总碳(TC)=
有机碳(TOC)+ 无机碳(IC)
当样品中也含有无机碳时,分析仪就无法单独测量有机碳,因此大多数TOC分析仪就测量样品中的TC和IC,然后相减,差值即为TOC。
总碳(TC)- 无机碳(IC)
实测值 实测值
= 有机碳(TOC)
计算值
TOC分析仪也可以先吹除无机碳,然后再测量碳含量,测量结果不含无机碳。此时测得的总碳即为样品的TOC。该 测 量 值 也 称 为 “ 不 可 吹 除 有 机 碳(Non-Purgeable Organic Carbon,NPOC)”。
TC = TOC = NPOC
有些TOC分析仪既可以测量IC,又可以去除IC,从而给操作员很大的灵活性,可以根据样品中的IC含量来选择操作方法。当样品中的IC小于TOC时,分析仪无需去除IC即可测得准确结果。分析仪可以直接测量IC,然后用TC减去IC,即得到TOC。
但当IC较高且TOC较低时(例如,IC=10倍TOC),如果不去除或降低IC,则TOC测量结果就会变得不稳定。在下面的示例中,仪器测量TC和IC以计算TOC,TC和IC都很高(IC是TC的组成部分),测量TC和IC的仪器误差在最终TOC计算值中占有很大比例。如果在进行分析前,先去除或降低IC,就能提高仪器的分析性能。
例如,样品中含100 ppb TOC和1900 ppb IC。我们假设仪器测量TC和IC的准确度为2%。一种情况是不去除IC,另一种情况是将IC降到100 ppb(见表1)。
在IC较高、TOC较低的情况下,去除或降低IC能够提高仪器的分析性能。一般来说,在使用Sievers® TOC分析仪时,如果IC高出TOC预期值的10倍以上,我们建议降低或去除IC。
去除和降低IC的方法
有些TOC分析仪用气体来吹扫样品,以去除IC,而剩下的碳就是需要测量的有机碳。吹扫样品是去除IC的有效方法,但需要考虑以下几个问题:
❶
吹扫气体的纯度(以免气体中的有机物污染样品)。
❷
挥发性有机物的流失。
❸
如果不能100%去除IC,则留下的IC可能被报告为TOC,从而给分析系统带来误差。
❹
吹扫气体会增加成本、提高维护要求、延长样品制备和分析时间。
❺
在EPA TOC方法415.3(“确定水源和饮用水的总有机碳含量和254 nm的特定紫外吸光度”)中,USEPA规定20分钟的吹扫时间,气体流量为100-200毫升/分钟,确保将IC含量降到最低,以测量TOC。在实践中,吹扫时间通常为3-10分钟,具体时间可以根据仪器生产厂的建议和样品的特性而定。
表1. 去除和未去除IC的示例计算
显示了对TOC结果的影响
未去除IC | 去除 IC | |
实际TC | 2000 ppb | 200 ppb |
测得TC (有2%误差) | 1960-2040 ppb | 196-204 ppb |
实际IC | 1900 ppb | 100 ppb |
测得IC (有2%误差) | 1862-1938 ppb | 98-102 ppb |
可能的算得TOC | 22-178 ppb | 94-106 ppb |
Sievers技术采用无需气体的ICR(无机碳去除器)来降低IC含量。该方法已获得专利,并获USEPA批准用于合规监测。
ICR的工作原理
在去除IC时,ICR首先酸化样品,以将IC全都变成CO2的形式。酸化之前,IC以离子形式和非离子形式存在。离子形式包括碳酸盐和碳酸氢盐,非离子形式为CO2。离子形式和非离子形式的含量比例取决于pH值。酸化样品可以将IC全都转化为CO2,以方便将其吹除。
CO2 → HCO3- → CO32-
低 ← pH 值 ← 高
当分析仪探测到连接无机碳去除器(ICR)时,会自动进行样品酸化,所使用的酸剂同正常TOC分析时使用的酸剂相同,因而无需添加其他试剂。样品酸化之后,会流过ICR中能渗透CO2的脱气模块。ICR还配有真空泵,用于将脱气模块外部抽成真空,以去除样品中的无机碳(CO2)。内置的化学捕集器先“净化”通过脱气模块的空气,去除空气中的全部有机物,以免污染样品。IC的去除率可达95-99%。无需百分之百去除IC,因为Sievers TOC分析仪会测量剩余的IC,然后用TC减去IC得到TOC。
IC含量被大大降低,从而提高了仪器的分析性能。这种降低或去除IC的方法有以下优点。
❶
无需吹扫气体,因而成本较低,去除IC的过程更简单。
❷
样品脱气同样品分析直接连在一起,因而无需花额外时间来降低或去除IC。
❸
此 过 程 使 挥 发 性 有 机 碳(VOC , VolatileOrganic Carbon)的流失降低到最少。进水中流失的VOC会降低进水和出水之间的TOC去除率的计算值。
❹
此过程由分析仪自动完成,无需人员手动操作。
如果无需去除IC,操作员可以用ICR的开启和关闭设置来绕过ICR,方便地转换到正常监测模式。
应用建议
当IC含量超过TOC的10倍时,应考虑使用ICR。常见的应用包括监测原始地表水和地下水。有时,降低或去除IC也有利于监测成品饮用水。
对于在线连续监测的应用,应对所有样品启用ICR,并保持ICR的运行。ICR安装在Sievers M系列实验室型、便携式、在线型TOC分析仪的机箱内部,环保效果最佳,使用方便,占据空间小。
◆ ◆ ◆
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[来源:Sievers分析仪(威立雅)]
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