آنالایزرهای کربن آلی کل (TOC)

محتوای کربن یکی از مهمترین پارامترهای اندازه گیری شده در انواع محلول ها از آب آشامیدنی تجاری گرفته تا فاضلاب صنعتی است. آنالایزرهای کربن آلی کل 1 (TOC) دستگاه هایی هستند که برای تجزیه و تحلیل محتوای کربن آلی در این محلول های آب یا مایع استفاده می شوند. آنها بازخوانی های بسیار حساس و غیر اختصاصی از تمام TOC را از طریق فرآیندهای دو مرحله ای شامل اکسیداسیون و تشخیص فراهم می کنند. این دستگاه ها برای محاسبه حلال های شیمیایی و باکتری هایی که محلول های آب را آلوده می کنند ضروری هستند. این امر به دلیل اثرات مضری که TOC ممکن است بر سلامت و محیط زیست داشته باشد، مهم است.

نمایش تمام سازندگان آنالایزرهای کربن آلی کل (TOC).

جدول 1 - نمونه هایی از انواع نمونه آب و میانگین سطوح TOC آنها. 

در تجزیه و تحلیل مواد حاوی کربن، ابتدا باید انواع مختلف کربن موجود را درک کرد. شکل 1 سلسله مراتبی از انواع کربن را نشان می دهد.

شکل 1 - تفکیک انواع کربن.

به منظور تجزیه و تحلیل یک نمونه، آنالایزرهای TOC از روش های اندازه گیری دیفرانسیل یا مستقیم استفاده می کنند.

در روش دیفرانسیل (همچنین به عنوان TC-IC شناخته می شود)، هر دو کربن کل (TC) و کربن کل معدنی 2 (TIC) ممکن است با اندازه گیری جداگانه تعیین شوند و TOC ممکن است با کم کردن TIC از TC محاسبه شود. این روش برای نمونه هایی که اندازه TIC کمتر از TOC یا مشابه آن است مناسب است.

در روش مستقیم ، TIC از نمونه با پاکسازی 3 نمونه اسیدی شده با گاز تصفیه شده حذف می شود. سپس TOC با اکسیداسیون تعیین می شود. این روش همچنین به عنوان NPOC (کربن آلی غیرقابل پاکسازی) شناخته می شود، زیرا POC (کربن آلی قابل پاکسازی) مانند بنزن، تولوئن، سیکلوهگزان و کلروفرم ممکن است تا حدی از یک نمونه با جداسازی گاز حذف شود. روش مستقیم برای آب های سطحی، زیرزمینی و آب آشامیدنی مناسب است زیرا (در بیشتر موارد) TOC کمتر از IC و مقدار ناچیز POC در این نمونه ها است.

انتخاب

هنگام انتخاب یک آنالایزر TOC، خریداران صنعتی باید روی روش های آنالیز و مشخصات عملکرد دستگاه تمرکز کنند.

روشهای تحلیل

آنالایزرهای TOC می توانند از تعدادی تکنیک مختلف برای اکسیداسیون و تشخیص TOC استفاده کنند. این روش ها به طور کلی دارای یک محدوده تحلیلی خاص هستند و بسیاری از آنها به طور رسمی استاندارد شده اند. جدول زیر نمای کلی از این اطلاعات را ارائه می دهد.

جدول 2 - مروری بر انواع مختلف آنالایزرها بر اساس روش های اکسیداسیون و تشخیص. 

اکسیداسیون

تمام آنالایزرهای TOC که امروزه ارائه می شوند از تکنیک های احتراق یا اکسیداسیون در دمای پایین استفاده می کنند. هدف از مرحله اکسیداسیون تبدیل مواد آلی به دی اکسید کربن است که می تواند توسط یک آشکارساز برای ارائه مقادیر TOC اندازه گیری شود.

