總有機碳
總有機碳(total organic carbon,TOC)是以碳的含量表示水中有機物質的總量,結果以C的mg/L表示。
碳是一切有機物的共同成分,是組成有機物的主要元素,水的TOC值越高,說明水中有機物含量越高,因此,TOC可以作為評價水質有機污染的指標。但它排除了其他元素,如高含N、S或P等元素有機物在燃燒氧化過程中同樣參與了氧化反應,而TOC以C計結果中并不能反映出這部分有機物的含量。
TOC的測定是采用儀器法,按工作原理不同,可分為燃燒氧化非分散紅外吸收法、電導法、濕法氧化非分散紅外吸收法等。其中燃燒氧化-非分散紅外吸收法流程簡單、重現性好、靈敏度高,在國內外被廣泛采用。國家環保部于2009年頒布了《水質 總有機碳(TOC)的測定燃燒氧化-非分散紅外吸收法》(HJ 501—2009)。
燃燒氧化-非分散紅外吸收法測定TOC又分為差減法和直接法兩種。當水中苯、甲苯、環己烷和三氯甲烷等揮發性有機物含量較高時,宜用差減法測定;當水中揮發性有機物含量較少而無機碳含量相對較高時,宜用直接法測定。
1差減法
(1)差減法原理將一定體積的水樣連同凈化氧氣或空氣分別導入高溫燃燒管(900~950℃)和低溫反應管(150℃)中,經高溫燃燒管的水樣在催化劑(鉑和二氧化鈷或三氧化二鉻)和載氣中氧的作用下,使有機化合物轉化成為二氧化碳;經低溫反應管的水樣受酸化而使無機碳酸鹽分解成二氧化碳。其所生成的二氧化碳依次進入非色散紅外線檢測器。由于一定波長的紅外線被二氧化碳選擇吸收,并在一定濃度范圍內,二氧化碳對紅外線吸收的強度與二氧化碳的濃度成正比,故可對水樣中的總碳(TC)和無機碳(IC)進行分別定量測定。
總碳與無機碳的差值,即為總有機碳。因此,TOC可由下式計算得到:
TOC=TC-IC
(2)測試要點
①鄰苯二甲酸氫鉀(KHC8H4O4,基準試劑)作為水中有機物的標準試劑,無水碳酸鈉(Na2CO3)和碳酸氫鈉(NaHCO3)作為水中無機物的標準試劑。通常要求兩類試劑均先配制成濃度為400mg/L(以C計)的貯備液。
②由標準貯備液逐級稀釋配制不同濃度的有機物、無機物標準系列溶液,分別注入燃燒管和反應管,根據吸收峰高-對應濃度的關系,繪制標準工作曲線。
③取適量水樣分別注入TOC的燃燒管和低溫反應管,所得TC和IC峰高可由標準工作曲線和計算公式得到水樣的TOC值,或由儀器直接給出結果值。
2直接法
(1)直接法原理將水樣加酸酸化為pH<2,通入氮氣曝氣,使無機碳酸鹽轉變為二氧化碳并被吹脫而去除。再將水樣注入高溫燃燒管,便可直接測得總有機碳。由于酸化曝氣會損失可吹掃有機碳(POC),故測得的總有機碳值為不可吹掃有機碳(NPOC)。
該方法由于通氮氣吹脫無機物產生的CO2同時會使揮發性有機物有所損失,從而影響測定結果,對含揮發性有機物高的水樣不適用。
(2)測試要點
①現將水樣加酸酸化為pH<2,通入氮氣曝氣,使無機碳酸鹽轉變為二氧化碳并被完全吹脫。
②鄰苯二甲酸氫鉀(KHC8H4O4,基準試劑)作為水中有機物的標準試劑,通常要求先配制成濃度為400mg/L(以C計)的貯備液。
③由標準貯備液逐級稀釋配制不同濃度的有機物標準系列溶液,注入燃燒管,根據吸收峰高-對應濃度的關系,繪制標準工作曲線。
④取適量水樣注入TOC的燃燒管,所得TC峰高可由標準工作曲線或計算公式得到水樣的TOC值。
但由于總有機碳測定儀的進樣方式是采用針孔進樣,這種進樣方式會阻礙大顆粒物進入注射器的細針頭。有些細小顆粒物的沉淀還會堵塞針頭和儀器中氣泵的管道,為防止堵塞,對渾濁樣品需進行離心或者過濾后測定。因此所測水樣往往不包括全部顆粒態有機碳。對于含懸浮物較多的水樣TOC就無法對總有機物的含量有準確的測定。