Khái niệm cơ bản về máy phân tích tổng lượng cacbon hữu cơ (TOC)
Hàm lượng carbon là một trong những thông số quan trọng nhất được đo lường trong các loại giải pháp khác nhau, từ nước uống thương mại đến nước thải công nghiệp. Máy phân tích tổng lượng cacbon hữu cơ (TOC) là thiết bị được sử dụng để phân tích hàm lượng carbon hữu cơ trong các dung dịch nước hoặc chất lỏng này. Họ cung cấp các chỉ số rất nhạy, không đặc hiệu của tất cả TOC thông qua các quá trình hai giai đoạn liên quan đến quá trình oxy hóa và phát hiện. Những thiết bị này là cần thiết để giải quyết các dung môi hóa học và vi khuẩn làm nhiễm bẩn dung dịch nước. Điều này rất quan trọng vì những tác động có hại mà TOC có thể có đối với sức khỏe và môi trường.Bài viết liên quan: Tiêu chuẩn nước tinh khiết GMP-WHO
Khi phân tích một vật liệu có chứa carbon, trước tiên người ta phải hiểu các loại carbon khác nhau có thể có mặt. Hình 1 cho thấy một hệ thống phân cấp các loại carbon.
Để phân tích mẫu, máy phân tích TOC sử dụng phương pháp đo vi phân hoặc trực tiếp.
Trong phương pháp vi phân (còn được gọi là TC-IC), cả carbon tổng (TC) và tổng carbon 2 vô cơ (TIC) có thể được xác định bằng phép đo riêng và TOC có thể được tính bằng cách trừ TIC khỏi TC. Phương pháp này phù hợp với các mẫu trong đó TIC nhỏ hơn hoặc có kích thước tương tự TOC.Trong phương pháp trực tiếp , TIC được loại bỏ khỏi một mẫu bằng cách làm sạch 3 mẫu axit hóa bằng khí tinh khiết. TOC sau đó được xác định bằng quá trình oxy hóa. Phương pháp này còn được gọi là NPOC (carbon hữu cơ không thể tẩy được) do thực tế là POC (carbon hữu cơ có thể tẩy được) như benzen, toluene, cyclohexane và chloroform có thể được loại bỏ một phần khỏi mẫu bằng cách tước khí. Phương pháp trực tiếp phù hợp với nước mặt, nước ngầm và nước uống vì (trong hầu hết các trường hợp) ít TOC hơn IC và một lượng POC không đáng kể trong các mẫu này.
Lựa chọn máy phân tích tổng lượng cacbon hữu cơ (TOC)
Khi chọn máy phân tích TOC, người mua nên tập trung vào các phương pháp phân tích và thông số kỹ thuật hiệu suất của thiết bị.Phương pháp phân tích
Máy phân tích TOC có thể sử dụng một số kỹ thuật khác nhau để oxy hóa và phát hiện TOC. Các phương pháp này thường có phạm vi phân tích cụ thể và nhiều phương pháp đã được chuẩn hóa chính thức. Bảng dưới đây cung cấp một cái nhìn tổng quan về thông tin này.
Oxy hóa phương pháp tổng lượng cacbon hữu cơ (TOC)
Tất cả các máy phân tích TOC được cung cấp ngày hôm nay đều sử dụng các kỹ thuật oxy hóa hoặc đốt cháy ở nhiệt độ thấp. Mục đích của bước oxy hóa là chuyển đổi chất hữu cơ thành carbon dioxide có thể được đo bằng máy dò để cung cấp các giá trị TOC.Quá trình oxy hóa ở nhiệt độ thấp là quá trình oxy hóa hóa học được hỗ trợ bởi nhiệt 100 ° C và hoặc là lưu huỳnh, chiếu xạ UV và lưu huỳnh, hoặc chỉ chiếu xạ UV. Các kỹ thuật nhiệt độ thấp có ưu điểm là cho phép phân tích khối lượng mẫu lớn, do đó cải thiện giới hạn phát hiện thấp. Ngoài ra, giá trị trống rất thấp miễn là thuốc thử là tinh khiết, giúp phân tích chính xác hơn.
Chiếu tia cực tím sử dụng ánh sáng cực tím để oxy hóa carbon có trong mẫu để tạo ra carbon dioxide. Oxy hóa UV là phương pháp bảo trì thấp, đáng tin cậy nhất để phân tích TOC của nước siêu tinh khiết.
Quá trình oxy hóa nhiệt hóa học (Persulfate) , còn được gọi là nhiệt được làm nóng bằng nước nóng, sử dụng phương pháp hình thành gốc tự do tương tự như quá trình oxy hóa UV / Persulfate, nhưng cũng sử dụng nhiệt để phóng đại khả năng oxy hóa của Persulfate.
Không giống như UV / Persulfate, phương pháp này không dễ bị thu hồi thấp hơn do độ đục trong các mẫu. Máy phân tích TOC kết hợp oxy hóa hóa nhiệt rất hữu ích trong nước thải, nước uống và phân tích nước dược phẩm. Khi được sử dụng với các máy dò tế bào hồng ngoại không phân tán (NDIR) nhạy cảm, các máy phân tích này có thể dễ dàng đo TOC lên đến hàng trăm ppm tùy thuộc vào khối lượng mẫu.
