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總有機碳（TOC，Total Organic Carbon）分析技術能夠有效測量樣品中的雜質，提供有機污染物的簡明、非專屬、全面的測量結果，為用戶提供寶貴的工藝監(jiān)測數(shù)據。準確地檢測和量化低TOC濃度，對工藝控制、產品質量、資產保護來說至關重要。有機物的污染會影響生產工藝、污染制成品，導致整個產品批次不合格，甚至損壞生產設備。

有機污染物的來源之一是揮發(fā)性化合物。揮發(fā)性和半揮發(fā)性化合物常來源于清潔劑或冷卻劑。揮發(fā)性污染物也可能來自源水和化學分解產物。能夠有效檢測揮發(fā)性和半揮發(fā)性化合物，對于城市用水和工業(yè)用水處理工藝的全面檢漏來說非常關鍵，我們可以用TOC分析技術來完成這項檢測任務。

先將有機物氧化成CO₂，然后檢測CO₂的含量，從而完成TOC分析。有些常用的TOC分析方法會在過程中添加酸劑并進行氣體吹掃。向液體樣品中添加酸劑降低其pH值，可以確保將所有以碳酸根或碳酸氫根形式存在的碳轉化為溶解CO₂。氣體吹掃就是使氣泡通過液體樣品，去除樣品中的其它溶解氣體或揮發(fā)性液體的過程。

有些分析方法很難有效檢測揮發(fā)性化合物，這是因為揮發(fā)性化合物會消失在氣體吹掃過程中，或者需要用特殊方法才能檢測到。這些局限性會造成監(jiān)測數(shù)據不準確，從而導致應對決策延誤甚至錯誤。本文比較了以下三種TOC氧化法對揮發(fā)性化合物的回收效率：

在實驗中，我們用上述幾種TOC氧化方法對不同的揮發(fā)性化合物進行測試，以了解這些氧化方法的分析性能。我們測量了TOC濃度分別為0.25 ppm、1.0 ppm、5.0 ppm的標準品的TOC值。本次研究根據以下化合物特性，選用4種化合物【丙酮、甲醇、甲乙酮（MEK）、異丙醇（IPA）/2-丙醇】進行測試：

在本次研究中使用的催化燃燒式分析儀用鉑催化劑和高溫燃燒法進行TOC氧化，然后進行非色散紅外（NDIR，Non-Dispersive Infrared）檢測。在TOC或POC（Purgeable Organic Carbon，可吹除有機碳）模式下運行分析儀來分析揮發(fā)性化合物，工作流程見圖1和圖2。POC模式是分析儀的可選配置，不在本次研究中討論。

圖1：催化燃燒式分析儀的NPOC

（Non-Purgeable Organic Carbon，不可吹除有機碳）模式

圖2：催化燃燒式分析儀的TOC模式

圖1和圖2是催化燃燒式分析儀的兩種常見操作模式。圖1顯示，在NPOC模式的吹掃過程中，IC（Inorganic Carbon，無機碳）和POC被去除，因而不包含在測量結果中。圖2顯示了TOC分析的兩步過程。在TC測量中，由于未吹掃就進行氧化，TC（Total Carbon，總碳）測量結果中包括了POC。在IC測量中，樣品和酸劑經過吹掃，產生的CO₂被載氣送到NDIR部分進行測量。

在本次研究中使用的兩級先進氧化式分析儀用氫氧化鈉和臭氧（能夠產生羥基自由基）進行TOC氧化，然后進行NDIR檢測 。在TC或VOC（Volatile Organic Carbon，揮發(fā)性有機碳）模式下操作分析儀來分析揮發(fā)性化合物，TC模式和VOC模式均為分析儀的可選配置。本次研究不評估TC模式。兩級先進氧化式分析儀的VOC模式類似于催化燃燒式分析儀的POC模式，這兩個術語可以互換使用。

圖3是兩級先進氧化式分析儀的標準操作模式【TIC（Total Inorganic Carbon，總無機碳）+TOC模式】。在這兩步操作模式下，在NDIR測量之前先進行IC和POC吹掃。由于未進行氧化，POC不包含在測量結果中。此模式的兩個步驟使用同一樣品，TOC代表樣品中的NPOC。

*注意：在 IC 測量步驟中，

已通過吹掃去除了樣品中的 POC 和 IC。

圖3：兩級先進氧化式分析儀的TIC+TOC模式

圖4是兩級先進氧化式分析儀的附加TC模式。在此模式下，用氫氧化鈉和臭氧來預氧化樣品，以便在吹掃之前氧化全部POC。分析儀的VOC模式是TC分析和TIC+TOC分析的結合。計算實測的“TC”與實測的“TIC和NPOC之和”之間的差值，即可得到VOC。VOC=TC–(TIC+NPOC)。

