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在线总有机碳分析仪ＴＯＣ-4100初级培训教材岛津国际贸易（上海）有限公司环境仪器部一、前言在我们周围存在着各种各样的有机物，涉及范围非常广泛，如食品､水等。这些有机物往往通过我们的生产以及消费活动,最终被排放到江河､湖泊､海洋中。有机物引起的问题：由于营养过剩造成赤潮、蓝藻､缺氧等；给自来水､工业用水､农业用水带来影响；由于水中的微生物,使得生物､植物等生态环境失去平衡,给自然环境带来恶劣影响。需要对公共用水排放有机物加以限制COD与TOC测试仪比较ＣＯＤ仪•不能充分氧化有机物（芳香烃类有机物、环状氮化合物等）•测试较费时间（国家法规测试法：２个小时）•因为使用药品量大，日常维护繁琐、管理费用高•排放有害物质（６价铬和汞）•由于使用强酸（硫酸）和强氧化剂（重铬酸钾），易造成部件腐蚀COD与TOC测试仪比较TOC仪—几乎所有的有机物均可检测,约达１００％—测试迅速、精确度高、灵敏度高—不使用药品,维护管理费用少—无二次污染—非常适用于有机物在线化监测二、相关概念及检测原理相关概念（1）TOC（总有机碳）：水中存在有与氧或氢等原子结合，构成有机化合物的碳，称其为总有机碳（TotalOrganicCarbon，TOC）。IC（无机碳）：作为二氧化碳、碳酸根离子、碳酸氢根离子等无机化合物的碳，称其为无机碳（InorganicCarbon，TIC/IC）。ＩＣ主要是以碳酸中的碳的形式而存在的，碳酸＝Ｈ2ＣＯ3碳酸离子＝ＣＯ3--碳酸氢离子＝ＨＣＯ3-相关概念（2）POC（易挥发性有机碳）：试样中易挥发失去的有机碳，称其为易挥发性有机碳（PargeableOrganicCarbon，POC）POC一般指低沸点有机物（如苯、甲苯等不溶于水的低沸点有机物）。NPOC（非挥发性有机碳）：不挥发的有机碳称其为非挥发性有机碳（Non-PargeableOrganicCarbon，NPOC）。TC（总碳）：把TOC和IC合起来称为总碳（TotalCarbon，TC），即：TC＝TOC＋IC。TOC的测定方法（1）水中存在的总碳（TC），减去像二氧化碳、碳酸根离子和碳酸氢根离子等构成无机化合物的无机碳（IC），就是TOC，即TOC=TC-IC。（2）TOC又分为，经通气处理从试样挥发失去的成分（挥发性有机碳，POC）和不挥发的成分（非挥发性有机碳NPOC），即TOC=POC+NPOC。TOC的测定方法（1）TOC=TC-IC测定TC测定IC注：在ＴＯＣ－４１００中，如果装配了选配件中的DF单元即可。它们的差来计算TOC。ＴＣ－ＩＣ＝ＴＯＣTOC的测定方法（2）TOC≈NPOC一般水样中的挥发性有机碳（POC）和非挥发性有机碳（NPOC）相比，比例非常小，可以忽略，即TOC=NPOC+POC≈NPOC在前处理中除去IC，将剩下的TOC(即NPOC)进行氧化，测定CO2的量,以此来计算即：在ＴＯＣ－４１００中使用的方法为了与由TC和IC之差求TOC的测定方法区分，将这种方式测定的TOC称为NPOC。注：在石油冶炼等行业的原水中有可能含有ＰＯＣ。除去ＩＣ的方法将试样的PH调整到2-3时，碳酸根离子（CO3--）和碳酸氢根离子(HCO3-)就会变成Ｈ２O+ＣＯ２试样再经通气吹扫处理后，很容易就可以除去ICDistributionratioa:H2CO3b:HCO3-c:CO3--DistributionofTotalCarbonDioxidevs.pHpH碳酸中的碳的存在是依据pH值的燃焼式／湿式共通事項TOC-4100测定原理去除IC后的样品通过八通阀、注射器注射到填充有催化剂的燃烧管中，并以680℃的温度燃烧氧化，生成二氧化碳和水，供给的高纯氮气作为载气导入电子冷凝器，分离出水份，二氧化碳则被送入NDIR（Non-DispersiveInfraredRadiation）检测器中，进行检测。