Sievers無機碳去除器(ICR)解決方案
分析儀在測量總有機碳(Total Organic Carbon,TOC)時,都必須處理無機碳(Inorganic Carbon,IC)。IC是指CO2、HCO3-、CO32-里的碳。IC的來源包括溶解的石灰石和從空氣中吸收的二氧化碳。幾乎所有的樣品水中都含有有機碳和無機碳,它們統稱為總碳(Total Carbon,TC)。
總碳(TC)=
有機碳(TOC)+ 無機碳(IC)
當樣品中也含有無機碳時,分析儀就無法單獨測量有機碳,因此大多數TOC分析儀就測量樣品中的TC和IC,然后相減,差值即為TOC。
總碳(TC)- 無機碳(IC)
實測值 實測值
= 有機碳(TOC)
計算值
TOC分析儀也可以先吹除無機碳,然后再測量碳含量,測量結果不含無機碳。此時測得的總碳即為樣品的TOC。該 測 量 值 也 稱 為 “ 不 可 吹 除 有 機 碳(Non-Purgeable Organic Carbon,NPOC)"。
TC = TOC = NPOC
有些TOC分析儀既可以測量IC,又可以去除IC,從而給操作員很大的靈活性,可以根據樣品中的IC含量來選擇操作方法。當樣品中的IC小于TOC時,分析儀無需去除IC即可測得準確結果。分析儀可以直接測量IC,然后用TC減去IC,即得到TOC。
但當IC較高且TOC較低時(例如,IC=10倍TOC),如果不去除或降低IC,則TOC測量結果就會變得不穩定。在下面的示例中,儀器測量TC和IC以計算TOC,TC和IC都很高(IC是TC的組成部分),測量TC和IC的儀器誤差在最終TOC計算值中占有很大比例。如果在進行分析前,先去除或降低IC,就能提高儀器的分析性能。
例如,樣品中含100 ppb TOC和1900 ppb IC。我們假設儀器測量TC和IC的準確度為2%。一種情況是不去除IC,另一種情況是將IC降到100 ppb(見表1)。
在IC較高、TOC較低的情況下,去除或降低IC能夠提高儀器的分析性能。一般來說,在使用Sievers® TOC分析儀時,如果IC高出TOC預期值的10倍以上,我們建議降低或去除IC。
去除和降低IC的方法
有些TOC分析儀用氣體來吹掃樣品,以去除IC,而剩下的碳就是需要測量的有機碳。吹掃樣品是去除IC的有效方法,但需要考慮以下幾個問題:
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吹掃氣體的純度(以免氣體中的有機物污染樣品)。
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揮發性有機物的流失。
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如果不能100%去除IC,則留下的IC可能被報告為TOC,從而給分析系統帶來誤差。
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吹掃氣體會增加成本、提高維護要求、延長樣品制備和分析時間。
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在EPA TOC方法415.3(“確定水源和飲用水的總有機碳含量和254 nm的特定紫外吸光度")中,USEPA規定20分鐘的吹掃時間,氣體流量為100-200毫升/分鐘,確保將IC含量降到zui低,以測量TOC。在實踐中,吹掃時間通常為3-10分鐘,具體時間可以根據儀器生產廠的建議和樣品的特性而定。
表1. 去除和未去除IC的示例計算
顯示了對TOC結果的影響
未去除IC | 去除 IC | |
實際TC | 2000 ppb | 200 ppb |
測得TC (有2%誤差) | 1960-2040 ppb | 196-204 ppb |
實際IC | 1900 ppb | 100 ppb |
測得IC (有2%誤差) | 1862-1938 ppb | 98-102 ppb |
可能的算得TOC | 22-178 ppb | 94-106 ppb |
Sievers技術采用無需氣體的ICR(無機碳去除器)來降低IC含量。該方法已獲得相關證書,并獲USEPA批準用于合規監測。
ICR的工作原理
在去除IC時,ICR首先酸化樣品,以將IC全都變成CO2的形式。酸化之前,IC以離子形式和非離子形式存在。離子形式包括碳酸鹽和碳酸氫鹽,非離子形式為CO2。離子形式和非離子形式的含量比例取決于pH值。酸化樣品可以將IC全都轉化為CO2,以方便將其吹除。
CO2 → HCO3- → CO32-
低 ← pH 值 ← 高
當分析儀探測到連接無機碳去除器(ICR)時,會自動進行樣品酸化,所使用的酸劑同正常TOC分析時使用的酸劑相同,因而無需添加其他試劑。樣品酸化之后,會流過ICR中能滲透CO2的脫氣模塊。ICR還配有真空泵,用于將脫氣模塊外部抽成真空,以去除樣品中的無機碳(CO2)。內置的化學捕集器先“凈化"通過脫氣模塊的空氣,去除空氣中的全部有機物,以免污染樣品。IC的去除率可達95-99%。無需全部去除IC,因為Sievers TOC分析儀會測量剩余的IC,然后用TC減去IC得到TOC。
IC含量被大大降低,從而提高了儀器的分析性能。這種降低或去除IC的方法有以下優點。
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無需吹掃氣體,因而成本較低,去除IC的過程更簡單。
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樣品脫氣同樣品分析直接連在一起,因而無需花額外時間來降低或去除IC。
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此 過 程 使 揮 發 性 有 機 碳(VOC , VolatileOrganic Carbon)的流失降低到最少。進水中流失的VOC會降低進水和出水之間的TOC去除率的計算值。
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此過程由分析儀自動完成,無需人員手動操作。
如果無需去除IC,操作員可以用ICR的開啟和關閉設置來繞過ICR,方便地轉換到正常監測模式。
應用建議
當IC含量超過TOC的10倍時,應考慮使用ICR。常見的應用包括監測原始地表水和地下水。有時,降低或去除IC也有利于監測成品飲用水。
對于在線連續監測的應用,應對所有樣品啟用ICR,并保持ICR的運行。ICR安裝在Sievers M系列實驗室型、便攜式、在線型TOC分析儀的機箱內部,環保效果較佳,使用方便,占據空間小。