島津TOC原理課件ppt課件

1、總有機碳分析儀總有機碳分析儀TOCTOC Total Organic Carbon Total Organic Carbon AnalyzerAnalyzer島津國際貿(mào)易上海島津國際貿(mào)易上海1TOC及TN的分析原理1.1 總有機碳TOC分析原理1.1.1 碳1.1.2 總碳TC的測定1.1.3 無機碳IC的測定1.1.4 不可吹掃有機碳NPOC的測定1.1.5 可吹掃有機碳POC的測定1.1.6 總有機碳TOC的測定1.1.7 樣品的進樣1.1.8 NDIR檢測器1.2 總氮TN分析原理1.2.1 氮1.2.2 總氮TN的測定1.1 總有機碳TOC分析原理1.1.1 1.1.1 碳碳日常生活中

2、最普通的元素形式日常生活中最普通的元素形式環(huán)境污染環(huán)境污染溫室效應溫室效應制藥工業(yè)制藥工業(yè)有機參數(shù)有機參數(shù)（CODCOD、BODBOD、TOCTOC）水中碳的形態(tài)例如例如: : 非揮發(fā)性有機碳，水溶性糖）；非揮發(fā)性有機碳，水溶性糖）；揮發(fā)性有機碳，水溶性硫醇、烷烴、醇）；揮發(fā)性有機碳，水溶性硫醇、烷烴、醇）；部分揮發(fā)性碳，水不溶性低分子量的油）；部分揮發(fā)性碳，水不溶性低分子量的油）；含碳物質(zhì)吸入或嵌入的無機懸浮物。含碳物質(zhì)吸入或嵌入的無機懸浮物。TOC的歷史最初，最初，TOC主要被用作主要被用作COD和和BOD的替代或補的替代或補充方法。充方法。從二十世紀三十年代開始，從二十世紀三十年代開始，

3、TOCTOC方法被用于檢測方法被用于檢測水質(zhì)。但是過程復雜并需要很長的分析時間。水質(zhì)。但是過程復雜并需要很長的分析時間。在二十世紀六十年代，發(fā)展出一種可行的方法：在二十世紀六十年代，發(fā)展出一種可行的方法：熄滅、非色散紅外檢測結(jié)合手動注射器注射。熄滅、非色散紅外檢測結(jié)合手動注射器注射。技術(shù)術(shù)語總碳總碳TC, Total CarbonTC, Total Carbon）無機碳無機碳IC, Inorganic Carbon） 總有機碳總有機碳TOC, Total Organic Carbon）不可吹掃有機碳不可吹掃有機碳 （NPOC, Non-Purgeable Organic Carbon）可吹掃有

4、機碳可吹掃有機碳 （POC, Purgeable Organic Carbon）溶解性有機碳溶解性有機碳 （DOC, Dissolved Organic Carbon） 懸浮狀有機碳懸浮狀有機碳 （SOC, Suspended Organic Carbon）回目錄TC的氧化方法的氧化方法（1催化燃燒催化燃燒（2紫外紫外UV氧化氧化（3過硫酸鹽過硫酸鹽（4UV-過硫酸鹽過硫酸鹽1.1.2 總碳的測定總碳總碳TC）不論形式，所有的有機和無機碳物種的總和。不論形式，所有的有機和無機碳物種的總和。TC 的測定包括氧化生成的測定包括氧化生成 CO2和和 H2O。OHCOOCOHC22/223nn過硫酸鹽

5、過硫酸鹽 UVUV樣品均化，微量注入到加熱的/UV-過硫酸鹽樣品中。水被蒸發(fā)，有機和無機碳化合物被氧化成CO2和H2O?？偺嫉臏y定方法有機碳無機碳TC 的測定流程（1催化燃燒*222OH2OH3OH4 水在加熱后，產(chǎn)生激發(fā)態(tài)羥基水在加熱后，產(chǎn)生激發(fā)態(tài)羥基OHOH* *。OH)yx2(xCOOH)yx4()(HC22*yx 總總碳碳含碳物質(zhì)在高溫含碳物質(zhì)在高溫90010009001000）催化如鉑熄滅，）催化如鉑熄滅，完全氧化。完全氧化。在催化劑的存在下，在催化劑的存在下，OHOH* *與碳化合物反應生成與碳化合物反應生成CO2 CO2 和和 H2OH2O。島津的島津的TOC TOC 在較低溫度