氧化过程中生成的二氧化碳的量正比于样品当中的有机碳的含量，因此，通过测试二氧化碳的量，并根据校正标准液得到的曲线，很容易就分析出样品中有机碳的含量。TOC-4100测试原理流程试样↓←添加盐酸用通气吹扫法除去IC↓将TOC用燃烧催化法氧化（ＴＯＣ→ＣＯ2）↓用ＮＤＩＲ来测定CO2（根据峰值形状面积来测定）↓根据标准曲线来计算TOC浓度三、测试流程及构造介绍TOC-4100流路图图3.1测定的流路图TOC-4100结构介绍（1）仪器的样品预处理单元关闭左侧的采样阀将样品采入均化器采样时通过５０目的滤网去除较大的固体杂质利用高速旋转的搅拌器，粉碎样品中悬浮颗粒，并将样品均化采样后用清洗水清洗滤网及样品处理部分，等待下次采样排水阀样品入口滤网洗水进样螺旋桨均化器杀菌剂TOC-4100结构介绍（2）样品采样单元(8P阀）1#：离线测量样2#：在线测量样3#：校正液4#：酸添加5#：清洗水、稀释水6#：排气7#:进样管（注入燃烧管）8#：排液TOC-4100结构介绍（3）反应炉燃烧炉：提供燃烧氧化所需达到的温度（680℃）燃烧管：由石英玻璃制成，作为燃烧分解有机物的反应容器铂金催化剂：由氧化铝小球表面包裹铂金组成，帮助有机物分解和燃烧生成二氧化碳TOC-4100结构介绍（4）渗氧硅管TOC燃烧需要氧气，载气本身不含有氧，因此燃烧需要的氧从渗氧管渗入。随氧气渗入渗氧管的还有微量的CO2。TOC-4100结构介绍（5）加湿器加湿器的作用是加强CO2吸收器吸收CO2的效果。TOC-4100结构介绍（6）载气精制用CO2吸收剂碱石灰，主要成分是氢氧化钙和氢氧化钠等物质。作用是去除载气和渗氧管当中与氧气一起进入的CO2等气体，保证NDIR的基线平稳。TOC-4100结构介绍（7）B型卤素洗涤器作用是去除氟、氯、溴、碘等卤素。在试样中含有以上元素时，经过燃烧后，可能会以各种形式（如氯化氢，氯酸，氯气等）从燃烧管排出；由于上述成分都易溶于水成为酸，很容易与B型卤素洗涤器当中的铁和铬反应，生成化合物，这种化合物有很强的还原力，再与氯和溴等反应，达到去除卤素的目的。TOC-4100结构介绍（8）电子除湿器进入电子除湿器之前的载气中会有一定的水分，水分浓度变化时，基线也会随之变化。电子冷凝器将载气冷却至1±0.4℃，以减少载气中的水分含量，稳定水分含量也就是使基线稳定，NDIR不再受水分干扰，能够精确测试。TOC-4100结构介绍（9）卤素吸收器作用是去除多余的卤素。由于B型卤素过滤管可能不能完全去除卤素（主要为氯），由于氯的氧化能力很强，进入检测池后马上会与池内部的镀金发生反应，造成腐蚀，所以增加了一级以主要成分为铜的卤素过滤管，进一步保护检测池不受腐蚀。TOC-4100结构介绍（10）非分散型红外线分析仪(NDIR)从光源处射出的红外线（未分光）通过检测池到达检测器。检测器的前后有两个池子（前池和后池），两个池子分别连接有气体管路。在气体管路中装有高感度的可以检测出流速的传感器。因在检测器的池子中注入了CO2，从光源处发出的红外线中的4.2μm的光在前池被吸收。由于前池内的气体的温度的上升（压力变大），前池和后池之间产生了压差，于是从前池有气体流到后池。TOC-4100结构介绍（10）非分散型红外线分析仪(NDIR)当从光源射来的红外线被斩光器截断，检测器无红外线时，前池和后池的压力就变为相等，气体就从后池向前池返回。从前池和后池来往的气体的流速经传感器检测后，就得到了交流波形的电子信号。当检测池中不含有CO2的载气流动时，光源处的红外线直接（原样）到达检测器，这时交流信号的振幅是最大的。当检测池中的载气含有CO2时，4.2μm的红外线被吸收，到达检测器的部分就会变弱，交流信号的振幅会变小。根据检出的交流信号的振幅，可知检测池中流动载气中的CO2浓度。ＮＤＩＲ的測定原理单原子分子如N2、O2、H2等并不会吸收红外线，多原子分子如CO2、CH4等则依其键结合情形及组成原子种类不同而吸收不同波长的红外线。