守护水质安全的关键：一文读懂 TOC 分析的重要性与核心技术

守护水质安全的关键：一文读懂 TOC 分析的重要性与核心技术

什么是TOC？

总有机碳测量样品中有机污染物的量。TOC分析在全球范围内不断进行，它对人类的安全和繁衍至关重要。有机污染会降低离子交换能力，诱发不良生物生长，使处理过的水不能安全使用，且水处理会产生有害副产品，因此TOC分析有助于市政确定其过程的有效性。

如何测量TOC？

简而言之，TOC分析仪的工作是将有机化合物氧化成CO2，并测量产生的CO2量。无论哪种氧化技术，TOC都必须通过测量或去除样品总碳（TC）中的各种组分来确定。这些组分定义如下：

• 总有机碳（TOC） - 有机分子中以共价键合的所有碳原子

• 无机碳（IC） - 碳酸盐、碳酸氢盐和溶解CO2

• 溶解有机碳（DOC） - 通过0.45μm孔径过滤器的TOC组分

• 悬浮有机碳（也称为颗粒有机碳） - 0.45μm过滤器截留的TOC组分

• 可吹除有机碳（POC，有时称为挥发性有机碳） - 在特定条件下，通过气提从水溶液中去除的TOC组分

• 不可吹除有机碳（NPOC） - 气提去除的TOC组分。在大多数情况下，无机碳是被吹除而不是被“测定"，在这种情况下，只测定NPOC，而POC并假定为可忽略。

该图直观地展示了TC的组分如何划分的：

其他重要术语

试剂空白 –在不引入样品或标准品的情况下，由含有试剂的分析结果产生的检测器响应。这种反应由试剂、气体、消解容器和/或管道中的碳污染引起的。
标准- 添加任何已知碳量的样品
水空白品或仪器方法空白 -分析仪对水中碳含量的响应。在校准期间，通过使用水作为零浓度标准来测量。

测定TOC

总有机碳由有机分子中的所有碳原子组成。具体而言，这是在去除无机碳后，有机化合物中通过氧化转化为二氧化碳的所有碳的测量。测定TOC的两种最常见的技术是减法测定TOC和吹除测定TOC。

在减法测定TOC中，测量IC并从测得的TC中减去IC：

减法测定TOC的优点是POC的损失最小。然而，这种技术有几个缺点。与吹除测定TOC相比，减法测定TOC处理量较差，因为该方法一个TOC结果需要两次分析。该技术不应用于高含量的IC的样品，其中IC含量超过预期TOC结果的50%。

在吹除测定TOC中，在进行任何测量之前，从样品中吹除IC。在这种技术中，如果POC可以忽略，则TOC等于NPOC。由于这个原因，吹除测定TOC有时称为NPOC技术。

吹除测定TOC比减法测定TOC更快，因为它只需要一次分析就能确定TOC。对于含有大量IC的样品，它具有的准确度最高，而且由于没有减去IC产生的干扰，总体精度更高，这种技术的缺点是不测量POC。

主要步骤

TOC分析可分为四个主要步骤：样品引入、氧化、检测和显示。其中每个步骤有几种选择；这最终取决于所使用的TOC分析仪。

样品引入

一个简单吸管系统可用于每次样品引入。或者可以使用配套的自动进样器，使用户可以将多个样品加载到一个序列中进行分析。如果TOC分析仪是在线TOC分析仪，那么它直接连接到水泵系统，并在设定的时间间隔自动收集样品进行分析。

氧化

几种经批准的标准方法用于测量TOC，包括湿化学过硫酸盐氧化和高温催化氧化（燃烧）。湿化学TOC分析包括通过催化剂和加热或UV灯将有机碳氧化成CO 2。湿化学氧化的这两个分步骤是加热过硫酸盐和过硫酸盐- UV。TOC分析的燃烧法包括将样品注入装有氧化催化剂的加热反应室。SM 5310B包含燃烧TOC，而SM 5310C包含加热过硫酸盐和过硫酸盐-UV方法。

检测

在TOC分析中，检测通常通过固态非色散红外检测器（NDIR）来测量样品中的有机物含量。NDIR的工作原理是让红外光束穿过含有CO 2样品气体的样品室。然后测量样品在特定波长范围内吸收的红外线量。例如，CO 2吸收的红外波长范围4.26 μm。

显示

最后，显示是指如何将检测步骤中获得的数据可视化。这一步极大地受益于21世纪的技术革命。许多TOC分析仪配有内部计算机和触摸屏界面，或者由外部PC上的软件控制。