6、在較低溫度 680 680下催化燃燒。下催化燃燒。 原水原水/中水中水/廢水廢水680 低于鹽類熔融溫度如熔融溫度：低于鹽類熔融溫度如熔融溫度：NaCl 800 ；CaCl2 774 ）。）。使用使用680可防止由于鹽熔融而使燃燒管失去光澤及對可防止由于鹽熔融而使燃燒管失去光澤及對催化劑的損壞，如海水。催化劑的損壞，如海水。檢測器損壞和干擾可降至最低。檢測器損壞和干擾可降至最低。增加燃燒爐的壽命。增加燃燒爐的壽命。適用于下列測定：適用于下列測定：純化水和在制藥工業(yè)中的潔凈度認證純化水和在制藥工業(yè)中的潔凈度認證催化燃燒（2紫外氧化UV Oxidation）紫外光紫外光185nm與水中的氧氣反應生

7、成激發(fā)態(tài)羥基與水中的氧氣反應生成激發(fā)態(tài)羥基OH*。*22UV2OH2OH3OH4 激發(fā)態(tài)羥基激發(fā)態(tài)羥基OH*將有機碳物質(zhì)氧化形成二氧化碳和水。將有機碳物質(zhì)氧化形成二氧化碳和水。OH)yx2(xCOOH)yx4(HC22*yx 對復雜及高分子量的碳化合物，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率很低，對復雜及高分子量的碳化合物，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率很低，如顆粒狀有機物、藥物及蛋白質(zhì)。所以，不適用于如顆粒狀有機物、藥物及蛋白質(zhì)。所以，不適用于TOC含含量高的樣品，如原水、量高的樣品，如原水、 廢水、廢水、 工藝用水及潔凈度認證。工藝用水及潔凈度認證。由于最終產(chǎn)物是二氧化碳，為得到更精確的結(jié)果，樣品中由于最終產(chǎn)物是二氧化碳，為

8、得到更精確的結(jié)果，樣品中的無機碳應在樣品注射進紫外反應器前除去。的無機碳應在樣品注射進紫外反應器前除去。適用于：適用于：半導體工業(yè)需求的超高純凈水半導體工業(yè)需求的超高純凈水制藥工業(yè)有限制標準的純凈水制藥工業(yè)有限制標準的純凈水紫外氧化流程圖紫外氧化（3過硫酸鹽氧化水在加熱或加壓下產(chǎn)生水在加熱或加壓下產(chǎn)生OHOH基?；?22/2OH2OH3OH4 加加壓壓 24282SO2OS*4224OHHSOOHSO 過硫酸鹽在加熱也產(chǎn)生過硫酸鹽在加熱也產(chǎn)生 OH* 基：基：激發(fā)態(tài)羥基激發(fā)態(tài)羥基OH*將有機碳物質(zhì)氧化形成二氧化碳和水。將有機碳物質(zhì)氧化形成二氧化碳和水。OH)yx2(xCOOH)yx4(HC2

9、2*yx 過硫酸鹽是氧化劑，通常需要結(jié)合高溫和高壓。過硫酸鹽是氧化劑，通常需要結(jié)合高溫和高壓。過硫酸鹽氧化流程圖與與UV UV 方法比較，是一個改進的氧化方法。但是對于復雜的方法比較，是一個改進的氧化方法。但是對于復雜的含碳樣品如：腐蝕酸、磺酸鹽、高分子量化合物等仍不夠含碳樣品如：腐蝕酸、磺酸鹽、高分子量化合物等仍不夠。不適合于分析不適合于分析TOC含量高的樣品。含量高的樣品。過硫酸鹽氧化（4紫外-過硫酸鹽氧化紫外光與水反應生成OH*：2*UV2HOH2OH2 UV 也刺激過硫酸鹽產(chǎn)生OH* 基： 24282SO2OS*4224OHHSOOHSO OH*與有機化合物反應：OH)yx2(xCOO

