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乐枫科普 | 浅谈超纯水 TOC 检测方法
人阅读 发布时间：2017-06-12 11:07
TOC（Total Organic Carbon）又称总有机碳，大家都知道，有机物是水中污染物的重要组份，总有机碳是指水中溶解性和悬浮性各种有机污染物含碳的总量，它是快速衡量纯水水质的一个关键指标。
TOC 的检测方法很多，在不同的应用领域，由于被测水样中有机物含量的差别，会采用不同的检测方法，主要常见的有：
1. 湿法氧化（过硫酸盐）- 非色散红外探测（NDIR）
该方法是在氧化之前经磷酸处理待测样品，去除无机碳，而后测量 TOC 浓度。现代的 TOC 连续分析仪中，绝大部分都是湿法氧化。此法通常用于水样中可溶性有机碳的测定，对于复杂水样氧化不充分，所以不适用 TOC 含量高的水样品，但对于常规水样如地表水是可以的。这种方法操作复杂，需样品前处理；而且会造成挥发性有机碳的损失；运行成本较高。
2. 高温催化燃烧氧化-非色散红外探测（NDIR）
就是样品在催化剂的作用下高温燃烧，产生 CO2。适用于污染较重的江河，海水以及工业废水等水体。这种方法的缺点在于：氧化温度难以控制；氧化不完全；由于加热炉污染物堆积以及红外试验台污染，需要每隔 2～3 天进行一次校正。
3. 紫外氧化 - 非色散红外探测（NDIR）
采用紫外光（185 nm）进行照射的原理，在样品进入紫外反应器之前去除无机碳，得到精确结果。该法对于颗粒度有机物，蛋白质等高 TOC 含量是不适用的。
4. 紫外（UV）-湿法（过硫酸盐）氧化 - 非色散红外探测（NDIR）
是紫外氧化与湿法氧化两者协同作用的一种方法，氧化降解效果优于其中任何一种方法，可测量污染较重的水样。适用性广，可测范围广泛，普及度高，技术成熟。
5. 电阻法
近年来开始应用。其原理是在温度补偿前提下，测量样品在紫外线氧化前后电阻率的差值来实现的。该方法对水样的来源要求比较严格，只能用于相对洁净度高的工业用水和纯水，应用方向单一。
6. 紫外吸收光谱法
该方法最早的使用可追溯到 1972 年，其原理主要是依靠 254 nm 处紫外吸光度值（A）与水中 TOC 之间的线性关系。具有快速，不接触测量，重复性好，维护量少等优点，经过几十年的发展，其应用得到飞速发展。
7. 电导法
该方法涉及的主要器件是电导池，由参比电极，测量电极，气液分离器，离子交换树脂，反应盘管，NaOH 电导液等组成。优点：价格低，易普及，缺点是稳定性差。
8. 臭氧氧化法
利用臭氧的强氧化性，采用臭氧氧化作为 TOC 的检测技术，反应速度快，无二次污染。此方法应用前景可观。
9. 超声空化声致发光法
这一独特的方法具有无二次污染，无需添加试剂，设备简单等优点。
以上方法的基本原理都是：先把水中不同形式的有机碳通过氧化转化为易定量测定的二氧化碳，消除干扰因素后由二氧化碳检测器测定，利用 CO2 与 TOC 之间碳含量的对应关系，再由数据处理把二氧化碳含量转换成水中有机物的浓度。经过不断的研究实验，TOC 检测方法从传统的复杂技术渐渐变成便捷准确。
TOC 的检测方法很多，在不同的应用领域，由于被测水样中有机物含量的差别，会采用不同的检测方法，主要常见的有：
1. 湿法氧化（过硫酸盐）- 非色散红外探测（NDIR）
该方法是在氧化之前经磷酸处理待测样品，去除无机碳，而后测量 TOC 浓度。现代的 TOC 连续分析仪中，绝大部分都是湿法氧化。此法通常用于水样中可溶性有机碳的测定，对于复杂水样氧化不充分，所以不适用 TOC 含量高的水样品，但对于常规水样如地表水是可以的。这种方法操作复杂，需样品前处理；而且会造成挥发性有机碳的损失；运行成本较高。
2. 高温催化燃烧氧化-非色散红外探测（NDIR）
就是样品在催化剂的作用下高温燃烧，产生 CO2。适用于污染较重的江河，海水以及工业废水等水体。这种方法的缺点在于：氧化温度难以控制；氧化不完全；由于加热炉污染物堆积以及红外试验台污染，需要每隔 2～3 天进行一次校正。
3. 紫外氧化 - 非色散红外探测（NDIR）
采用紫外光（185 nm）进行照射的原理，在样品进入紫外反应器之前去除无机碳，得到精确结果。该法对于颗粒度有机物，蛋白质等高 TOC 含量是不适用的。
4. 紫外（UV）-湿法（过硫酸盐）氧化 - 非色散红外探测（NDIR）
