总有机碳分析仪TOC使用方法PPT课件

*,*,可编辑,*,*,可编辑,*,总有机碳分析仪,TOC,Total Organic Carbon Analyzer,岛津国际贸易（上海）有限公司,总有机碳分析仪TOC岛津国际贸易（上海）有限公司,1TOC,及,TN,的分析原理,1TOC及TN的分析原理,3,1.1 总有机碳,TOC,分析原理,1.1.1 碳,1.1.2 总碳,TC,的测定,1.1.3 无机碳,IC,的测定,1.1.4 不可吹扫有机碳,NPOC,的测定,1.1.5 可吹扫有机碳,POC,的测定,1.1.6 总有机碳,TOC,的测定,1.1.7 样品的进样,1.1.8,NDIR,检测器,31.1 总有机碳TOC分析原理1.1.1 碳1.1.2,4,1.2 总氮,TN,分析原理,1.2.1 氮,1.2.2 总氮,TN,的测定,41.2 总氮TN分析原理1.2.1 氮1.2.2 总氮T,5,1.1 总有机碳,TOC,分析原理,1.1.1 碳,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,有机,参数,（,COD,、,BOD,、,TOC,）,51.1 总有机碳TOC分析原理1.1.1 碳日常生活中最,6,水,中碳的形态,例如,:,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水中碳的形态例如:非挥发性有机碳，水溶性（糖）；挥发性有机,7,TOC,的历史,最初，,TOC,主要被用作,COD,和,BOD,的替代或补充方法。,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。,7TOC的历史最初，TOC主要被用作COD和BOD的替代或,8,技术术语,总碳（,TC, Total Carbon,）,无机碳（,IC, Inorganic Carbon,）,总有机碳（,TOC, Total Organic Carbon,）,不可吹扫有机碳,（,NPOC, Non-Purgeable Organic Carbon,）,可吹扫有机碳,（,POC, Purgeable Organic Carbon,）,溶解性有机碳,（,DOC, Dissolved Organic Carbon,）,悬浮状有机碳,（,SOC, Suspended Organic Carbon,）,8技术术语总碳（TC, Total Carbon）无机碳（I,9,回目录,9回目录,10,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,1.1.2 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,的测定包括氧化生成,CO,2,和,H,2,O。,10TC的氧化方法（1）催化燃烧1.1.2 总碳的测定总碳（,11,样品均化,，,微量注入到加热的/,UV-,过硫酸盐样品,中。,水,被蒸发,，,有机和无机碳化合物被氧化成,CO,2,和,H,2,O,。,总碳的测定方法,有机碳,无机碳,11样品均化，微量注入到加热的/UV-过硫酸盐样品中。水被蒸,12,TC,的测定流程,12TC 的测定流程,13,（,1,）催化燃烧,水,在加热后,，,产生激发态羟基,OH,*,。,含碳物质在高温（,9001000,）催化（如铂）燃烧,，,完全,氧化。,在,催化剂的存在下，,OH*,与碳,化合物反应生成,CO,2,和,H,2,O,。,岛津的,TOC,在,较低温度 680下催化燃烧,。,13（1）催化燃烧水在加热后，产生激发态羟基OH*。含碳物质,14,原水/中,水,/,废水,680,低于盐类熔融温度（,如熔融温度：,NaCl 800,；CaCl,2,774,）。,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,水和,在制药工业中,的,洁净度认证,催化燃烧,14原水/中水/废水680 低于盐类熔融温度（如熔融温度：,15,（,2,）紫外氧化（,UV Oxidation,）,紫外光（185,nm）,与水中的氧气反应生成激发态,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。