如何测量TOC?

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 CO2。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 CO2 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，CO2 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 世纪的技术变革。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。