اکسیداسیون در دمای پایین ، اکسیداسیون شیمیایی است که به کمک حرارت 100 درجه سانتی گراد و یا پرسولفات، تابش اشعه ماوراء بنفش و پرسولفات، یا فقط تابش اشعه ماوراء بنفش انجام می شود. تکنیک‌های دمای پایین این مزیت را دارند که اجازه می‌دهند حجم زیادی از نمونه تجزیه و تحلیل شود، در نتیجه حد پایین تشخیص را بهبود می‌بخشد. همچنین تا زمانی که معرف ها خالص باشند مقدار خالی بسیار کم است که باعث می شود تجزیه و تحلیل دقیق تر شود.

تابش فرابنفش از نور فرابنفش برای اکسید کردن کربن موجود در نمونه برای تولید دی اکسید کربن استفاده می کند. اکسیداسیون اشعه ماوراء بنفش قابل اعتمادترین روش نگهداری کم برای آنالیز TOC آبهای فوق خالص است.

اکسیداسیون حرارتی شیمیایی (پرسولفات) که به آن "پرسولفات گرم شده" نیز گفته می شود، از همان روش تشکیل رادیکال آزاد مانند اکسیداسیون UV/persulfate استفاده می کند، اما همچنین از گرما برای بزرگنمایی قدرت اکسیداسیون پرسولفات استفاده می کند. برخلاف اشعه ماوراء بنفش/پرسولفات، این روش نسبت به بازیابی کمتر ناشی از کدورت در نمونه ها حساس نیست. آنالایزرهای TOC که دارای اکسیداسیون حرارتی شیمیایی هستند در تجزیه و تحلیل فاضلاب، آب آشامیدنی و آب دارویی مفید هستند. هنگامی که با آشکارسازهای سلولی حساس غیر پراکنده مادون قرمز (NDIR) استفاده می شود، این آنالایزرها می توانند به آسانی TOC را تا صدها ppm بسته به حجم نمونه اندازه گیری کنند.

تابش اشعه ماوراء بنفش/پرسولفات از نور UV برای اکسیداسیون استفاده می کند که توسط یک اکسید کننده شیمیایی (معمولا پرسولفات) بزرگ می شود. آنالایزرهای TOC که از این روش اکسیداسیون استفاده می کنند می توانند سطوح کربن آلی را تا 200 قسمت در میلیارد (ppb) اندازه گیری کنند.

احتراق در دمای بالا از گرما (680 درجه سانتیگراد یا بالاتر) در جریان هوا یا اکسیژن خالص و معمولاً در حضور کاتالیزور استفاده می کند. کاتالیزورهای مورد استفاده عموماً اکسید مس، اکسید کبالت یا پلاتین روی پایه آلومینا هستند. در این فرآیند، جو غنی از اکسیژن، تمام کربن را به دی اکسید کربن تبدیل می کند تا اندازه گیری شود. اکثر آنالایزرهای مدرن از NDIR برای تشخیص دی اکسید کربن تولید شده از احتراق استفاده می کنند.

جدول 3 - روش آنالیز TOC برای نمونه های مختلف آب. 

تشخیص

از بین تمام اجزای یک آنالایزر TOC، تشخیص دقیق و تعیین کمیت بسیار حیاتی در نظر گرفته می شود. تکنیک های تشخیص شامل سلول های رسانایی و سلول های مادون قرمز غیر پراکنده است.

سلول های رسانایی برای بالا بردن سطح اسیدیته به CO 2 آبی متکی هستند که باعث افزایش رسانایی محلول می شود. آنالایزرهای TOC که از روش هدایت سنجی استفاده می کنند می توانند برای اندازه گیری دی اکسید کربن در فاز مایع استفاده شوند. بر خلاف تشخیص NDIR، این روش یک کالیبراسیون بسیار پایدار را نشان می‌دهد و در طول زمان مستعد رانش قابل توجهی نیست. این بدان معنی است که تحلیلگر TOC را می توان با دفعات کمتری بدون به خطر انداختن عملکرد تحلیلی کالیبره کرد. رسانایی مستقیم و رسانایی غشایی دو نوع آشکارساز هدایت هستند.

آشکارسازهای هدایت مستقیم ، اندازه گیری ساده و ارزان CO 2 را بدون استفاده از گاز حامل ارائه می کنند. آنها از محدوده تحلیلی محدود به اندازه گیری قطعات در میلیارد رنج می برند و همچنین مستعد تداخل آلودگی یونی، مواد آلی هالوژنه، اسیدها و بازها هستند.

