液體總有機碳(TOC)分析儀技術(shù)參數(shù)

TOC分析儀監(jiān)測降低生產(chǎn)停產(chǎn)風(fēng)險

Hanmi 是韓國的一家制藥公司，其采用的離線總有機碳 (TOC) 分析儀無法始終在 TOC 時常很高的注射用水儲罐中進行有效診斷。在安裝TOC分析儀 電極之后，該公司能夠迅速找到問題的根源，成功地避免了損失巨大的停產(chǎn)事件發(fā)生。

在制藥等級用水中進行的 TOC 分析用于檢測有機污染物。當(dāng)TOC含量超標(biāo)時，必須使生產(chǎn)線停止運行并對水系統(tǒng)進行全面檢測;停產(chǎn)檢查過程有可能需要停產(chǎn)長達一周的時間。因此，實時測定 TOC 能夠及時發(fā)現(xiàn) TOC 升高，而這有可能是預(yù)示純水系統(tǒng)即將發(fā)生故障的征兆。

離線監(jiān)測有時候無能為力

Hanmi Pharmaceutical Co. Ltd. 于 1973 年成立，現(xiàn)已成為韓國第二大制藥公司，總銷售額為5.50 億美元。Hanmi 在其一座主要生產(chǎn)廠內(nèi)安裝了一臺新式注射用水 (WFI) 儲罐之后，離線測試法顯示 TOC 超標(biāo)。由另外一家廠商制造的分析儀的測量結(jié)果表明在取樣過程中TOC的讀數(shù)發(fā)生間歇式的超標(biāo)。然而，批次取樣分析系統(tǒng)測量間隔時間長，并且結(jié)果不一致，因此確定 TOC 升高原因的難度很大。

實時 TOC 測量有助于發(fā)現(xiàn)漏洞

Hanmi 安裝了一臺TOC。可實時指示水系統(tǒng)中的 TOC 差異，從而得出結(jié)論:TOC 與系統(tǒng)水位直接相關(guān)。在進一步調(diào)查時發(fā)現(xiàn)，位于注射用水儲罐保溫層上方出現(xiàn)了一個針孔。這使得在保溫層水位接近水位上限時，未經(jīng)加工的水泄漏至純水回路當(dāng)中。在對泄漏問題修復(fù)之后，TOC 測量值重新達到規(guī)定值。

在通過連續(xù)在線監(jiān)測 TOC 的方式發(fā)現(xiàn)儲罐保溫層上的這一針孔之后，Hanmi Pharmaceutical 成功地解決了這一問題，并且避免了損失巨大、耗費時間的停產(chǎn)后果出現(xiàn)?？蛻粼诰€過程監(jiān)測儀器的高精度、可靠性、過程穩(wěn)定性以及維護工作量小的特點表示滿意。在隨后的一年當(dāng)中，該公司計劃建造一座新的生產(chǎn)廠，并將安裝三部包含 TOC 分析儀的系統(tǒng)。

下面針對TOC儀器的測定原理、TOC分析方法及分析的步驟進行介紹。

總有機碳(TOC)，由專門的儀器--總有機碳分析儀(以下簡稱TOC分析儀)來測定。TOC分析儀，是將水溶液中的總有機碳氧化為二氧化碳，并且測定其含量。利用二氧化碳與總有機碳之間碳含量的對應(yīng)關(guān)系，從而對水溶液中總有機碳進行定量測定。

市面上常見的TOC分析儀都有兩大基本功能:第一，首先將水中的總有機碳充分氧化，生成二氧化碳CO2;第二，測試新產(chǎn)生的CO2.不同品牌和型號的TOC分析儀的區(qū)別在于實現(xiàn)這兩大基本功能的方法不同。常用的氧化技術(shù)有:燃燒氧化法、紫外線氧化法以及超臨界氧化法;而對CO2的檢測方法又分:非分散紅外線檢測，直接電導(dǎo)率檢測以及選擇性薄膜電導(dǎo)率檢測。

使用UV燈照射待測水樣，水會分解成羥基和氫基，羥基和氧化物結(jié)合會生成CO2和水，然后檢測新生成的CO2即可計算出總有機碳含量。在使用紫外線氧化法時，通過添加二氧化鈦，過硫酸鹽等可以提高氧化能力。紫外線氧化法的優(yōu)點是氧化效率高，保養(yǎng)簡單，缺點是UV燈管需要定期更換。

其中燃燒氧化-非分散紅外吸收法優(yōu)勢是只需一次性轉(zhuǎn)化，流程簡單、重現(xiàn)性好、靈敏度高，缺點是探測器需頻繁校準(zhǔn)，體積大及預(yù)熱時間長，必須使用酸、催化劑和載氣。