10、H)yx4(HC22*yx 在島津的在島津的 TOC 分析儀分析儀中，中， 為得到更好的性能為得到更好的性能，采用加熱，采用加熱80）和）和UV-過硫酸鹽相結(jié)合。過硫酸鹽相結(jié)合。適合于：適合于：半導體工業(yè)的回收水、半導體工業(yè)的回收水、 制藥業(yè)的純化水、制藥業(yè)的純化水、冷卻水冷卻水/鍋爐供水等。鍋爐供水等。UV-過硫酸鹽氧化流程圖紫外-過硫酸鹽氧化回目錄紫外-過硫酸鹽-加熱氧化對所有上述測定的有機化合物，紫外對所有上述測定的有機化合物，紫外- -過硫酸鹽過硫酸鹽- -加熱氧化加熱氧化法得到最好的回收率。法得到最好的回收率。注：初始樣品配制濃度為注：初始樣品配制濃度為50ppm50ppm。平均分析

11、時間：平均分析時間：峰峰11紫外紫外- -過硫酸鹽過硫酸鹽- -加熱氧化加熱氧化UHPUHP）= 2.84 min= 2.84 min峰峰22紫外紫外- -過硫酸鹽過硫酸鹽UPUP）= 4.45 min= 4.45 min峰峰33加熱加熱- -過硫酸鹽過硫酸鹽HPHP）= 5.48 min= 5.48 min紫外-過硫酸鹽-加熱氧化注：注：U U：UVUV，紫外；，紫外；H H：HeatingHeating，加熱；，加熱；P P： Persulfate Persulfate，過硫酸鹽。，過硫酸鹽。 檢測氧化能力日本工業(yè)標準日本工業(yè)標準(JIS) K 0805(JIS) K 0805使用酒石酸，

12、使用酒石酸，1,10-1,10-菲咯啉，菲咯啉， 谷氨酸和丙醇。谷氨酸和丙醇。美國藥典美國藥典(USP)(USP)和歐洲藥典和歐洲藥典(EP)(EP)使用使用1,4-1,4-苯醌。苯醌。日本藥典日本藥典(JP)(JP)使用十二烷基苯磺酸鈉。使用十二烷基苯磺酸鈉。ISO 8245ISO 8245和和EN 1484EN 1484使用酞菁銅四磺酸使用酞菁銅四磺酸T T四鈉鹽和纖維四鈉鹽和纖維素。素。有機化合物有機化合物化化學學分子式分子式燃燃燒燒紅紅外外氧氧化法化法TOCTOC過過硫酸硫酸鹽鹽紫外紫外氧氧化法化法TOCTOC兩種兩種方法方法氧氧化能力比（化能力比（% %）乙醇C2H6O1.73.51

13、.623.2895.393.7檸檬酸C6H5O7Na32.04.02.023.9810199.5鄰苯二甲酸氫鉀C8H5O4K2.04.02.003.9910099.8丙酮C3H6O1.93.91.963.8310398.24氨基苯磺酸C6H7O3NS2.04.11.983.9899.097.1D-葡萄糖C6H12O61.83.81.763.8097.81004-氨基安替比林C11H13ON31.94.02.003.9610599.02,4,6-三（2吡啶）1,3,5-三嗪C18H12N61.93.81.613.3484.787.91,10-鄰二氮雜菲C12H10ON22.04.01.923.8

14、396.095.8甲基橙C14H14O3N3SNa2.34.42.214.0096.095.8十二烷基硫酸鈉C12H25O4SNa2.04.02.043.9510298.8蛋白胨-2.24.32.024.0391.893.7腐蝕酸-2.74.94.50.751.452.3127.829.651.3棕黃酸-3.25.41.713.0853.457.0兩種兩種方法方法氧氧化能力比化能力比 = TOC = TOC過過硫酸硫酸鹽鹽-UV-UV）/TOC/TOC燃燃燒氧燒氧化化x100%x100%TC氧化方法天然水域中的天然水域中的TOCTOCSendai City,Kagoshima Prefectu

15、re,Sendai City,Kagoshima Prefecture,日本）日本）1.1.3 無機碳的測定水中 IC 的形態(tài)水中總二氧化碳水中總二氧化碳 （CO2CO2） = = 溶解性二氧化碳溶解性二氧化碳 （CO2CO2） + + 碳酸碳酸H2CO3H2CO3） + + 碳酸氫根離子碳酸氫根離子HCO3-HCO3-） + + 碳酸根離子碳酸根離子CO32-CO32-）無機碳IC）包括碳酸根，碳酸氫根和溶解性二氧化碳。包括碳酸根，碳酸氫根和溶解性二氧化碳。最普遍的無機碳化合物是碳酸根離子，碳酸根離子與二最普遍的無機碳化合物是碳酸根離子，碳酸根離子與二氧化碳之間處于平衡狀態(tài)。氧化碳之間處于平