圖4：兩級先進氧化式分析儀的TC模式

Sievers M系列TOC分析儀用紫外-過硫酸鹽進行TOC氧化，然后進行膜電導（MC，Membrane Conductimetric）檢測。分析儀可以在普通操作模式下檢測揮發(fā)性有機物。圖5是M系列分析儀所采用的TOC分析方法的流程。

圖5：M系列分析儀的標準操作

圖5顯示了Sievers M系列TOC分析儀的普通分析模式。樣品在被加入酸劑后，分流到分析儀中相互獨立的TC通道和IC通道中。TC通道中的樣品被加入氧化劑，然后在紫外線照射下，樣品中的有機物被氧化。IC通道中的樣品則跳過上述過程。各通道中的樣品通過CO₂滲透膜，將CO₂分離開。TOC等于TC減去IC。

如果需要事先去除IC以獲得更準確的TOC結果，可以使用無機碳去除器（ICR，Inorganic Carbon Remover），而無需進行吹掃。建議當IC高10倍的TOC時使用無機碳去除器。IC通道中的樣品被送進無機碳去除器，通過一圈CO₂滲透管，即可在不使用載氣的情況下去除IC。此方法不會在去除IC的過程中損失揮發(fā)性碳，因而能準確測量TOC。

同催化燃燒工藝和兩級先進氧化工藝相反，M系列分析儀內的樣品不接觸空氣，這就能夠確保在受控實驗室環(huán)境中測得的揮發(fā)性有機物的結果真實反應了在線設置中的實際工藝樣品的TOC。

圖6-9顯示了上述三種TOC氧化技術的揮發(fā)性化合物回收率的測量數(shù)據。M系列分析儀在關閉無機碳去除器的普通分析模式下運行，催化燃燒式分析儀在TOC模式下運行，兩級先進氧化式分析儀在VOC模式下運行。

圖 6：丙酮的回收率

CC=催化燃燒

TSAO=兩級先進氧化

圖 7：甲醇的回收率

圖 8：甲乙酮（MEK，也稱為丁酮）的回收率

圖 9：異丙醇（IPA）的回收率

圖6-9顯示了在本次研究中評估的4種化合物的回收率。各圖中的紅線代表100%回收率。

本次研究使用的所有分析儀都在正確的操作模式下成功完成了對化合物的分析，但Sievers M系列分析儀是在標準操作模式下并且在不用載氣的情況下有效檢測揮發(fā)性有機物的儀器。表1列出了所有化合物和所有分析濃度的揮發(fā)性有機物的平均回收率。

表 1：本次研究中的所有化合物和分析濃度的揮發(fā)性有機物的平均回收率

在本次研究中使用的催化燃燒式分析儀只能在TOC模式（或配置可選附件的POC模式）下檢測揮發(fā)性化合物。但大多數(shù)用戶所采用的標準操作是NPOC模式，該模式無法檢測揮發(fā)性有機物。在本次研究中使用的兩級先進氧化式分析儀只能在TC或VOC模式下檢測揮發(fā)性有機物，但這兩種模式都是可選配置。

催化燃燒式分析儀和兩級先進氧化式分析儀都需要用載氣進行吹掃和NDIR檢測。用載氣進行吹掃時，會損失揮發(fā)性和半揮發(fā)性有機化合物。用載氣進行NDIR檢測時，要求進行精確的氣液分離，這是因為水分會影響測量結果的準確性。Sievers M系列分析儀采用膜電導檢測法來測量液體（而非氣體）的CO₂，能夠避免上述缺點。

為了應對工藝偏差或泄漏，用戶必須能夠有效地監(jiān)測有機污染物（如揮發(fā)性化合物）。精準的監(jiān)測結果幫助用戶正確掌握工藝。Sievers M系列分析儀能夠在標準操作模式下準確測量揮發(fā)性化合物的TOC，為用戶提供了理想的監(jiān)測解決方案。紫外-過硫酸鹽氧化結合膜電導檢測技術，無需進行吹掃和使用載氣，避免了揮發(fā)性化合物的損失。

在低污染的情況下快速識別工藝泄漏和生產效率過低的原因，可以有效保護生產設備和制成品質量，幫助用戶及時做出應對決策，從而為用戶節(jié)省大量的時間和資金。Sievers M系列分析儀的檢測限（LOD，Limit of Detection）和定量限（LOQ，Limit of Quantification）較低，對低濃度揮發(fā)性化合物的分析結果最準確，能夠滿足用戶的一切監(jiān)測需求。Sievers M系列TOC分析儀具有精準的分析性能、良好的整體易用性、無需另行購買可選附件，是檢測揮發(fā)性有機化合物的理想工具。