Các Phương Pháp Phân Tích TOC Và Nguyên Lí Máy Phân Tích TOC

Ứng dụng khác

Các Phương Pháp Phân Tích TOC – Nguyên lí phân tích toc trong máy phân tích TOC

Các tiêu chuẩn áp dụng phân tích TOC Tổng lượng carbon hữu cơ TOC

ISO 20236:2018 : Water quality — Determination of total organic carbon (TOC), dissolved organic carbon (DOC), total bound nitrogen (TNb) and dissolved bound nitrogen (DNb) after high temperature catalytic oxidative combustion
ISO 8245 : Water quality — Guidelines for the determination of total organic carbon (TOC) and dissolved organic carbon (DOC)
EN 1484 : Water analysis. Guidelines for the determination of total organic carbon (TOC) and dissolved organic carbon (DOC)
EPA 415.3 : Organic Carbon, Total (Combustion or Oxidation)
EPA 9060 : SW-846 Test Method 9060A: Total Organic Carbon
ASTM D7573 : Standard Test Method for Total Carbon and Organic Carbon in Water by High Temperature Catalytic Combustion and Infrared Detection
SM 5310B : Total Organic Carbon (TOC) High-Temperature Combustion Method
USP <643> Total Organic Carbon
HJ 501-2009 , GB 13193-91 , HJ/T 71-2001 : Water quality—Determination of total organic carbon—Combustion oxidation nondispersive infrared absorption method

Phạm vi ứng dụng của các tiêu chuẩn trong phân tích TOC. Các Phương Pháp Phân Tích TOC Và Nguyên lí sử dụng trong máy phân tích TOC

Phân Tích Tổng lượng carbon hữu cơ TOC

Các thành phần của tổng carbon

Một phân tích điển hình về tổng lượng cacbon (TC) đo lường cả tổng lượng cacbon hữu cơ (TOC) hiện có và tổng lượng cacbon vô cơ bổ sung (TIC).
Chỉ số sau đại diện cho lượng cacbon phi hữu cơ, như cacbon trong khoáng chất cacbonat.
Trừ carbon vô cơ khỏi tổng sản lượng carbon sẽ là TOC.
Một biến thể phổ biến khác của phân tích TOC liên quan đến việc loại bỏ phần TIC trước và sau đó đo lượng carbon còn sót lại.
Phương pháp này liên quan đến việc làm sạch một mẫu axit hóa bằng không khí hoặc nitơ không có cacbon trước khi đo.
Và do đó được gọi chính xác hơn là cacbon hữu cơ không thể lọc được (NPOC).

Phát hiện và định lượng

Phát hiện và định lượng chính xác là những thành phần quan trọng nhất của quy trình phân tích TOC. Tính dẫn điện và tia hồng ngoại không phân tán (NDIR) là hai phương pháp phát hiện phổ biến được sử dụng trong các máy phân tích TOC hiện đại.

Đầu dò hồng ngoại không phân tán (NDIR)

Phương pháp phân tích hồng ngoại không phân tán (NDIR) cung cấp phương pháp thực tế duy nhất không gây nhiễu để phát hiện CO2 trong phân tích TOC. Ưu điểm chính của việc sử dụng NDIR là nó đo trực tiếp và cụ thể lượng CO2 được tạo ra do quá trình oxy hóa cacbon hữu cơ trong lò phản ứng oxy hóa, thay vì dựa vào phép đo hiệu ứng thứ cấp, đã hiệu chỉnh, chẳng hạn như được sử dụng trong phép đo độ dẫn điện.

Đồ thị truyền qua khí quyển trong một phần của vùng IR thể hiện các bước sóng hấp thụ CO2

Đầu dò NDIR của TE Isntruments

Máy dò NDIR truyền thống dựa trên công nghệ dòng chảy qua tế bào, trong đó sản phẩm oxy hóa chảy vào và ra khỏi máy dò liên tục. Vùng hấp thụ ánh sáng hồng ngoại đặc trưng cho CO2, thường khoảng 4,26 µm (2350 cm−1), được đo theo thời gian khi khí chảy qua máy dò. Phép đo tham chiếu thứ hai không dành riêng cho CO2 cũng được thực hiện và kết quả khác biệt tương quan với nồng độ CO2 trong máy dò tại thời điểm đó. Khi khí tiếp tục chảy vào và ra khỏi ô dò, tổng các phép đo dẫn đến một đỉnh được tích hợp và tương quan với tổng nồng độ CO2 trong phần mẫu thử.

Ưu điểm của công nghệ NDIR

Một bước tiến mới của công nghệ NDIR là nồng độ áp suất tĩnh (SPC). Van thoát của NDIR được đóng lại để cho phép máy dò trở nên có áp suất.
Khi các khí trong máy dò đã đạt đến trạng thái cân bằng, nồng độ của CO2 được phân tích.
Việc điều áp dòng khí mẫu này trong NDIR, một kỹ thuật đã được cấp bằng sáng chế, cho phép tăng độ nhạy và độ chính xác bằng cách đo toàn bộ các sản phẩm oxy hóa của mẫu trong một lần đọc, so với công nghệ tế bào chảy qua.
Tín hiệu đầu ra tỷ lệ thuận với nồng độ CO2 trong khí mang, từ quá trình oxy hóa phần mẫu thử.
Quá trình oxy hóa UV/Persulfate kết hợp với phát hiện NDIR giúp oxy hóa tốt các chất hữu cơ, ít phải bảo trì thiết bị, độ chính xác cao ở mức ppb, thời gian phân tích mẫu tương đối nhanh và dễ dàng đáp ứng nhiều ứng dụng, bao gồm nước tinh khiết (PW), nước pha tiêm (WFI), CIP , phân tích nước uống và nước siêu tinh khiết.

