样品处理过程 试验 为了检测并列腔体配置改进样品分析速度的性能， Aurora 1030W TOC分析仪(图1)配置了两根并列的反应腔体同时进行样品的处理。 磷苯二甲酸氢钾(KHP)标准来自OI分析分器公司(部件号169252)。试剂水为低 TOC 浓度的水，也称为 O-ppmC标准。饮用水购买自一家当地的杂货店，为一加仑瓶装水。 要制备 10-ppmC标准，使用-根移液管取 10 mL 1，000-ppm C KHP 储备溶液。加入到盛有 500-750mL试剂水的1-L容量瓶中，摇匀。用试剂水定容至刻度。 要制备 5-ppmC标准， 取 5 mL 1，000-ppm C KHP 储备溶液并定容至刻度。 要制备 1-ppm C标准，使用一根移液管取2 mL 1，000-ppm C KHP储备溶液。加入到盛有1，000-1，500mL试剂水的2-L容量瓶中，摇匀。用试剂水定容至刻度。 结果和讨论 配置为单腔体模式的 Aurora 采用试剂水和 KHP标准(1，5和10ppmC)进行校准。方法设置为只检测 NPOC，进行内部吹扫，采用默认的参数和8 mL的样品体积(图7)。 图8显示了校准的结果。 图8 校准结果 然后采用检查标准测试校准曲线。在 Aurora 分析仪上，采用单腔体和双腔体模式运行 1-ppm检查标准，重复次数为4。表1显示了结果。 表1检查标准 配置 ppm %RSD %准确度 单腔体 1.006 0.20 0.60 并列腔体 1.014 0.43 1.40 运行15个饮用水样品，重复次数为4。 Aurora 首先以单腔体运行，然后以双腔体再次运行。表2显示了结果。 表2饮用水样品 样品 单腔体 并列腔体 ppm %RSD ppb偏差 ppm %RSD ppb偏差 1 0.040 1.83 0.73 0.047 2.18 1.02 2 0.040 6.67 2.67 0.046 3.49 1.61 3 0.044 1.58 0.70 0.048 1.13 0.54 4 0.041 4.55 1.87 0.047 3.35 1.57 5 0.042 2.02 0.85 0.048 5.19 2.49 6 0.041 2.53 1.04 0.046 1.80 0.83 7 0.039 3.22 1.26 0.049 6.00 2.94 8 0.041 1.74 0.71 0.047 2.24 1.05 9 0.042 3.48 1.46 0.045 4.11 1.85 10 0.041 3.14 1.29 0.048 0.53 0.25 11 0.043 3.36 1.44 0.049 2.76 1.35 12 0.042 2.59 1.09 0.046 0.87 0.40 13 0.042 2.86 1.20 0.047 1.79 0.84 14 0.042 1.34 0.56 0.049 4.58 2.24 15 0.042 2.93 1.23 0.045 1.92 0.86 平均值 0.041 2.92 1.21 0.047 2.80 1.32 并列腔体提供了与单腔体配置相同的恒定的分析结果，只是准确度稍差。虽然在如此低的 TOC 浓度下， %RSD 值超过了2%，但是不论是单腔体还是并列腔体配置的平均 ppb 偏差却都小于 2ppb。 这些数据的采样时间显示在表3。 表3样品处理时间 单腔体 并列腔体 分析起始时间 样品时间周期 分析起始时间 样品时间周期(小时：分钟：秒钟) (小时：分钟：秒钟) 5：05：24 AM --- 5：01：10PM 5：37：31 AM 0：32：07 5：27：49 PM 0：26：39 6：09：35 AM 0：32：04 5：50：25 PM 0：22：36 6：41：29 AM 0：31：54 6：13：01 PM 0：22：36 7：13：34 AM 0：32：05 6：35：39 PM 0：22：38 7：45：38 AM 0：32：04 6：58：16 PM 0：22：37 8：17：31 AM 0：31：53 7：20：52 PM 0：22：36 8：49：30 AM 0：31：59 7：43：28 PM 0：22：36 9：21：37 AM 0：32：07 8：06：02 PM 0：22：34 9：53：43 AM 0：32：06 8：28：40 PM 0：22：38 10：25：44 AM 0：32：01 8：51：18 PM 0：22：38 10：57：49 AM 0：32：05 9：13：55 PM 0：22：37 11：29：51 AM 0：32：02 9：36：30 PM 0：22：35 12：01：50 AM 0：31：59 9：59：07 PM 0：22：37 12：33：54 AM 0：32：04 10：21：43 PM 0：22：36 1：05：58 PM 0：32：04 10：44：21 PM 0：22：38 样品平均 0：32：02 样品平均 0：22：53 重复平均(样品平均/4) 0：08：01 重复平均(样品平均/4) 0：05：43 总时间 8：00：34 总时间 5：43：11 表3中的结果表明单腔体模式的检测需要多花费2小时17分钟，或者增加了39%的时间。样品分析速度减少了接近10分钟，重复时间提高了多达2分15秒。对于15个样品，整个运行时间节省了超过2小时15分钟。如果运行所有88个样品，节省的时间将超过12个小时。样品的分析速度还可以通过采用 TC 模式或 NPOC 带外部吹扫模式，进一步提高。节省下来的时间，可使分析仪用于预处理下个样品。 结论 采用创新性的并列腔体处理方法，提供了大量的优势和选择： ●减少了人员的需要，，可以重新分配人员进行其它的任务，基本上每天增加了6人小时。● 使仪器的资金投入能够更快地得到回收。 为运行单腔体模式可能发生的失败，提供了一个后备的支持功能。 PO.Box 9010 College Station， TX 77842-9010 Z