第1章 TOC分析原理ppt课件.ppt

总有机碳分析仪TOC TotalOrganicCarbonAnalyzer 第一章TOC分析原理 3 内容 1 碳2 总碳TC的测定3 无机碳IC的测定4 不可吹扫有机碳NPOC的测定5 可吹扫有机碳POC的测定6 总有机碳TOC的测定7 样品的进样8 NDIR检测器 4 日常生活中最普通的元素形式环境污染温室效应制药工业 1 碳 常用有机参数CODBODTOC 5 水中碳的形态 非挥发性有机碳 水溶性糖挥发性有机碳 水溶性硫醇烷烃醇部分挥发性碳 水不溶性低分子量的油含碳物质吸入或嵌入的无机悬浮物 6 TOC的历史 从二十世纪三十年代开始 TOC方法被用于检测水质 但是过程复杂并需要很长的分析时间 在二十世纪六十年代 发展出一种可行的方法 燃烧 非色散红外检测结合手动注射器注射 最初 TOC主要被用作COD和BOD的替代或补充方法 7 技术术语 总碳TC TotalCarbon无机碳IC InorganicCarbon总有机碳TOC TotalOrganicCarbon 8 技术术语 不可吹除有机碳 NPOC Non PurgeableOrganicCarbon 可吹除有机碳 POC PurgeableOrganicCarbon 溶解性有机碳 DOC DissolvedOrganicCarbon 悬浮状有机碳 SOC SuspendedOrganicCarbon 9 技术术语 挥发性有机碳 VOC VolatileOrganicCarbon 非挥发性有机碳 NVOC Non VolatileOrganicCarbon 10 11 2总碳的测定 总碳 TC 不论形式 所有的有机和无机碳物种的总和 TC的测定过程 将TC氧化生成CO2 TC的氧化方法 1 催化燃烧 2 紫外 UV 氧化 3 过硫酸盐 4 UV 过硫酸盐 12 样品均化 微量注入到加热的样品室 UV 过硫酸盐反应室中 水被蒸发 有机和无机碳化合物被氧化成CO2 总碳的测定方法 有机碳无机碳 13 TC的测定流程 14 1 催化燃烧 水在加热后 产生激发态羟基OH 在催化剂的存在下 OH 与碳化合物反应生成CO2和H2O 含碳物质在高温 900 1000 催化 如铂 燃烧 完全氧化 岛津的TOC在较低温度680 下催化燃烧 15 催化燃烧 680 低于盐类熔融温度如熔融温度 NaCl800 CaCl2774 使用680 可防止由于盐熔融而使燃烧管失去光泽及对催化剂的损坏 如海水 检测器损坏和干扰可降至最低增加燃烧炉的寿命适用于下列测定 纯化水 制药工业中的洁净度认证原水 中水 废水 16 2 紫外氧化 UVOxidation 紫外光 185nm 与水反应生成激发态羟基OH 激发态羟基OH 将有机碳物质氧化 形成二氧化碳和水 对复杂及高分子量的碳化合物 二氧化碳的转化率很低 如颗粒状有机物 药物及蛋白质 所以 不适用于TOC含量高的样品 如原水 废水 工艺用水及洁净度认证 由于最终产物是二氧化碳 为得到更精确的结果 样品中的无机碳应在样品注射进紫外反应器前除去 NPOC法 17 紫外氧化流程图 紫外氧化 适用于 半导体工业需求的超高纯净水制药工业有限制标准的纯净水 18 3 过硫酸盐氧化 过硫酸盐是氧化剂 通常需要结合高温和高压 水在加热或加压下产生OH 基 过硫酸盐在加热也产生OH 基 激发态羟基OH 将有机碳物质氧化 生成二氧化碳和水 19 过硫酸盐氧化流程图 过硫酸盐氧化 与UV方法比较 是一个改进的氧化方法 但是对于复杂的含碳样品如 腐蚀酸 磺酸盐 高分子量化合物等仍不够 不适合于分析TOC含量高的样品 20 4 紫外 过硫酸盐氧化 紫外光与水反应生成OH UV也刺激过硫酸盐产生OH 基 OH 与有机化合物反应 21 UV 过硫酸盐氧化流程图 紫外 过硫酸盐氧化 适合于 半导体工业的回收水制药业的纯化水冷却水 锅炉供水等在岛津的TOC分析仪中 为得到更好的性能 采用加热 80 和UV 过硫酸盐相结合 22 紫外 过硫酸盐 加热氧化 对所有上述测定的有机化合物 紫外 过硫酸盐 加热氧化法得到最好的回收率 注 初始样品配制浓度为50ppm 23 紫外 过硫酸盐 加热氧化 注 U UV 紫外 H Heating 加热 P Persulfate 过硫酸盐 平均分析时间 峰1 紫外 加热 过硫酸盐氧化 UHP 2 84min峰2 紫外 过硫酸盐 UP 4 45min峰3 加热 过硫酸盐 HP 5 48min 24 检测氧化能力 美国药典 USP 和欧洲药典 EP 使用1 