水质检测--有机综合指标监测总有机碳
总有机碳
总有机碳(total organic carbon,TOC)是以碳的含量表示水中有机物质的总量,结果以C的mg/L表示。
碳是一切有机物的共同成分,是组成有机物的主要元素,水的TOC值越高,说明水中有机物含量越高,因此,TOC可以作为评价水质有机污染的指标。但它排除了其他元素,如高含N、S或P等元素有机物在燃烧氧化过程中同样参与了氧化反应,而TOC以C计结果中并不能反映出这部分有机物的含量。
TOC的测定是采用仪器法,按工作原理不同,可分为燃烧氧化非分散红外吸收法、电导法、湿法氧化非分散红外吸收法等。其中燃烧氧化-非分散红外吸收法流程简单、重现性好、灵敏度高,在国内外被广泛采用。国家环保部于2009年颁布了《水质 总有机碳(TOC)的测定燃烧氧化-非分散红外吸收法》(HJ 501—2009)。
燃烧氧化-非分散红外吸收法测定TOC又分为差减法和直接法两种。当水中苯、甲苯、环己烷和三氯甲烷等挥发性有机物含量较高时,宜用差减法测定;当水中挥发性有机物含量较少而无机碳含量相对较高时,宜用直接法测定。
1差减法
(1)差减法原理将一定体积的水样连同净化氧气或空气分别导入高温燃烧管(900~950℃)和低温反应管(150℃)中,经高温燃烧管的水样在催化剂(铂和二氧化钴或三氧化二铬)和载气中氧的作用下,使有机化合物转化成为二氧化碳;经低温反应管的水样受酸化而使无机碳酸盐分解成二氧化碳。其所生成的二氧化碳依次进入非色散红外线检测器。由于一定波长的红外线被二氧化碳选择吸收,并在一定浓度范围内,二氧化碳对红外线吸收的强度与二氧化碳的浓度成正比,故可对水样中的总碳(TC)和无机碳(IC)进行分别定量测定。
总碳与无机碳的差值,即为总有机碳。因此,TOC可由下式计算得到:
TOC=TC-IC
(2)测试要点
①邻苯二甲酸氢钾(KHC8H4O4,基准试剂)作为水中有机物的标准试剂,无水碳酸钠(Na2CO3)和碳酸氢钠(NaHCO3)作为水中无机物的标准试剂。通常要求两类试剂均先配制成浓度为400mg/L(以C计)的贮备液。
②由标准贮备液逐级稀释配制不同浓度的有机物、无机物标准系列溶液,分别注入燃烧管和反应管,根据吸收峰高-对应浓度的关系,绘制标准工作曲线。
③取适量水样分别注入TOC的燃烧管和低温反应管,所得TC和IC峰高可由标准工作曲线和计算公式得到水样的TOC值,或由仪器直接给出结果值。
2直接法
(1)直接法原理将水样加酸酸化为pH<2,通入氮气曝气,使无机碳酸盐转变为二氧化碳并被吹脱而去除。再将水样注入高温燃烧管,便可直接测得总有机碳。由于酸化曝气会损失可吹扫有机碳(POC),故测得的总有机碳值为不可吹扫有机碳(NPOC)。
该方法由于通氮气吹脱无机物产生的CO2同时会使挥发性有机物有所损失,从而影响测定结果,对含挥发性有机物高的水样不适用。
(2)测试要点
①现将水样加酸酸化为pH<2,通入氮气曝气,使无机碳酸盐转变为二氧化碳并被完全吹脱。
②邻苯二甲酸氢钾(KHC8H4O4,基准试剂)作为水中有机物的标准试剂,通常要求先配制成浓度为400mg/L(以C计)的贮备液。
③由标准贮备液逐级稀释配制不同浓度的有机物标准系列溶液,注入燃烧管,根据吸收峰高-对应浓度的关系,绘制标准工作曲线。
④取适量水样注入TOC的燃烧管,所得TC峰高可由标准工作曲线或计算公式得到水样的TOC值。
但由于总有机碳测定仪的进样方式是采用针孔进样,这种进样方式会阻碍大颗粒物进入注射器的细针头。有些细小颗粒物的沉淀还会堵塞针头和仪器中气泵的管道,为防止堵塞,对浑浊样品需进行离心或者过滤后测定。因此所测水样往往不包括全部颗粒态有机碳。对于含悬浮物较多的水样TOC就无法对总有机物的含量有准确的测定。