16、衡狀態(tài)。水中IC的形式水中IC的電離平衡IC 測定)(CO)(COOHCOCOHOHCOHHCOOHCOH2CO2222322232223氣態(tài)氣態(tài)溶解溶解 樣品注入到含有酸如磷酸的反應室中。酸性條件下：酸性條件下：IC 的測定流程回目錄1.1.4 NPOC的測定不可吹掃有機碳不可吹掃有機碳NPOCNPOC）可吹掃有機碳可吹掃有機碳POCPOC）總有機碳總有機碳TOCTOC）包括所有的有機碳。包括所有的有機碳。TOC 是非特指的碳化合物的定量。是非特指的碳化合物的定量。水中的碳量指溶解性或懸浮狀有機碳。水中的碳量指溶解性或懸浮狀有機碳。樣品在酸化和吹掃樣品在酸化和吹掃/鼓泡去除鼓泡去除 IC 以

17、后仍然留下的物種。以后仍然留下的物種。是是 TOC 的一部分，樣品在室溫下用氣流吹掃的一部分，樣品在室溫下用氣流吹掃/鼓泡可鼓泡可 將其將其除去的除去的TOC 部分。部分。IC與酸反應形成與酸反應形成CO2和和H2O。 吹掃除去吹掃除去IC和和POC。NPOC的測定 NPOCTOCPOC POCICICPOCNPOCTC POCNPOCTOCICTOCTC 可可以以忽忽略略時時，所所以以，當當。和和酸酸化化和和鼓鼓泡泡除除去去NPOC的測定POC 選購件選購件POC被帶到被帶到TC燃燒管被燃燒管被氧化成氧化成CO2。1.1.5 POC的測定樣品中樣品中POC被鼓泡驅(qū)除被鼓泡驅(qū)除。通 過通 過

18、C O 2 吸 收 器 吸 收 器 LiOH除去除去IC 中的中的CO2。POC 測定18oC使用鼓泡氮氣各種物質(zhì)的殘余揮發(fā)性有機碳揮發(fā)性有機碳VOC）非常類似于非常類似于 POC，除了鼓泡，除了鼓泡/吹掃的溫度必須是指定吹掃的溫度必須是指定的。的。非揮發(fā)性有機碳非揮發(fā)性有機碳NVOCNVOC）在在 VOC VOC 指定的溫度下不揮發(fā)的有機碳部分。指定的溫度下不揮發(fā)的有機碳部分。溶解性有機碳溶解性有機碳DOCDOC） 運用運用 0.2/0.45 0.2/0.45 微米孔徑的膜過濾器所得的過濾微米孔徑的膜過濾器所得的過濾液中液中TOCTOC部分。部分。懸浮有機碳懸浮有機碳SOCSOC）殘留在膜過

19、濾器上以固體形式存在的殘留在膜過濾器上以固體形式存在的TOCTOC部分。部分。專業(yè)術(shù)語回目錄（1 1差減法差減法TOC = TC ICTOC = TC IC （當（當TOCTOC遠高于遠高于ICIC，如廢水。，如廢水。） 1.1.6 TOC 的測定（2 2NPOCNPOC法法 TOC = POC + NPOC TOC = POC + NPOC = NPOC = NPOC假設假設 POC POC 可忽略）可忽略）（3 3加和法加和法 TOC=POC+NPOC TOC=POC+NPOC （當樣品中（當樣品中POCPOC不可忽略。）不可忽略。）（高靈敏度催化劑，（高靈敏度催化劑，TOC500ppb，

20、如純水；，如純水；普通靈敏度催化劑，當普通靈敏度催化劑，當ICTOC或或TC IC時。）時。）（1差減法 TOC= TC IC 4使用催化燃燒使用催化燃燒/UV/過硫酸鹽過硫酸鹽/UV-過硫酸鹽法，用已過硫酸鹽法，用已知濃度的知濃度的 TC 標準溶液建立標準溶液建立 TC 標準曲線。標準曲線。4在加酸在加酸IC反應室中加入反應室中加入IC標準溶液，建立標準溶液，建立IC標準曲標準曲線。線。4測定樣品的測定樣品的TC 和和IC的信號，分別的信號，分別在在TC和和IC標準曲標準曲線上求得線上求得TC 和和 IC。4從從TC中減去中減去IC得得到到TOC。Cal. Curve0380.9390180