4 苯醌日本药典 JP 使用十二烷基苯磺酸钠ISO8245和EN1484使用酞菁铜四磺酸T四钠盐和纤维素日本工业标准 JIS K0805使用酒石酸 1 10 菲咯啉 谷氨酸和丙醇 两种方法氧化能力比 TOC 过硫酸盐 UV TOC 燃烧氧化 100 26 TC氧化方法 天然水域中的TOC SendaiCity KagoshimaPrefecture 日本 27 3无机碳的测定 无机碳 IC 包括碳酸根 碳酸氢根 碳酸 溶解性二氧化碳最普遍的无机碳化合物形态是碳酸根离子 碳酸根离子与二氧化碳之间处于平衡状态 水中IC的形态水中总二氧化碳 CO2 溶解性二氧化碳 CO2 碳酸 H2CO3 碳酸氢根离子 HCO3 碳酸根离子 CO32 28 水中IC的形式 29 水中IC的电离平衡 30 IC测定 样品注入到含有酸 如磷酸 的反应室中 酸性条件下 31 IC的测定流程 32 4NPOC的测定 总有机碳 TOC 包括所有的有机碳 TOC是不区分物种的碳化合物的定量 水中的碳量包括溶解性与悬浮状有机碳 不可吹除有机碳 NPOC 样品在室温下酸化后 用气流吹扫 鼓泡去除IC以后仍然留下的TOC部分 可吹除有机碳 POC 是TOC的一部分 样品在室温下酸化后 用气流吹扫 鼓泡可将其除去的TOC部分 33 NPOC与POC 34 NPOC的测定 IC与酸反应形成CO2和H2O吹扫除去IC和POC 35 NPOC的测定流程 36 POC选购件 5POC的测定 样品中POC被鼓泡驱除 通过CO2吸收器 LiOH 除去IC中的CO2 POC被带到TC燃烧管 被氧化成CO2 37 POC测定 IC去除过程中挥发性有机化合物的残余率 18 用氮气吹扫 38 1 差减法TOC TC IC 当TOC远高于IC 如废水 2 NPOC法TOC POC NPOC NPOC 如果POC可忽略 高灵敏度催化剂 TOC 500ppb 如纯水 普通灵敏度催化剂 当IC TOC 如自来水 3 加和法TOC POC NPOC当样品中POC不可忽略 6TOC的测定 39 1 差减法 使用催化燃烧 UV 过硫酸盐 UV 过硫酸盐法 用已知浓度的TC标准溶液制作TC标准曲线 在加酸IC反应室中加入IC标准溶液 制作IC标准曲线 测定样品的TC和IC的信号 分别在TC和IC标准曲线上求得TC和IC 从TC中减去IC得到TOC TOC TC IC 40 使用催化燃烧 UV 过硫酸盐 UV 过硫酸盐法 用已知浓度的TC标准溶液制作NPOC标准曲线 酸化和鼓泡从样品中除去IC 测定样品中的NPOC信号 从标准曲线得到NPOC TOC等于NPOC 如果POC可忽略 2 NPOC法 y 0 07322x 41 酸化和鼓泡除去样品中的IC 但是挥发性有机样品 POC 也可能同时逃逸 克服此问题的办法是采用POC与NPOC加和的方法 3 加和法TOC POC NPOC 举例 42 实际TOC流程 43 微机控制 44 7样品的进样 手动进样自动进样自动进样器进样 45 1 手动进样用户用注射器手动注入样品手动设置进样体积如果3个样品每个样品重复2次 总共6次手动进样 需要连续的关注和人力容易引进人为误差用于TOC VE 样品的进样 46 样品的进样 2 自动进样样品通过电机驱动的注射器泵自动地取样和注入 电机操作注射器的柱塞 自动地计算最优的进样体积自动进样前用样品清洗 防止记忆效应 自动进行重复分析重现性好减少操作 人为误差节省人力用于TOC VCPH CPN CSH CSN WS WP 47 ASI 5000A ASI V 样品的进样 3 自动进样器节省人力大量样品测定 方便选购件 48 8检测器 CO2测定 形成的H2O用除湿器除去 比如1 2 的电子冷凝器 CO2测定 NDIR 电导率 滴定 还原成甲烷后用FID FlameIonizationDetector火焰离子检测器 测定 49 NDIR检测器 Non DispersiveInfrared非色散红外检测器方法成熟特效性 干扰少适合于低和高浓度样品用于岛津的各种TOC 50 电导率检测器 受含氮 含硫化合物及卤代化合物干扰 更适用于纯化水 如半导体工业 不适用于清洗有效性 原水 废水 形成的IC引起水的电导率 电阻率 变化 然后测定其变化 形成的CO2溶解于水中 生成H2CO3 HCO3 与CO32 51 NDIR检测器 NDIR检测器三个主要组成部分是 1 IR光源 2 测定池 3 检测器 52 NDIR检测器 TOC V 53 1 红外光源 适用于TOC V系列包含简易发