,15（2）紫外氧化（UV Oxidation）紫外光（185,16,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,紫外氧化流程图,紫外氧化,16适用于：紫外氧化流程图紫外氧化,17,（,3,）过硫酸盐氧化,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*,将有机碳物质氧化形成二氧化碳和水。,过硫酸盐,是氧化剂，通常需要,结合,高温和高压,。,17（3）过硫酸盐氧化水在加热或加压下产生OH基。过硫酸盐,18,过硫酸盐氧化流程图,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,。,过硫酸盐氧化,18过硫酸盐氧化流程图与UV 方法比较，是一个改进的氧化方法,19,（,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：,19（4）紫外-过硫酸盐氧化紫外光与水反应生成OH*：UV,20,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。,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,。,UV-,过硫酸盐氧化,流程图,紫外,-,过硫酸盐氧化,回目录,20在岛津的 TOC 分析仪中， 为得到更好的性能，采用加热,21,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,。,21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,22,平均分析时间：,峰,1,紫外,-,过硫酸盐,-,加热氧化,（,UHP,）,= 2.84 min,峰,2,紫外,-,过硫酸盐（,UP,）,= 4.45 min,峰,3,加热,-,过硫酸盐（,HP,）,= 5.48 min,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。,22平均分析时间：紫外-过硫酸盐-加热氧化注：U：UV，紫外,23,检测氧化能力,日本工业标准,(JIS) K 0805,使用,酒石酸,，,1,10-,菲咯啉， 谷氨酸和丙醇。,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。,ISO 8245,和,EN 1484,使用酞菁铜,四磺酸,T,四钠盐和,纤维素。,23检测氧化能力日本工业标准(JIS) K 0805使用酒石,24,有机化合物,化学,分子式,燃烧,红,外,氧,化法,TOC,过,硫酸,盐,紫外,氧,化法,TOC,两种方法,氧,化能力比（,%,）,乙醇,C,2,H,6,O,1.7,3.5,1.62,3.28,95.3,93.7,柠檬酸,C,6,H,5,O,7,Na,3,2.0,4.0,2.02,3.98,101,99.5,邻苯二甲酸氢钾,C,8,H,5,O,4,K,2.0,4.0,2.00,3.99,100,99.8,丙酮,C,3,H,6,O,1.9,3.9,1.96,3.83,103,98.2,4,氨基苯磺酸,C,6,H,7,O,3,NS,2.0,4.1,1.98,3.98,99.0,97.1,D-,葡萄糖,C,6,H,12,O,6,1.8,3.8,1.76,3.80,97.8,100,4-,氨基安替比林,C,11,H,13,ON,3,1.9,4.0,2.00,3.96,105,99.0,2,4,6-,三（,2,吡啶）,1,3,5-,三嗪,C,18,H,12,N,6,1.9,3.8,1.61,3.34,84.7,87.9,1,10-,邻二氮杂菲,C,12,H,10,ON,2,2.0,4.0,1.92,3.83,96.0,95.8,甲基橙,C,14,H,14,O,3,N,3,SNa,2.3,4.4,2.21,4.00,96.0,95.8,十二烷基硫酸钠,C,12,H,25,O,4,SNa,2.0,4.0,2.04,3.95,102,98.8,蛋白胨,-,2.2,4.3,2.02,4.03,91.8,93.7,腐蚀酸,-,2.7,4.9,4.5,0.75,1.45,2.31,27.8,29.6,51.3,棕黄酸,-,3.2,5.4,1.71,3.08,53.4,57.0,两种方法氧化能力比,= TOC,（过硫酸盐,-UV,）,/TOC,（燃烧氧化）,x100%,24有机化合物化学分子式燃烧红外过硫酸盐紫外氧化法TOC,25,TC,氧化方法,天然水域中的,TOC,（,Sendai City,Kagoshima Prefecture,日本）,25TC氧化方法天然水域中的TOC（Sendai City,26,1.1.3 无机碳的测定,水中,IC,的形态,水中,总二氧化碳,（CO,2,）,=,溶解性二氧化碳 （,CO,2,）,+,碳酸（,H,2,CO,3,）,+,碳酸氢根离子（,HCO,3,-,）,+,碳酸根离子（,CO,3,2-,）,无机碳（,IC,）,包括碳酸根，碳酸氢根和溶解性二氧化碳。