21、270Area011020406080100Concppm369. 1x466. 3y 4使用催化燃燒使用催化燃燒/UV/過硫酸鹽過硫酸鹽/UV-過硫酸鹽法，用已知過硫酸鹽法，用已知濃度的濃度的TC標準溶液建立標準溶液建立NPOC標準曲線。標準曲線。4酸化和鼓泡從樣品中除去酸化和鼓泡從樣品中除去IC。4測定樣品中的測定樣品中的 NPOC 信號信號，從標準曲線，從標準曲線得到得到 NPOC。4T O C 等 于等 于NPOC如果如果POC可忽略可忽略）。）。（2NPOC法NPOCPOCNPOCTOC Cal. Curve07.68295246Area0440100200300400Concppb

22、816.1x01292.0y 酸化和鼓泡除去樣品中的酸化和鼓泡除去樣品中的ICIC，但是揮發(fā)性有機樣品，但是揮發(fā)性有機樣品POCPOC也也可能同時逃逸?？赡芡瑫r逃逸。（3加和法TOC=POC+NPOC舉例：舉例：克服此問題的辦法是采用克服此問題的辦法是采用POC與與NPOC加和的方法。加和的方法。實踐 TOC 流程微機控制回目錄1.1.7 樣品的進樣手動進樣手動進樣自動進樣自動進樣自動進樣器進樣自動進樣器進樣（1 1手動進樣手動進樣容易引進人為誤差。容易引進人為誤差。用戶用注射器手動注入樣品。用戶用注射器手動注入樣品。手動設置進樣體積。手動設置進樣體積。假設假設 3 個樣品每個樣品重復個樣品每

23、個樣品重復 2 次次，總共，總共 6 次手動進樣。次手動進樣。需要連續(xù)的關注和人力。需要連續(xù)的關注和人力。樣品的進樣（2 2） 自動進樣自動進樣樣品通過電機驅(qū)動的注射器泵自動地取樣和注入，電機樣品通過電機驅(qū)動的注射器泵自動地取樣和注入，電機操作注射器的柱塞。操作注射器的柱塞。自動地計算最優(yōu)的進樣體積。自動地計算最優(yōu)的進樣體積。自動進樣前用樣品清洗，防止記憶效應。自動進樣前用樣品清洗，防止記憶效應。自動進行重復分析。自動進行重復分析。減少操作減少操作/人為誤差。人為誤差。節(jié)省人力。節(jié)省人力。重現(xiàn)性好。重現(xiàn)性好。樣品的進樣（3 3自動進樣器自動進樣器節(jié)省人力節(jié)省人力大量樣品測定大量樣品測定方便方便

24、選購件選購件ASI-5000AASI-5000AASI-VASI-V樣品的進樣回目錄CO2測定：測定：NDIR、電導率、滴定、還原成甲烷后用、電導率、滴定、還原成甲烷后用FIDFlame Ionization Detector火焰離子檢測器測定?；鹧骐x子檢測器測定。1.1.8 NDIR檢測器 形成的形成的 H2O H2O 用除濕器除去用除濕器除去 ，例如大約，例如大約1-2oC 1-2oC 的冷凝器。的冷凝器。NDIR 檢測器檢測器 Non-Dispersive Infrared 非色散紅外檢測器非色散紅外檢測器比較成熟比較成熟特效性、干擾少特效性、干擾少適合于低和高濃度樣品適合于低和高濃度樣品用于島津的各種用于島津的各種TOCNDIR NDIR 檢測器三個主要組成部分是檢測器三個主要組成部分是: :NDIR檢測器（1 1IR IR 光光源源（2 2測定池測定池（3 3檢測器檢測器1.2 總氮TN分析1.2.1 氮氮N）氮的不同形態(tài)氮的不同形態(tài): 硝酸根硝酸根NO3-）亞硝酸根亞硝酸根 （NO2-）氨氨NH3）有機氮有機有機氮有機N例如：蛋白質(zhì)、核酸、尿素例如：蛋白質(zhì)、核酸、尿素R-N）氮氣氮氣N2）NH3氧化還原NO2-NO3-氧化還原氮循環(huán)：氮循環(huán)：氮 循 環(huán)人類活動改變氮循環(huán)包括：人類活動改變氮循環(huán)包括：農(nóng)業(yè)合成肥料