TOC分析儀主要由以下幾個部分構(gòu)成:進樣口、無機碳反應(yīng)器、有機碳氧化反應(yīng)(或是總碳氧化反應(yīng)器)、氣液分離器、非分光紅外CO2分析器、數(shù)據(jù)處理部分。

燃燒氧化-非分散紅外吸收法，按測定TOC值的不同原理又可分為差減法和直接法兩種。

⒈差減法測定TOC值的方法原理

水樣分別被注入高溫燃燒管(900℃)和低溫反應(yīng)管(150℃)中。經(jīng)高溫燃燒管的水樣受高溫催化氧化，使有機化合物和無機碳酸鹽均轉(zhuǎn)化成為二氧化碳。經(jīng)反應(yīng)管的水樣受酸化而使無機碳酸鹽分解成為二氧化碳，其所生成的二氧化碳依次導(dǎo)入非分散紅外檢測器，從而分別測得水中的總碳(TC)和無機碳(IC)?？偺寂c無機碳之差值，即為總有機碳(TOC)。

⒉直接法測定TOC值的方法原理

將水樣酸化后曝氣，使各種碳酸鹽分解生成二氧化碳而驅(qū)除后，再注入高溫燃燒管中，可直接測定總有機碳。但由于在曝氣過程中會造成水樣中揮發(fā)性有機物的損失而產(chǎn)生測定誤差，因此其測定結(jié)果只是不可吹出的有機碳值。

超零界水氧化(Supercritical Water Oxidation - SCWO)技術(shù)原先被用于處理大體積廢水、污泥和被污染 過的土壤。GE是首家將這種技術(shù)運用于商業(yè)實驗室TOC分析儀的公司，當(dāng)溫度和壓力高于水的臨界點(375°C和3,200psi)時，有機廢物迅速被水中的氧化劑徹底氧化。超臨界水的特性均可以使有機碳極高效、快速地氧化為二氧化碳，即便存在使用非超臨界氧化方式時會造成負干擾的氯化物及其他無機物也無妨。而且使用SCWO技術(shù)的TOC分析儀對維護和校準(zhǔn)的要求也不高。超臨界水氧化法的優(yōu)點在于氧化完全迅速，可以耐受高鹽份化合物;缺點是不能檢測低TOC濃度的水樣。

TOC電導(dǎo)率檢測技術(shù)能夠測量液態(tài)的CO2。業(yè)界采用的主要有兩種電導(dǎo)率檢測技術(shù):一種是直接電導(dǎo)率法，另外一種是薄膜電導(dǎo)率檢測法(又稱選擇性電導(dǎo)率法)。采用兩種電導(dǎo)率法的TOC分析儀校驗結(jié)果都很穩(wěn)定，檢測精度高。這兩種技術(shù)最主要的區(qū)別在于，直接電導(dǎo)率法比較容易受雜酸性，鹵化有機物等的干擾;而薄膜電導(dǎo)率檢測技術(shù)抗干擾性更佳。

薄膜電導(dǎo)率檢測法是GE TOC分析儀使用較多的檢測方法，TOC分析儀使用的膜能防止雜離子的通過，確保檢測的只是CO2的含量，從而使TOC的讀數(shù)更為精確。

⒈試劑準(zhǔn)備

⑴鄰苯二甲酸氫鉀(KHC8H4O4):基準(zhǔn)試劑

⑵無水碳酸鈉:基準(zhǔn)試劑

⑶碳酸氫鈉:基準(zhǔn)試劑

⑷無二氧化碳蒸餾水

⒉標(biāo)準(zhǔn)貯備液的制備

⑴ 有機碳標(biāo)準(zhǔn)貯備液:稱取干燥后的適量KHC8H4O4，用水稀釋，一般貯備液的濃度為400mg/L碳。

⑵ 無機碳標(biāo)準(zhǔn)貯備液:稱取干燥后適量比例的碳酸鈉和碳酸氫鈉，用水稀釋，一般貯備液的濃度為400mg/L無機碳。

⒊有機碳、無機碳標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

從各自的貯備液中按要求稀釋得來。

⒋校準(zhǔn)曲線的繪制

由標(biāo)準(zhǔn)溶液逐級稀釋成不同濃度的有機碳、無機碳標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，分別注入燃燒管和反應(yīng)管，測量記錄儀上的吸收峰高，與對應(yīng)的濃度作圖，繪制校準(zhǔn)曲線。

⒌水樣測定

取適量水樣注入TOC儀器進行測定，所得峰高從標(biāo)準(zhǔn)曲線上可讀出相應(yīng)的濃度，或由儀器自動計算出結(jié)果。

⒍ 計算

差減法:總有機碳(mg/L)=總碳-無機碳

直接法:總有機碳(mg/L)=總碳