,最普遍的,无机,碳,化合物,是碳酸根离子,，,碳酸根离子与,二氧化碳之间处于平衡状态,。,261.1.3 无机碳的测定水中 IC 的形态无机碳（IC）,27,水中,IC,的形式,27水中IC的形式,28,水中,IC,的电离平衡,28水中IC的电离平衡,THANK YOU,SUCCESS,2024/8/28,29,可编辑,THANK YOUSUCCESS2023/9/429,30,IC,测定,样品注入到含有酸,（,如磷酸）的反应室中。,酸性条件下：,30IC 测定样品注入到含有酸（如磷酸）的反应室中。酸性条件,31,IC,的测定流程,回目录,31IC 的测定流程回目录,32,1.1.4,NPOC,的测定,不可吹扫有机碳（,NPOC,）,可吹扫有机碳（,POC,）,总有机碳（,TOC,）,包括所有,的有机,碳,。,TOC,是非特指的,碳,化合物,的定,量。,水,中的,碳,量指,溶解性或悬浮状有机,碳。,样品,在酸化和吹扫/鼓泡去除,IC,以后仍然留下的,物种。,是,TOC,的一部分,，,样品在室温下用气流吹扫/鼓泡可 将其除去的,TOC,部分,。,321.1.4 NPOC的测定不可吹扫有机碳（NPOC）可吹,33,IC,与酸反应形成,CO,2,和,H,2,O,。,吹扫除去,IC,和,POC,。,NPOC,的测定,33IC与酸反应形成CO2和H2O。 NPOC的测定,34,NPOC,的测定,34NPOC的测定,35,POC,选购件,POC,被带到,TC,燃烧管,被氧化成,CO,2。,1.1.5,POC,的测定,样品,中,POC,被鼓泡驱除。,通过,CO,2,吸收器（,LiOH,）除去,IC,中的,CO,2。,35POC 选购件POC被带到TC燃烧管被氧化成CO2。1.,36,POC,测定,18,o,C,使用鼓泡（氮气）各种物质的残余,36POC 测定18oC使用鼓泡（氮气）各种物质的残余,37,挥发性有机碳（,VOC,）,非常类似于,POC，,除了鼓泡,/,吹扫,的温度必须是指定的,。,非挥发性有机碳（,NVOC,）,在,VOC,指定的,温度,下不挥发的有机,碳,部分,。,溶解性有机碳（,DOC,）,使用,0.2/0.45,微米孔径的膜过滤器所得的过,滤液,中,TOC,部分。,悬浮有机碳（,SOC,）,残留在膜过滤器上以固体形式存在的,TOC,部分。,专业术语,回目录,37挥发性有机碳（VOC）非挥发性有机碳（NVOC）溶解性有,38,（,1,）差减法,TOC = TC IC,（当,TOC,远高于,IC，,如废水,。,）,1.1.6,TOC,的测定,（,2,）,NPOC,法,TOC = POC + NPOC,= NPOC,（如果,POC,可忽略）,（,3,）加和法,TOC=POC+NPOC,（当,样品中,POC,不可忽略。）,（,高灵敏度催化剂,，TOC500ppb，,如纯水；,普通灵敏度催化剂，当,ICTOC,或,TC IC,时。,）,38（1）差减法1.1.6 TOC 的测定（2）NPOC法,39,（,1,）差减法,TOC= TC IC,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,建立,TC,标准曲线。,在加酸,IC,反应室中加入,IC,标准溶液,，,建立,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,。,39（1）差减法 TOC= TC IC 使用催化燃烧/U,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,建立,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,40使用催化燃烧/UV/过硫酸盐/UV-过硫酸盐法，用已知浓,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。,（,3,）,加和法,TOC=POC+NPOC,举例,：,克服此问题的办法是采用,POC,与,NPOC,加和的方法,。