آشکارسازهای رسانایی غشایی نسبت به دستگاه‌های مستقیم قوی‌تر هستند و دامنه تحلیلی وسیعی برای نمونه‌های آب دیونیزه و یونیزه دارند. در رسانایی غشایی، غشاء یک سد محافظ برای یون‌های مداخله‌کننده تشکیل می‌دهد و امکان تجزیه و تحلیل انحصاری دی اکسید کربن را فراهم می‌کند. این روش از زمان تجزیه و تحلیل کند رنج می برد و همچنین به دلیل اینکه غشاء به عنوان مکانی برای واکنش های شیمیایی ثانویه عمل می کند، مستعد "منفی های کاذب" است.

تشخیص سلول های مادون قرمز غیر پراکنده (NDIR) دی اکسید کربن را در فاز گاز اندازه گیری می کند. این یک روش مستقیم است که به طور خاص دی اکسید کربن را با تجزیه و تحلیل طیف جذب در ناحیه IR اندازه گیری می کند. غلظت تحت فشار استاتیک (SPC) یک فناوری جدید NDIR است. در این روش آشکارساز تحت فشار قرار می گیرد. هنگامی که گازهای موجود در آشکارساز به تعادل می رسند، غلظت دی اکسید کربن آنالیز می شود. یک آنالایزر TOC که از این فرآیند استفاده می کند، تمام محصولات اکسیداسیون موجود در نمونه را در یک قرائت اندازه گیری می کند.

مشخصات

یکی از مهمترین مشخصات ارائه شده برای آنالایزرهای کربن آلی کل (TOC) محدوده اندازه گیری است. دقت، وضوح و زمان تجزیه و تحلیل نیز مهم هستند.

• محدوده تحلیلی محدوده ای از مقادیر TOC است که یک دستگاه می تواند به طور موثر تجزیه و تحلیل کند. آنالایزرهایی با برد طولانی می توانند طیف وسیع تری از انواع نمونه را اندازه گیری کنند. محدوده را می توان بر حسب میلی گرم در لیتر (میلی گرم کربن در هر لیتر محلول) یا بر اساس قسمت در میلیون/ میلیارد مشخص کرد.

• دقت تعیین می کند که مقدار TOC دستگاه چقدر ممکن است از مقدار واقعی انحراف داشته باشد.

• رزولوشن جزییات اندازه گیری TOC آنالایزر است. یک دستگاه با وضوح بالا ممکن است در محدوده قسمت در میلیارد بخواند، در حالی که یک دستگاه با وضوح پایین تر تنها ممکن است TOC را تا قسمت در میلیون اندازه گیری کند.

• زمان تجزیه و تحلیل زمانی است که دستگاه برای تکمیل یک تجزیه و تحلیل نمونه صرف می کند. بسته به روش های استفاده شده توسط فناوری، زمان ممکن است از دقیقه تا ساعت متغیر باشد.

تعریف اصطلاحات

1. کربن آلی - کربن در یک ترکیب آلی. ترکیبات آلی (به طور کلی) دارای منشاء بیولوژیکی هستند.

2. کربن غیر آلی - کربن در یک ترکیب معدنی. ترکیبات معدنی (به طور کلی) آنهایی هستند که منشا بی جان یا غیر بیولوژیکی دارند.

3. پاکسازی - حذف گازها در محلول یا ظرف محتوی با پر کردن و شستشو با گاز بی اثر مانند نیتروژن گازی (GAN).

4. پرسولفات ها - یون ها یا ترکیبات با اکسیژن اضافی، مانند پرمونوسولفات (SO 5 2- ).

5. NDIR یا حسگر مادون قرمز غیر پراکنده - دستگاه طیف سنجی که به عنوان آشکارساز گاز استفاده می شود. از یک نور مادون قرمز، محفظه نمونه، فیلتر و آشکارساز مادون قرمز تشکیل شده است.
    

منبع

globalspec