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在清洁验证和水纯化应用中TOC分析仪所用分析检测器的比较

2021/04/08 11:19

阅读：100

应用领域：

环保

发布时间：

2021/04/08

检测样品：

环境水（除海水）

检测项目：

有机物综合指标

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参考标准：

方案摘要：

确定用于清洗验证和纯化水应用的最佳TOC分析仪，通常会有两种常用检测技术的比较:，NDIR检测和膜电导率。本研究中，在药物的应用上，通过使用几种不同的基质和分析物，分析比较这两种分析检测技术。

产品配置单：

分析仪器

Tekmar 总有机碳TOC分析仪 UV紫外线/过硫酸盐法

型号： Fusion

产地：美国

品牌： Tekmar

¥20万 - 30万

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方案详情：

背景

电导率

TOC分析仪采用直接的电导率检测器，提供最简单和最紧凑的设计应用。电导率法(包括直接电导法和膜电导法)测量样品氧化前后的电导率。结果的差异测量归因于样品的TOC含量。在样品氧化阶段，形成二氧化碳(CO2)和其他气体，溶解的二氧化碳形成一种弱酸，从而改变原始样品的电导率，它与TOC的含量成一定比例。该技术的成功依赖于样品基体中只存在二氧化碳的假设，如果样品中存在其他化学物质，它们单独的氧化产物可能对实际TOC值产生正干扰或负干扰，从而导致相应的分析误差。此外，超过50 ppmC的测量值与样品的TOC并不是均匀成比例的，因此无法实现。最后，电导率补偿误差与温度和pH值有关，这也是非常重要的。

膜电导率

另一种利用电导率提高TOC分析准确性的方法是使用疏水气体渗透膜。这些膜可以让溶解的二氧化碳气体有更大的“选择性”通过，到达用于电导率分析的“零级”水。虽然这种方法解决了某些问题，但膜往往有其自身的局限性。潜在的问题通常包括堵塞、真正的选择性、微泄漏、流动问题、死点和微生物生长(堵塞)。最令人担忧的是，在关键应用中，膜容易发生二次化学反应，导致“假阴性”，这种情况比“假阳性”严重得多。因为假阴性可能导致符合清洁验证标准的错误结论，它们是消费者最大的安全问题。

其他的担忧包括一旦发生超负荷的条件，超过仪器的范围，膜法无法恢复他们的操作性能，恢复通常需要数小时才能恢复到可靠的服务和重新校准。pH值的微小变化也是导致不准确的一个众所周知的因素，它会导致有机物的不完全氧化，从而干扰CO2检测。

NDIR检测器

NDIR探测器使用红外(IR)能量来检测二氧化碳的存在。当含有二氧化碳的样品气体充满样品室时，红外光束通过样品室传输。通过位于检测器内质量流量传感器连接的前后加压的池子，光学滤光片只允许预定波长的光从红外源到达探测器单元，当红外能量穿过二氧化碳气体时，会产生独特的吸收光谱，使二氧化碳有别于其他气体，为了校准通过样品室的红外光并提高光学效率，光源被一个特别的金质内衬的抛物面反射器组件包裹。

流向检测池的气体的任何变化都会单独改变每个池内的压力。这种压力差由质量流量传感器检测，然后发出与流量大小成比例的电信号。当这种情况发生时，仪表监测器在与发出的电信号对应的图形上显示一个单点(通常以毫伏[mV]为单位)。这个点表示检测器内的二氧化碳在特定时刻的量。随着时间的推移，测量红外光的吸附量，样品气体流经检测器时，检测器内的二氧化碳量会增加或减少。集合在一起后发现，绘制的点与传统的流通池钟形曲线有关。二氧化碳样品的结果是通过曲线下面积的数学积分计算出来的。NDIR检测技术为TOC分析中CO2的检测提供了一种更实用、无干扰的方法。通过测量气相中的二氧化碳，消除了残留在样品中的其他化合物的干扰效应。

Figure 1 在0.8% NaCl条件下，随着TOC浓度的增加，两台分别采用膜电导率和NDIR检测技术的TOC分析仪的比较。在分析之前，每个分析仪都根据其制造规格进行校准

Figure 2利用膜电导率与NDIR检测技术对比药物化合物的回收率

Figure 3 随着水样中叠氮化物量的增加，TOC分析检测器的比较

Figure 4 随着水样中硝酸盐量的增加，TOC分析检测器的比较

结论

对比图1中0.8%氯化钠浓度下的卤水样品，可以看出NDIR检测的优越性。NDIR检测器远远超过膜电导率检测分析盐水的能力。图2显示，难以氧化的药物化合物 (由于它们复杂的分子结构和不同的氮、硫和碳含量) 的比较。如所示，与NDIR检测器相比，膜电导率检测器不能有效地回收这些化合物。图3和图4表明，随着氮浓度的增加，样品中的氮化学物质(及其各自的氧化产物) 对膜的电导率TOC回收率有负影响。相比膜电导率技术，NDIR检测技术在所有的化合物分析以及广泛的水样品基质分析中，表现出优越的回收率和精度。

参考文献

1. Light, T.S.; Kingman, E.A.; Bevilacqua A.C. TheConductivity of Low Concentrations of CO2 Dissolved in Ultrapure Water From0-100 °C; Paper presented at the 209th American Chemical Society NationalMeeting, Anaheim, CA, April 2-6, 1995. [Online] http://www.gatewayequipment.com/cond_CO2.pdf(accessed Sept 28, 2017).
2. Wallace, B.;Stevens, R. Evaluating Oxidation and Detection Technologies, PharmaceuticalFormulation. March/April 2004, 76 – 77.

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