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總有機碳TOC對比紫外吸收—與體積排阻色譜SEC連用
簡介
體積排阻色譜法
(SEC，Size Exclusion Chromatography)
是將樣品分子按照尺寸大小來分開的分析方法。流動相以填充有多孔珠狀材料的色譜柱來承載樣品分子，樣品分子可以在孔和空隙(即填充物周圍的空間)之間自由移動1。小分子在孔空間中停留的時間較長，大分子在孔空間中停留的時間較短，因此能夠按照分子的大小將其分開1。
SEC系統可以方便地同其它監測方法(如TOC、吸光度、熒光檢測等)搭配使用2-4，結果數據顯示分子量(MW，Molecular Weight)與強度(即TOC濃度、吸光度、熒光特征)的詳細比較色譜圖，可以用來表征有機物(OM，Organic Matter)，并幫助我們深度了解水處理工藝2-4。
有機物和分子尺寸
在批量水處理工藝中，需要測量TOC和吸光度來滿足法規要求，但這些技術只能將有機物的復雜性簡化成單一數據點，來代表批量水系統的成分5。而實際上水中的有機物由許多復雜分子組成，分子大小和分子量都差別很大，從小于500道爾頓到大于2萬道爾頓2-5。人們按照分子量來分類有機分子，例如最大分子量的分子為生物分子(分子量大于2萬道爾頓)2，中等分子量的分子為腐殖物分子(分子量為500-3000道爾頓)6。有機分子的大小決定了其某些性質，例如能否反應產生消毒副產物，以及是否易于在水處理過程(即膜過濾、凝聚)中被去除2-4。
SEC搭配TOC和吸光度檢測
在過去的幾十年，有機物的SEC分析法越來越流行。如今SEC分析法已廣泛用于研究和工業領域。早期的SEC分析法用紫外吸光度作為主要檢測方法2-4。但吸光度僅適用于發色分子，而大量的非發色有機物無法被吸光度檢測到，從而導致人們對水質的誤判3,4。
近年來，SEC分析法采用TOC作為檢測方法。SEC和TOC搭配使用，能夠檢測出給定樣品中的所有有機物3,4。就像批量水分析一樣，將SEC-TOC數據同SEC-吸光度數據一起使用，就能得出有機物性質的信息(即有機物中的脂肪族與芳香族的比例)2-4。
SEC-TOC-吸光度的工業用途
有機物的SEC分析提供了有關有機物表征和水處理工藝效果的詳細數據。不同的水處理過程會對不同分子量和類型的有機分子產生不同的處理效果3,4，因此上述數據具實用價值。例如膜過濾只能去除大于特定分子量的有機分子，凝聚能從腐殖質中去除芳香族分子(即發色分子)，臭氧氧化能將較大的芳香族分子分解為較小的脂肪族分子。
與批量水分析相比，在監測水處理過程中的有機物變化方面，SEC分析具有明顯優勢。有機物表征能夠幫助我們預測和確認處理工藝對水中的特定有機物的處理效果，以及哪種處理工藝*3,4。下文“性能數據”部分中的示例顯示了用SEC分析來表征有機物并跟蹤水處理過程中有機物含量變化的能力。
解決方案
Sievers® M9 TOC分析儀有在線運行模式，可以作為檢測器同HPLC-SEC系統搭配使用。
優點
樣品制備和儀器操作便捷
SEC-TOC系統可以與其它類型的檢測器(如吸光度、熒光特征等)搭配使用，一次運行即可獲得多組數據
結果數據顯示分子量與 TOC 的詳細色譜
性能數據
下面是用HPLC-SEC來表征有機樣品和水處理工藝效果的示例。用HPLC-SEC系統搭配吸光度(Agilent 1260 Infinity II多波長檢測器)和TOC(Sievers M9 TOC分析儀)來分析樣品。本文著重討論結果數據所顯示的幾個要點。
水處理工藝的效果
以下是來自水處理廠的示例數據。在示例中，水經過凝聚，然后經過膜過濾。表2中顯示了同一樣品的批量水分析數據。圖1a和b顯示了SEC分析的色譜數據。
討論
SEC-TOC和SEC-紫外色譜圖看上去不同，這是因為SEC-TOC檢測所有有機分子中的總碳濃度，而SEC-UV只檢測吸收光的有機分子(即發色有機物，只占總有機物中的一部分)。
SEC色譜圖將一維的批量水數據點擴展為分子量與 TOC 或紫外吸光強度的詳細顯示。我們無法從批量水分析中得到其它具體結論。
兩個主要的分子量峰值部分(見圖1a中的“峰值 1”和“峰值 2”)代表有機物。
峰值1位置的有機物吸光度較弱，基本上屬于脂肪族。峰值2位置的有機物吸光度較強，基本上屬于芳香族。
凝聚去除峰值1和峰值2的有機物。
凝聚只去除峰值2的發色有機物(即芳香族分子)。
膜過濾只去除峰值1的有機物，由此可知峰2的有機分子小于本研究中所采用的膜過濾分子量截止值。
臭氧處理的效果
本文還顯示了用臭氧在2個劑量下(從“劑量1”增加到“劑量2”)處理有機物的示例。我們用前面示例中所描述的SEC系統進行分析。表3、圖2a和2b列出了結果數據。
討論
臭氧處理可以分解高分子量的有機物，產生低分子量的有機物。
隨著臭氧用量的增加，產生的處理效果增強。
新產生的分子位于約1000道爾頓的*峰值處。
臭氧處理破壞發色分子(即芳香族分子)。
不產生新的發色分子(即芳香族分子)。
新產生的低分子量分子(峰值在約1000道爾頓處)是脂肪族分子(不吸收紫外線)。
結論
SEC-TOC分析對分析有機物非常有用，能夠大大擴展從批量水分析中得到的數據。分析結果提供了分子量與TOC的詳細比較色譜。此分析系統可以方便地與其它類型的檢測器(如紫外吸光度檢測器)搭配使用，結果數據可用于表征有機物，幫助我們深入了解水處理過程，優化水處理工藝。Sievers M9 TOC分析儀可以以在線模式來進行SEC檢測，實現更好的水處理工藝的表征和控制。
參考文獻
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