,41 酸化和鼓泡除去样品中的IC，但是挥发性有机样品（PO,42,实际,TOC,流程,TC Port,IC Port,NDIRDetector,42实际 TOC 流程TC PortIC PortNDIR,43,微机控制,回目录,43微机控制回目录,44,1.1.7,样品的进样,手动进样,自动进样,自动进样器,进样,441.1.7 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,容易引进人为误差。,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。,样品的进样,45（1）手动进样容易引进人为误差。用户用注射器手动注入样品,46,（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。,减少操作,/,人为,误差。,节省人力。,重现性好。,样品的进样,46（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,47,（3）,自动进样器,节省人力,大量,样品,测定,方便,选购,件,ASI-5000A,ASI-V,样品的进样,回目录,47（3）自动进样器节省人力大量样品测定方便选购件ASI-5,48,CO,2,测定,：NDIR,、电导率,、,滴定,、,还原成甲烷后用,FID（Flame Ionization Detector,火焰离子检测器,）,测定。,1.1.8,NDIR,检测器,形成的,H,2,O,用除湿器,除去,，例如大约,1-2,o,C,的,冷凝器。,NDIR,检测器,Non-Dispersive Infrared,非色散红外检测器,比较成熟,特效性、干扰少,适合于低和高浓度样品,用于岛津的各种,TOC,48CO2测定：NDIR、电导率、滴定、还原成甲烷后用FID,49,NDIR,检测器,三个主要组成部分是:,NDIR,检测器,（,1,）,IR,光源,（,2,）测定池,（,3,）检测器,49NDIR 检测器三个主要组成部分是:NDIR检测器（1）,50,1.2 总氮（,TN）,分析,1.2.1 氮（,N）,氮的不同形态:,硝酸根（,NO,3,-,）,亚硝酸根 （,NO,2,-,）,氨（,NH,3,）,有机氮（有机,N）,例如：蛋白质、核酸、尿素（,R-N）,氮气（,N,2,）,氮循环：,501.2 总氮（TN）分析1.2.1 氮（N）氮的不同形,51,氮 循 环,51氮 循 环,52,人类活动改变氮循环包括：,农业合成肥料的应用,浸出到各种天然水系中，如地下水、湖泊和河流等,（,富营养化）,家畜 释放,NH,3,下水道废水和化粪池,氮 循 环,毒性,过量,NO,3,-,导致婴儿高铁血红蛋白血症。 因此，饮用水中限制,NO,3,-,在,10 mg/L,以下。,亚硝酸，在酸性溶液中,NO,2,-,与胺反应（2,o,C）,形成硝胺（,RRNH），,致癌。,回目录,52人类活动改变氮循环包括：氮 循 环毒性过量 NO3- 导,53,过去，各种形态的氮分别分析，然后再合并各种分析结果，计算,TN。,TN,是水中各种氮化合物的总和,（不包括氮气）。,1.2.2,TN,的测定,分析费时且困难。,53过去，各种形态的氮分别分析，然后再合并各种分析结果，计算,54,燃烧,-,化学发光法,TN,在,含,Pt,催化剂,的,TOC,燃烧管,中在,720,o,C,被转化成,NO,：,NO,被,臭氧（,O,3,）,激发成,NO,2,*,，,而,臭氧,是由,TNM-1,中的,臭氧发生器使用电火花,在,50,o,C,从作为,载气,的,空气,中产生,。,当,NO,2,返回到基态,时,，,将,发射光（590-2500,nm）,，,由,化学发光检测器 （硅光二极管检测器,）,测定。,为了安全，,NOx,和臭氧,分别用,NOx,吸收器（碱石灰）和臭氧处理单元,（,含有二氧化锰）除去。,按照,ISO/TR 11905-2，,用氨基乙酸检查,方法的,氧化能力。,54燃烧-化学发光法TN 在含 Pt 催化剂的 TOC 燃烧,55,TOC-V + TNM-1,TN,的测定流程图,55TOC-V + TNM-1 TN的测定流程图,56,TNM-1 -,仪器说明,TN,的测定流程图,56TNM-1 - 仪器说明TN的测定流程图,第一章,完,第一章完,THANK YOU,SUCCESS,2024/8/28,58,可编辑,THANK YOUSUCCESS2023/9/458,