Không giống như UV / Persulfate, phương pháp này không dễ bị thu hồi thấp hơn do độ đục trong các mẫu. Máy phân tích TOC kết hợp oxy hóa hóa nhiệt rất hữu ích trong nước thải, nước uống và phân tích nước dược phẩm. Khi được sử dụng với các máy dò tế bào hồng ngoại không phân tán (NDIR) nhạy cảm, các máy phân tích này có thể dễ dàng đo TOC lên đến hàng trăm ppm tùy thuộc vào khối lượng mẫu.
Chiếu xạ UV / Persulfate sử dụng ánh sáng UV để oxy hóa được phóng đại bởi một chất oxy hóa hóa học (thường là lưu huỳnh). Máy phân tích TOC sử dụng phương pháp oxy hóa này có thể đo mức carbon hữu cơ thấp tới 200 phần tỷ (ppb).
Quá trình đốt cháy ở nhiệt độ cao sử dụng nhiệt (từ 680 ° C trở lên) trong luồng không khí hoặc oxy tinh khiết và thường có mặt chất xúc tác. Các chất xúc tác được sử dụng thường là oxit cupric, oxit coban hoặc bạch kim trên một chất hỗ trợ alumina. Trong quá trình này, bầu không khí giàu oxy chuyển đổi tất cả carbon thành carbon dioxide để đo. Hầu hết các máy phân tích hiện đại sử dụng NDIR để phát hiện carbon dioxide được tạo ra từ quá trình đốt cháy.
Các tế bào dẫn điện dựa vào dung dịch CO 2 để tăng mức độ axit, làm cho độ dẫn của dung dịch tăng lên. Máy phân tích TOC sử dụng phương pháp đo đạc có thể được sử dụng để đo lượng carbon dioxide trong pha lỏng. Không giống như phát hiện NDIR, phương pháp này hiển thị hiệu chuẩn cực kỳ ổn định và không dễ bị trôi đáng kể theo thời gian. Điều này có nghĩa là máy phân tích TOC có thể được hiệu chuẩn ít thường xuyên hơn mà không ảnh hưởng đến hiệu suất phân tích.
Quá trình đốt cháy ở nhiệt độ cao sử dụng nhiệt (từ 680 ° C trở lên) trong luồng không khí hoặc oxy tinh khiết và thường có mặt chất xúc tác. Các chất xúc tác được sử dụng thường là oxit cupric, oxit coban hoặc bạch kim trên một chất hỗ trợ alumina. Trong quá trình này, bầu không khí giàu oxy chuyển đổi tất cả carbon thành carbon dioxide để đo. Hầu hết các máy phân tích hiện đại sử dụng NDIR để phát hiện carbon dioxide được tạo ra từ quá trình đốt cháy.
Phát hiện tổng lượng cacbon hữu cơ (TOC)
Trong số tất cả các thành phần của máy phân tích TOC, phát hiện và định lượng chính xác được coi là quan trọng nhất. Kỹ thuật phát hiện bao gồm các tế bào dẫn điện và các tế bào hồng ngoại không phân tán.Các tế bào dẫn điện dựa vào dung dịch CO 2 để tăng mức độ axit, làm cho độ dẫn của dung dịch tăng lên. Máy phân tích TOC sử dụng phương pháp đo đạc có thể được sử dụng để đo lượng carbon dioxide trong pha lỏng. Không giống như phát hiện NDIR, phương pháp này hiển thị hiệu chuẩn cực kỳ ổn định và không dễ bị trôi đáng kể theo thời gian. Điều này có nghĩa là máy phân tích TOC có thể được hiệu chuẩn ít thường xuyên hơn mà không ảnh hưởng đến hiệu suất phân tích.
Độ dẫn trực tiếp và độ dẫn màng là hai loại máy dò độ dẫn.
Máy dò độ dẫn trực tiếp cung cấp phép đo CO 2 đơn giản và rẻ tiền , không sử dụng khí mang. Họ chịu một phạm vi phân tích giới hạn ở một phần tỷ phép đo, và cũng dễ bị nhiễu bởi ô nhiễm ion, vật liệu hữu cơ halogen, axit và bazơ.Máy dò độ dẫn màng mạnh hơn các thiết bị trực tiếp, với phạm vi phân tích rộng cho cả mẫu nước khử ion và ion hóa. Trong độ dẫn của màng, màng tạo thành một hàng rào bảo vệ các ion gây nhiễu, cho phép phân tích độc quyền carbon dioxide. Phương pháp này chịu thời gian phân tích chậm và cũng dễ bị 'âm tính giả' do màng hoạt động như một vị trí cho các phản ứng hóa học thứ cấp.