因此在总有机碳分析仪气体中仅CO2吸收红外线，其吸收波长为4.2um。ＮＤＩＲ的測定原理图红外光源对于各种气体的吸收波长图CO2：4.2umNOSO2Freq.Wavelengthcm－１UVIRVisibleTOC-4100结构介绍（11）吹扫气用CO2吸收剂作用是吸收测试结束的CO2气体。将使用过的载气（从检测池出来的）使其通过CO2吸收剂后再利用，从NDIR的光源、检测池、检测器三个部分间的间隙流出，使空气当中的CO2不会影响到NDIR的正常运行。反应过程介绍（视频）四、TOC-4100基本规格参数基本参数（1）测定项目:TC和NPOC（除去IC的TOC测定法）测定原理：燃烧催化剂氧化/CO2检测（NDIR）测定范围：0～1000ppm（根据稀释功能，稀释率为2～20倍，最大0～20000ppm）重现性：TOC测量，±2％f.s以内零点稳定性：±2％f.s以内/周量程稳定性：±2％f.s以内/日（温度变化5℃以内时）线性：±2％f.s以内试样注入方式：注射泵，滑动式注入IC去除方式：在注射器内加酸-通气处理基本参数（2）模拟输出：0-1VDC，由4-20mADC和0-16mADC选择（绝缘2路输出）测定周期：最短5分钟（NPOC）※1接点输入信号：校正开始，停止，在线测定开始，报警复位，测定开始接点输出信号：[报警信号]报警1，报警2，停机错误，浓度异常警报（上限，下限，上上限和下下限，其中任选2种）[事件信号]准备，在线动作中，单流路测量中，单流路测定结束，离线动作中，试样测定中，校正中，催化剂再生中，休止中，数据触发输出，流路识别CH1～3，断电源等（接点容量：1A，DC30V非感性负载）※1：指在标准条件下反复测量的时间五、设备安装前的准备环境、电源要求环境温度：0-40℃电源要求：AC220±10%，10A，50-60HZ载气要求：氮气，容量约47升，瓶内充气压13MPa左右，纯度99.99%以上，不含粉尘、油雾、水滴等减压阀：与氮气钢瓶相配的氮气减压阀一个，减压后的出口压力为0.25～0.30MPa自来水供水要求：流量约6L/min，压力300-500Kpa采水流量要求：1-3L/min外部管路的连接试剂的准备标准液的配制：a.准确称取邻苯二甲酸氢钾2.125克(将此试剂置于105℃烘箱烘1小时过后)，溶解于1000毫升蒸馏水中，得到1000ppm的标准液；b.（如果需要配制100ppm的标准液）用移液管移取1000ppm的标准液50毫升稀释至500毫升，所得100ppm的标准液；c.将所配的溶液放置于STD1桶中。盐酸的配制：用分析纯盐酸200毫升稀释至2升(即稀释10倍)；将所配盐酸放置于ACID桶中。纯水：取蒸馏水（或纯净水）放置于10升的WATER桶中。六、设备安装（一）部品的安装（二）试剂的添加部品的安装燃烧管的安装2片铂金网必须放平，以防止催化剂掉落。5mm石英棉要保持均匀。催化剂放置均匀。部品的安装燃烧管与滑块底座的连接将燃烧管的顶端垂直插入滑块的底座，让其内部的O圈和燃烧管完全密封，以防止漏气。滑块不能有上下方向的活动，否则会降低滑块与式样注入部垫圈的密封性。部品的安装洗涤器的连接在将洗涤器与燃烧管连接之前，先将洗涤器与连接B型卤素洗涤器的管路连接，避免洗涤器的断裂。拧盖型螺母时，不要使用工具。部品的安装注射器的安装用蒸馏水将注射器活塞润滑。卸下8P内注射器的连接冒，安装注射器（只能用手拧，不能使用工具），不要过分强制紧固，否则会使8P内树脂部变形，导致漏液。连接吹扫气配管时，注意螺母纹路，不要强拧，否则会造成漏气、漏液。部品的安装CO2吸收剂的安装载气精制用CO2吸收剂的安装光学系统清扫用CO2吸收剂的安装注意：安装CO2吸收剂时，1、先检查瓶子有无漏气；2、不要将进气口“L”和出气口“S”接错。试剂的添加加湿器中纯水的加入尽量注入TC成分少的水。纯水加到上刻度，保证里