Máy phân tích TOC hay máy phân tích tổng carbon hữu cơ TOC

Hầu như tất cả các máy phân tích TOC đều đo lượng CO2 được hình thành khi cacbon hữu cơ bị oxy hóa và/hoặc khi cacbon vô cơ bị axit hóa.
Quá trình oxy hóa được thực hiện thông qua quá trình đốt cháy có xúc tác Pt, bằng persulfate được đun nóng hoặc bằng lò phản ứng UV/persulfate.
Sau khi CO2 được hình thành, nó được đo bằng máy dò: tế bào dẫn điện (nếu CO2 ở dạng nước) hoặc tế bào hồng ngoại không phân tán (sau khi lọc CO2 dạng nước thành pha khí).
Khả năng phát hiện độ dẫn điện chỉ được mong muốn trong phạm vi TOC thấp hơn trong nước khử ion, trong khi khả năng phát hiện NDIR vượt trội trong tất cả các phạm vi TOC.
Một biến thể được mô tả là “phát hiện đo độ dẫn màng có thể cho phép đo TOC trên phạm vi phân tích rộng ở cả mẫu nước đã khử ion và không khử ion. Các thiết bị TOC hiệu suất cao hiện đại có khả năng phát hiện nồng độ carbon dưới 1 µg/L (1 phần) trên một tỷ hoặc ppb).
Máy phân tích tổng cacbon hữu cơ xác định lượng cacbon trong mẫu nước. Bằng cách axit hóa mẫu và xả bằng nitơ hoặc heli, mẫu sẽ loại bỏ cacbon vô cơ, chỉ để lại nguồn cacbon hữu cơ để đo.
Có hai loại máy phân tích. Một sử dụng quá trình đốt cháy và quá trình oxy hóa hóa học khác.
Điều này được sử dụng như một bài kiểm tra độ tinh khiết của nước, vì sự hiện diện của vi khuẩn sẽ tạo ra carbon hữu cơ.

Máy phân tích TOC từ TE Instrument Xpert . Các Phương Pháp Phân Tích TOC Và Nguyên lí sử dụng trong máy phân tích TOC

Đốt cháy

Trong máy phân tích quá trình đốt cháy, một nửa mẫu được bơm vào buồng nơi mẫu được axit hóa, thường là bằng axit photphoric, để biến tất cả cacbon vô cơ thành cacbon điôxít theo phản ứng sau:

CO2 + H2O ⇌ H2CO3 ⇌ H+ + HCO3− ⇌ 2H+ + CO32−

Điều này sau đó được gửi đến một máy dò để đo lường. Nửa còn lại của mẫu được bơm vào buồng đốt được nâng lên từ 600–700 °C, một số thậm chí lên tới 1200 °C.
Tại đây, tất cả carbon phản ứng với oxy, tạo thành carbon dioxide. Sau đó, nó được xả vào buồng làm mát, và cuối cùng vào máy dò.
Thông thường, detector được sử dụng là máy quang phổ hồng ngoại không tán sắc.
Bằng cách tìm tổng lượng carbon vô cơ và trừ nó khỏi tổng hàm lượng carbon, lượng carbon hữu cơ được xác định.

Ống đốt của máy phân tích TOC từ TE Instruments

Phần mềm Điều khiển và tính toán kết quả

Phần mềm điều khiển TEI2. Các Phương Pháp Phân Tích TOC Và Nguyên lí sử dụng trong máy phân tích TOC

Ứng dụng phân tích TOC trong lĩnh vực môi trường

Kể từ đầu những năm 1970, TOC là một kỹ thuật phân tích được sử dụng để đo chất lượng nước trong quá trình lọc nước uống.
TOC trong nước nguồn đến từ chất hữu cơ tự nhiên đang phân hủy (NOM) cũng như các nguồn tổng hợp. Axit humic, axit fulvic, amin và urê là những ví dụ về NOM. Một số chất tẩy rửa, thuốc trừ sâu, phân bón, thuốc diệt cỏ, hóa chất công nghiệp và chất hữu cơ clo hóa là những ví dụ về nguồn tổng hợp.
Trước khi nước nguồn được xử lý để khử trùng, TOC cung cấp ước tính lượng NOM trong nguồn nước.
Trong các cơ sở xử lý nước, nước nguồn có thể phản ứng với các chất khử trùng có chứa clo.
Khi nước thô được khử trùng bằng clo, các hợp chất clo hoạt tính (Cl2, HOCl, ClO−) phản ứng với NOM để tạo ra các sản phẩm phụ khử trùng bằng clo (DBP).
Các nhà nghiên cứu đã xác định rằng mức NOM cao hơn trong nước nguồn trong quá trình khử trùng sẽ làm tăng lượng chất gây ung thư trong nước uống đã qua xử lý.
Hàm lượng TOC cũng là một thông số quan trọng để đánh giá chất lượng của tài nguyên đá phiến sét hữu cơ, một trong những loại nhiên liệu phi truyền thống quan trọng nhất.
Nhiều phương pháp đánh giá đã được giới thiệu, bao gồm cả những phương pháp dựa trên nhật ký hữu tuyến và kỹ thuật tại chỗ.