Phát hiện tế bào hồng ngoại không phân tán (NDIR) đo carbon dioxide trong pha khí. Đó là một phương pháp trực tiếp đo cụ thể carbon dioxide bằng cách phân tích phổ hấp thụ trong khu vực IR. Nồng độ áp suất tĩnh (SPC) là một công nghệ NDIR mới. Trong phương pháp này, máy dò được điều áp. Khi các khí chứa trong máy dò đạt đến trạng thái cân bằng, nồng độ carbon dioxide được phân tích. Máy phân tích TOC sử dụng quy trình này đo lường tất cả các sản phẩm oxy hóa có trong mẫu trong một lần đọc.
Phạm vi phân tích là phạm vi giá trị TOC mà thiết bị có thể phân tích hiệu quả. Máy phân tích với phạm vi dài có thể đo nhiều loại mẫu hơn. Phạm vi có thể được chỉ định bằng mg / L (miligam carbon trên mỗi lít dung dịch) hoặc trên cơ sở một phần triệu / tỷ.
Thời gian phân tích là thời gian thiết bị cần để hoàn thành phân tích mẫu. Thời gian có thể dao động từ vài phút đến vài giờ tùy thuộc vào các phương pháp được sử dụng bởi công nghệ.
Carbon vô cơ - Carbon trong một hợp chất vô cơ. Các hợp chất vô cơ là (nói chung) là những hợp chất có nguồn gốc vô sinh hoặc không sinh học.
Purging - Loại bỏ khí trong dung dịch hoặc bình chứa bằng cách đổ đầy và rửa bằng khí trơ như khí nitơ (GAN).
Persulfates - Các ion hoặc hợp chất có quá nhiều oxy, chẳng hạn như permonosulfate.
Cảm biến hồng ngoại NDIR hoặc không phổ biến - Thiết bị quang phổ được sử dụng làm máy dò khí. Bao gồm một đèn hồng ngoại, buồng mẫu, bộ lọc và đầu dò hồng ngoại.
Bài viết liên quan: Xác định tổng lượng cacbon hữu cơ (TOC) trong nước tinh khiết
Phát hiện tế bào hồng ngoại không phân tán (NDIR) đo carbon dioxide trong pha khí. Đó là một phương pháp trực tiếp đo cụ thể carbon dioxide bằng cách phân tích phổ hấp thụ trong khu vực IR. Nồng độ áp suất tĩnh (SPC) là một công nghệ NDIR mới. Trong phương pháp này, máy dò được điều áp. Khi các khí chứa trong máy dò đạt đến trạng thái cân bằng, nồng độ carbon dioxide được phân tích. Máy phân tích TOC sử dụng quy trình này đo lường tất cả các sản phẩm oxy hóa có trong mẫu trong một lần đọc.
Hiệu suất phát hiện tổng lượng cacbon hữu cơ (TOC)
Một trong những thông số kỹ thuật quan trọng nhất được cung cấp cho máy phân tích tổng lượng cacbon hữu cơ (TOC) là phạm vi đo. Độ chính xác, độ phân giải và thời gian phân tích cũng rất quan trọng.Phạm vi phân tích là phạm vi giá trị TOC mà thiết bị có thể phân tích hiệu quả. Máy phân tích với phạm vi dài có thể đo nhiều loại mẫu hơn. Phạm vi có thể được chỉ định bằng mg / L (miligam carbon trên mỗi lít dung dịch) hoặc trên cơ sở một phần triệu / tỷ.
Độ chính xác xác định giá trị TOC của thiết bị có thể lệch bao nhiêu so với giá trị thực.
Độ phân giải là chi tiết của phép đo TOC của máy phân tích. Một thiết bị có độ phân giải cao có thể đọc được trong phần tỷ phạm vi, trong khi thiết bị có độ phân giải thấp hơn chỉ có thể đo TOC lên đến một phần triệu.Thời gian phân tích là thời gian thiết bị cần để hoàn thành phân tích mẫu. Thời gian có thể dao động từ vài phút đến vài giờ tùy thuộc vào các phương pháp được sử dụng bởi công nghệ.
Các định nghĩa tổng lượng cacbon hữu cơ (TOC)
Carbon hữu cơ - Carbon trong một hợp chất hữu cơ. Các hợp chất hữu cơ là (nói chung) những người có nguồn gốc sinh học.Carbon vô cơ - Carbon trong một hợp chất vô cơ. Các hợp chất vô cơ là (nói chung) là những hợp chất có nguồn gốc vô sinh hoặc không sinh học.
Purging - Loại bỏ khí trong dung dịch hoặc bình chứa bằng cách đổ đầy và rửa bằng khí trơ như khí nitơ (GAN).
Persulfates - Các ion hoặc hợp chất có quá nhiều oxy, chẳng hạn như permonosulfate.
Cảm biến hồng ngoại NDIR hoặc không phổ biến - Thiết bị quang phổ được sử dụng làm máy dò khí. Bao gồm một đèn hồng ngoại, buồng mẫu, bộ lọc và đầu dò hồng ngoại.
Bài viết liên quan: Xác định tổng lượng cacbon hữu cơ (TOC) trong nước tinh khiết
Đăng nhận xét