是紫外氧化与湿法氧化两者协同作用的一种方法，氧化降解效果优于其中任何一种方法，可测量污染较重的水样。适用性广，可测范围广泛，普及度高，技术成熟。
5. 电阻法
近年来开始应用。其原理是在温度补偿前提下，测量样品在紫外线氧化前后电阻率的差值来实现的。该方法对水样的来源要求比较严格，只能用于相对洁净度高的工业用水和纯水，应用方向单一。
6. 紫外吸收光谱法
该方法最早的使用可追溯到 1972 年，其原理主要是依靠 254 nm 处紫外吸光度值（A）与水中 TOC 之间的线性关系。具有快速，不接触测量，重复性好，维护量少等优点，经过几十年的发展，其应用得到飞速发展。
7. 电导法
该方法涉及的主要器件是电导池，由参比电极，测量电极，气液分离器，离子交换树脂，反应盘管，NaOH 电导液等组成。优点：价格低，易普及，缺点是稳定性差。
8. 臭氧氧化法
利用臭氧的强氧化性，采用臭氧氧化作为 TOC 的检测技术，反应速度快，无二次污染。此方法应用前景可观。
9. 超声空化声致发光法
这一独特的方法具有无二次污染，无需添加试剂，设备简单等优点。
以上方法的基本原理都是：先把水中不同形式的有机碳通过氧化转化为易定量测定的二氧化碳，消除干扰因素后由二氧化碳检测器测定，利用 CO2 与 TOC 之间碳含量的对应关系，再由数据处理把二氧化碳含量转换成水中有机物的浓度。经过不断的研究实验，TOC 检测方法从传统的复杂技术渐渐变成便捷准确。
在不同的应用领域不同的 TOC 检测方法，而实验室纯水、超纯水行业，最常见的检测方法是什么呢？答案是紫外光氧化法。
紫外光氧化方法过程如下：
进水水流流经第一个电导率传感，接着流过 UV 氧化反应器，水中的有机物被氧化成 CO2，再次流经第二个电导率传感，两次电导率的变化即反映水中 TOC 的含量。
进水水流流经第一个电导率传感，接着流过 UV 氧化反应器，水中的有机物被氧化成 CO2，再次流经第二个电导率传感，两次电导率的变化即反映水中 TOC 的含量。
其原理是：水中的某些分子流经 UV 氧化反应器时，从 UV 辐射吸收能量后，其化学键断裂产生自由基，而自由基是具有很高活性的物质，可以氧化有机分子。自由基使有机物电离，随后产生水的电导率变化。
更细一点区分，紫外氧化法又可分为全氧化法和部分氧化法二种。顾名思义，前者就是把被测水中的有机物 100% 氧化，直到电导率不再变化，测出 TOC 值。完全氧化水中的有机物，对检测装置的要求极高，氧化时间至少需要5 分钟以上，测的是氧化曲线，所以结果也更准确。而后者只是氧化了被测水中的部分有机物，从而推算水中的 TOC 值，检测的是点，氧化时间很短，几乎是即时显示结果。这种氧化方法的检测结果与实际值误差较大，无法准确的反应实际 TOC 值。
目前的纯水器市场，部分高端水机具备 TOC 检测功能，那么，如何区分它采用的是全氧化法还是部分氧化法呢？这里介绍两个简单的辨别方法：
1.从结构上看，全氧化法检测的是氧化曲线，检测单元与紫外灯合为一体；部分氧化法检测的是点，检测单元与紫外灯互相独立。
2.从检测时间上看，全氧化法检测一个结果至少需要 5 分钟以上，甚至更多（为确保有机物 100% 转换），部分氧化法几乎是即时显示结果。
水中有机物的成分复杂：小分子、大分子、蛋白质、微生物。各种有机物氧化需要消耗的能量不同，部分氧化法无法准确估算水中的各类有机物成分，所以，它的检测结果与实际值误差较大。可以这样想象：部分氧化就是一个渔夫，用渔网捕鱼，来推测鱼池中有一共有多少鱼，全部氧化就是把鱼池抽干，所有鱼都清点一遍。都自称带有 TOC 检测的纯水系统，孰优孰劣，也就一目了然了。
乐枫在 2017 年初推出的纯水 TOC 检测技术采用的就是全部氧化方法，其检测结果绝对是经得起推敲的。
关于上海乐枫生物科技有限公司
上海乐枫专业从事高端水纯化和实验室分离纯化产品的研发、设计和制造，致力于，为生命科学和生物技术提供精锐品质、高附加值的创新产品。乐枫产品线包括实验室纯水系统、密理博纯水兼容耗材和实验室分离纯化产品。成立十年，乐枫创立出了自己的品牌RephiLe（瑞枫），拥有30多项专利和多个软件著作权。产品销往全球近90个国家和地区。
更多 RephiLe 产品信息，请登陆：www.rephile.cn
RephiLe 企业微信名：乐枫纯水（添加关注乐枫）
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