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分析儀在測(cè)量總有機(jī)碳（Total Organic Carbon，TOC）時(shí)，都必須處理無(wú)機(jī)碳（Inorganic Carbon，IC）。IC是指CO2、HCO3-、CO32-里的碳。IC的來(lái)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(wú)機(jī)碳，它們統(tǒng)稱(chēng)為總碳（Total Carbon，TC）。
總碳（TC）=
有機(jī)碳（TOC）+ 無(wú)機(jī)碳（IC）
當(dāng)樣品中也含有無(wú)機(jī)碳時(shí)，分析儀就無(wú)法單獨(dú)測(cè)量有機(jī)碳，因此大多數(shù)TOC分析儀就測(cè)量樣品中的TC和IC，然后相減，差值即為T(mén)OC。
總碳（TC）- 無(wú)機(jī)碳（IC）
實(shí)測(cè)值 實(shí)測(cè)值
= 有機(jī)碳（TOC）
計(jì)算值
TOC分析儀也可以先吹除無(wú)機(jī)碳，然后再測(cè)量碳含量，測(cè)量結(jié)果不含無(wú)機(jī)碳。此時(shí)測(cè)得的總碳即為樣品的TOC。該 測(cè) 量 值 也 稱(chēng) 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(cè)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(lái)選擇操作方法。當(dāng)樣品中的IC小于TOC時(shí)，分析儀無(wú)需去除IC即可測(cè)得準(zhǔn)確結(jié)果。分析儀可以直接測(cè)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(cè)量結(jié)果就會(huì)變得不穩(wěn)定。在下面的示例中，儀器測(cè)量TC和IC以計(jì)算TOC，TC和IC都很高（IC是TC的組成部分），測(cè)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(cè)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(jiàn)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(lái)說(shuō)，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。
去除和降低IC的方法
有些TOC分析儀用氣體來(lái)吹掃樣品，以去除IC，而剩下的碳就是需要測(cè)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(wèn)題：
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吹掃氣體的純度（以免氣體中的有機(jī)物污染樣品）。
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揮發(fā)性有機(jī)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(bào)告為T(mén)OC，從而給分析系統(tǒng)帶來(lái)誤差。
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吹掃氣體會(huì)增加成本、提高維護(hù)要求、延長(zhǎng)樣品制備和分析時(shí)間。
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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(cè)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(chǎng)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(duì)TOC結(jié)果的影響
未去除IC | 去除 IC | |
實(shí)際TC | 2000 ppb | 200 ppb |
測(cè)得TC （有2％誤差） | 1960-2040 ppb | 196-204 ppb |
實(shí)際IC | 1900 ppb | 100 ppb |
測(cè)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(wú)需氣體的ICR（無(wú)機(jī)碳去除器）來(lái)降低IC含量。該方法已獲得相關(guān)證書(shū)，并獲USEPA批準(zhǔn)用于合規(guī)監(jiān)測(cè)。
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(cè)到連接無(wú)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(wú)需添加其他試劑。樣品酸化之后，會(huì)流過(guò)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(wú)機(jī)碳（CO2）。內(nèi)置的化學(xué)捕集器先“凈化”通過(guò)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(wú)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(cè)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)。
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無(wú)需吹掃氣體，因而成本較低，去除IC的過(guò)程更簡(jiǎn)單。
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樣品脫氣同樣品分析直接連在一起，因而無(wú)需花額外時(shí)間來(lái)降低或去除IC。
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此 過(guò) 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。
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此過(guò)程由分析儀自動(dòng)完成，無(wú)需人員手動(dòng)操作。
如果無(wú)需去除IC，操作員可以用ICR的開(kāi)啟和關(guān)閉設(shè)置來(lái)繞過(guò)ICR，方便地轉(zhuǎn)換到正常監(jiān)測(cè)模式。
應(yīng)用建議
當(dāng)IC含量超過(guò)TOC的10倍時(shí)，應(yīng)考慮使用ICR。常見(jiàn)的應(yīng)用包括監(jiān)測(cè)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(cè)成品飲用水。
對(duì)于在線(xiàn)連續(xù)監(jiān)測(cè)的應(yīng)用，應(yīng)對(duì)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(xiàn)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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