水质总有机碳的污染监测

总有机碳测量样品中有机污染物的量。TOC 分析在全球不断发生，对人类的安全和成功至关重要。有机污染会降低离子交换能力并导致不需要的生物生长，使我们使用处理过的水不安全。更不用说，水处理会产生环境保护署 (EPA)规定的有害副产品，因此 TOC 分析可帮助市政当局确定其流程的有效性。
 
如何测量 TOC？
简单地说， TOC分析仪的工作 是将有机化合物氧化成CO 2并测量产生的CO 2量 。无论采用何种氧化技术，TOC 都必须通过测量或去除样品总碳 (TC) 中发现的各种组分来确定。这些分数定义如下：
 
总有机碳 (TOC) — 有机分子中共价键合的所有碳原子
无机碳 (IC) — 碳酸盐、碳酸氢盐和溶解的 CO 2
溶解有机碳 (DOC) — 通过 0.45 μm 孔径过滤器的 TOC 分数
悬浮有机碳（也称为微粒有机碳） — 被 0.45-μm 过滤器保留的 TOC 部分
可吹扫有机碳（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 部分
不可清除的有机碳 (NPOC) — 未通过气提去除的 TOC 部分。在大多数情况下，无机碳被清除而不是“确定”，在这种情况下，只有 NPOC 被确定，而 POC 被认为可以忽略不计。 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）。湿法化学 TOC 分析涉及通过催化剂和热或紫外灯将有机碳氧化成 CO 2 。湿法化学氧化的这两个细分是加热过硫酸盐和过硫酸盐-UV。用于 TOC 分析的燃烧法涉及将样品注入带有氧化催化剂的加热反应室中。燃烧 TOC 包含在 SM 5310B 中，而加热过硫酸盐和过硫酸盐-UV 方法包含在 SM 5310C 中。
 
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 的工作原理是将红外光束照射通过含有 CO 2样气的池。然后它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4.26 µm的红外波长范围。最后，显示是指检测步骤中获得的数据如何可视化。这一步极大地受益于21世纪的技术革命。许多 TOC 分析仪有一个内部计算机和一个触摸屏界面，或者它们由外部 PC 上的软件控制。
 
选择氧化技术
由于这两种氧化方法在 TOC 分析仪中实现相同的目的，因此在为您的实验室购买一种技术之前，必须考虑每种技术的优缺点。燃烧技术更适合分析含有悬浮物质（如腐殖酸、细菌、植物或特定高分子量分子）的有机碳，或者更普遍地，适用于浓度高于 1 ppm C 的样品。该技术效率较低碳水平低于 1 ppm C，因为燃烧技术的较高温度限制了可以注入系统的样品量。燃烧技术的主要缺点是由于催化剂上的碳记忆效应，系统空白值通常较高（或背景较高）。
 
当需要低水平检测时，这两种湿法化学氧化技术的性能明显更好。反应发生的温度比燃烧低得多（95-100 °C，与燃烧时 >680 °C 相比），因此可以将更大体积的样品注入系统而无需担心快速膨胀。虽然这两种湿化学技术都比燃烧技术更精确、更可靠，但加热过硫酸盐是最可靠的技术。在加热过硫酸盐技术中，热量通过对流与试剂发生反应，而在过硫酸盐-紫外技术中，紫外光是热源。因此，浑浊的样品可能会降低到达样品基质的紫外线强度，从而降低系统的氧化能力。
 
水处理测量
处理过的水的 TOC 是必不可少的，因为它有助于确保用于从这些设施中去除污染物的过程正常运行。用于水处理的消毒剂会产生 EPA 在消毒剂和消毒副产品规则 (DBPR) 中规定的副产品。可以使用 TOC 分析报告常见的副产品，例如三卤甲烷 (THM)和卤乙酸 (HAA) 。因此，TOC 测量对于确定我们的水可以安全使用和饮用至关重要。
 
废水
废水处理设施分析流入废水的 ​​TOC，以规划和简化其处理过程。城市的工业扩张导致废水负荷增加，这对确定体积、有机物和需氧量的增加量提出了挑战。为此，废水处理设施可以测试 TOC 和/或使用生物需氧量 (BOD) 和化学需氧量 (COD) 作为TOC 的替代品来确定有机负荷和需氧量。
 
食品和饮料
了解我们的食品和饮料的成分对于过上健康的生活方式至关重要。TOC 分析在食品和饮料领域变得越来越普遍，包括在食品过程控制中的应用以确定流出物中的产品损失（在乳制品行业中很常见）以及纯有机食品和饮料的质量控制以对抗人工添加剂（用于蜂蜜） 、枫糖浆和其他天然衍生食品）。通过这种方式，TOC 分析正在帮助公司增加收入和消费者对其产品的信心。
 
研究和学术界
世界各地的科学家正在寻找新的和令人兴奋的方法来使用现有技术。TOC 分析仍然是这项工作的一部分，包括用于基因研究的血液和血浆分析、用于环境影响研究的污染水和土壤分析，以及用于农业和工业应用的超纯水分析。碳测年和环境灾难响应应用在学术界也变得越来越普遍，特别是随着全球变暖威胁的增加。