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Sievers無機(jī)碳去除器(ICR)解決方案

來源:威立雅Sievers分析儀   2023年01月09日 13:13  

分析儀在測量總有機(jī)碳(Total Organic Carbon,TOC)時(shí),都必須處理無機(jī)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(jī)碳和無機(jī)碳,它們統(tǒng)稱為總碳(Total Carbon,TC)。


總碳(TC=

有機(jī)碳TOC+ 無機(jī)碳IC


當(dāng)樣品中也含有無機(jī)碳時(shí),分析儀就無法單獨(dú)測量有機(jī)碳,因此大多數(shù)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(jī)碳(IC

實(shí)測值         實(shí)測值

= 有機(jī)碳(TOC

計(jì)算值


TOC分析儀也可以先吹除無機(jī)碳,然后再測量碳含量,測量結(jié)果不含無機(jī)碳。此時(shí)測得的總碳即為樣品的TOC。該 測 量 值 也 稱 為 “ 不 可 吹 除 有 機(jī) 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(jù)樣品中的IC含量來選擇操作方法。當(dāng)樣品中的IC小于TOC時(shí),分析儀無需去除IC即可測得準(zhǔn)確結(jié)果。分析儀可以直接測量IC,然后用TC減去IC,即得到TOC。


但當(dāng)IC較高且TOC較低時(shí)(例如,IC=10倍TOC),如果不去除或降低IC,則TOC測量結(jié)果就會(huì)變得不穩(wěn)定。在下面的示例中,儀器測量TC和IC以計(jì)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(jì)算值中占有很大比例。如果在進(jìn)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(shè)儀器測量TC和IC的準(zhǔn)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(shí),如果IC高出TOC預(yù)期值的10倍以上,我們建議降低或去除IC。

圖片



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(jī)碳。吹掃樣品是去除IC的有效方法,但需要考慮以下幾個(gè)問題:

?

吹掃氣體的純度(以免氣體中的有機(jī)物污染樣品)。

?

揮發(fā)性有機(jī)物的流失。

?

如果不能100%去除IC,則留下的IC可能被報(bào)告為TOC,從而給分析系統(tǒng)帶來誤差。

?

吹掃氣體會(huì)增加成本、提高維護(hù)要求、延長樣品制備和分析時(shí)間。

?

在EPA TOC方法415.3(“確定水源和飲用水的總有機(jī)碳含量和254 nm的特定紫外吸光度”)中,USEPA規(guī)定20分鐘的吹掃時(shí)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(shí)踐中,吹掃時(shí)間通常為3-10分鐘,具體時(shí)間可以根據(jù)儀器生產(chǎn)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(jì)算

顯示了對TOC結(jié)果的影響


_

未去除IC

去除 IC

實(shí)際TC

2000 ppb

200 ppb

測得TC

(有2%誤差)

1960-2040 ppb

196-204 ppb

實(shí)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(shù)采用無需氣體的ICR(無機(jī)碳去除器)來降低IC含量。該方法已獲得相關(guān)證書,并獲USEPA批準(zhǔn)用于合規(guī)監(jiān)測。



ICR的工作原理

在去除IC時(shí),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(zhuǎn)化為CO2,以方便將其吹除。


CO2 → HCO3- → CO32-

低 ← pH 值 ← 高


當(dāng)分析儀探測到連接無機(jī)碳去除器(ICR)時(shí),會(huì)自動(dòng)進(jìn)行樣品酸化,所使用的酸劑同正常TOC分析時(shí)使用的酸劑相同,因而無需添加其他試劑。樣品酸化之后,會(huì)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(jī)碳(CO2)。內(nèi)置的化學(xué)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(jī)物,以免污染樣品。IC的去除率可達(dá)95-99%。無需全部去除IC,因?yàn)?strong style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important;">Sievers TOC分析儀會(huì)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(yōu)點(diǎn)。

?

無需吹掃氣體,因而成本較低,去除IC的過程更簡單。

?

樣品脫氣同樣品分析直接連在一起,因而無需花額外時(shí)間來降低或去除IC。

?

此 過 程 使 揮 發(fā) 性 有 機(jī) 碳(VOC , VolatileOrganic Carbon)的流失降低到最少。進(jìn)水中流失的VOC會(huì)降低進(jìn)水和出水之間的TOC去除率的計(jì)算值。

?

此過程由分析儀自動(dòng)完成,無需人員手動(dòng)操作。


如果無需去除IC,操作員可以用ICR的開啟和關(guān)閉設(shè)置來繞過ICR,方便地轉(zhuǎn)換到正常監(jiān)測模式。



應(yīng)用建議

當(dāng)IC含量超過TOC的10倍時(shí),應(yīng)考慮使用ICR。常見的應(yīng)用包括監(jiān)測原始地表水和地下水。有時(shí),降低或去除IC也有利于監(jiān)測成品飲用水。


對于在線連續(xù)監(jiān)測的應(yīng)用,應(yīng)對所有樣品啟用ICR,并保持ICR的運(yùn)行。ICR安裝在Sievers M系列實(shí)驗(yàn)室型、便攜式、在線型TOC分析儀的機(jī)箱內(nèi)部,環(huán)保效果較佳,使用方便,占據(jù)空間小。




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