【任务实施】
一、实验室方法测量水样中的总有机碳
近年来，国内外已研制成各种类型的TOC分析仪。按工作原理不同，TOC测定方法可分为非分散红外吸收法、电导法、气相色谱法等。其中，非分散红外吸收法流程简单、重现性好、灵敏度高，这种TOC分析仪广为国内外所采用。
我国标准分析方法TOC的测定为非分散红外吸收法，按测定TOC值的方法原理可分差减法和直接法。
1.操作准备
（1）仪器及设备
非分散红外吸收TOC分析仪。工作条件如下：
①环境温度：5～35℃。
②工作电压：仪器额定电压，交流电。
③总碳燃烧管温度及无机碳反应管温度选定：按仪器说明书规定的仪器条件设定。
④载气流量：150～180 mL/min，按仪器说明书规定的仪器条件设定。
（2）试剂
除另有说明外，均为分析纯试剂，所用水均为无二氧化碳蒸馏水。
①无二氧化碳蒸馏水 将重蒸馏水在烧杯中煮沸蒸发（蒸发量10%）稍冷，装入插有碱石灰管的下口瓶中备用。
②邻苯二甲酸氢钾（KHC8 H4 O4） 优级纯。
③无水碳酸钠（Na2 CO3） 优级纯。
④碳酸氢钠（NaHCO3） 优级纯，存放于干燥器中。
⑤有机碳标准储备溶液，c=400 mg/L 称取邻苯二甲酸氢钾（预先在110～120℃干燥2 h，置于干燥器中冷却至室温）0.8500 g，溶解于水中，移入1000 mL容量瓶内，用水稀释至标线，混匀。在低温（4℃）冷藏条件下可保存48 d。
⑥有机碳标准溶液，c=100 mg/L 准确吸取25.00 mL有机碳标准储备溶液，置于100mL容量瓶内，用水稀释至标线，混匀。此溶液用时现配。
⑦无机碳标准储备溶液，c=400 mg/L 称取碳酸氢钠（预先在干燥器中干燥）1.400 g和无水碳酸钠（预先在270℃下干燥2 h，置于干燥器中，冷却至室温）1.770 g溶解于水中，转入1000 mL容量瓶内，稀释至标线，混匀。
⑧无机碳标准溶液，c=100 mg/L 准确吸取25.00 mL无机碳标准储备溶液，置于100 mL容量瓶中，用水稀释至标线，混匀。此溶液用时现配。
2.操作步骤
1）仪器的调试
按说明书调试TOC分析仪及记录仪或微机数据读取系统。选择好灵敏度、测量范围挡、总碳燃烧管温度及载气流量，仪器通电预热2 h，至红外线分析仪的输出、记录仪上的基线趋于稳定。
2）干扰的排除
水样中常见共存离子含量超过干扰允许值时，会影响红外线的吸收。这种情况下，必须用无二氧化碳蒸馏水稀释水样，至各共存离子含量低于其干扰允许浓度后，再行分析。
3）进样
①差减测定法 经酸化的水样，在测定前以氢氧化钠溶液中和至中性，用50.00μL微量注射器分别准确吸取混匀的水样20.0μL，依次注入总碳燃烧管和无机碳反应管，测定记录仪上出现的相应的吸收峰峰高或峰面积，下同。
②直接测定法 将用硫酸已酸化至pH≤2的约25 mL水样移入50 mL烧杯中[加酸量为每100mL水样中加0.04mL硫酸（1+1）]，已酸化的水样可不再加，在磁力搅拌器上剧烈搅拌几分钟或向烧杯中通入无二氧化碳的氮气，以除去无机碳。吸取20.0μL经除去无机碳的水样注入总碳燃烧管，测量记录仪上出现的吸收峰峰高。
4）空白试验
按3）中①或②所述步骤进行空白试验，用20.0μL无二氧化碳水代替试样。
5）校准曲线的绘制
在每组6个50 mL具塞比色管中，分别加入0、2.50、5.00、10.00、20.00、50.00 mL有机碳标准溶液、无机碳标准溶液，用蒸馏水稀释至标线，混匀配制成0、5.0、10.0、20.0、40.0、100.0 mg/L的有机碳和无机碳标准系列溶液。然后按3）的步骤操作。从测得的标准系列溶液吸收峰峰高，减去空白试验吸收峰峰高，得校正吸收峰峰高，由标准系列溶液浓度与对应的校正吸收峰峰高分别绘制有机碳和无机碳校准曲线。也可按线性回归方程的方法，计算出校准曲线的直线回归方程。
小提示
①检测水样含有不溶性微粒时必须使用过滤器，过滤器的滤膜孔径应小于等于60μm。
②长期不使用仪器，则将进样管用封口膜封住，防止污染。
③仪器内部管路中有气泡时，检测数据会受到干扰。若观测到透明的Teflon管中有气泡时应用纯水冲洗管路直到气泡完全排出。
④仪器正常运行时排液管应有水滴出。若排液管不能正常出水，说明管路堵塞或管路内含有较多气泡，应逐步检测管路。可连接注射器将管路中气泡或堵塞物抽出，使管路通畅。
阅读有益(https://www.daowen.com)
1.原理
（1）差减法测定总有机碳
将试样连同净化空气（干燥并除去二氧化碳）分别导入高温燃烧管中，经高温燃烧管的水样受高温催化氧化，使有机化合物和无机碳酸盐均转化成为二氧化碳，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引入非分散红外线检测器。因一定波长的红外线被二氧化碳选择吸收，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，故可对水样总碳（TC）和无机碳（IC）进行定量测定。总碳与无机碳的差值，即为总有机碳。
（2）直接法测定总有机碳
将水样酸化后曝气，将无机碳酸盐分解生成二氧化碳去除，再注入高温燃烧管中，可直接测定总有机碳。在曝气过程中会造成水中挥发性有机物的损失而产生测定误差，其测定结果只是不可吹出的有机碳，而不是TOC。
2.适用范围
燃烧氧化-非分散红外吸收法适用于工业废水、生活污水及地表水中总有机碳的测定，测定浓度范围为0.5～100 mg/L，高浓度样品可进行稀释测定，检测下限为0.5 mg/L。
二、在线监测TOC
TOC分析仪一般分为干法和湿法两种。
1.干法
（1）TOC仪工作流程
仪器工作时样品通过八通阀、注射器泵注射到燃烧管中，供给纯氮气并以680℃的温度燃烧氧化，生成二氧化碳和水，导入电子冷凝器分离出水分，二氧化碳则送入NDIR（non-dispersive infrared radiation）检测器中检测CO2的量。根据Lambert-Beer’s定律，CO2吸收红外线之量与其浓度成正比，测量CO2吸收红外线的量即可得知CO2的浓度。NDIR是以非散布法（non-dispersivemethod）来测量红外线的吸收，即其光源所发出的红外线并非如光谱般散布，而是两道平行的光线，一道通过样品池，称为测量光径；另一道通过参比池，称为参比光径。样品池内的气体来自样品气体，红外线通过时会被样品气体中的CO2吸收；而参比池内的气体为N2，红外线可完全通过不被吸收。监测器以金属隔板分成两室。光源所发出的两道光线通过样品池及参比池后，分别进入监测器内的两室，监测器内的CO2吸收红外线并转为热能，两室热能不同而有温度差或压力差，此压力差会使金属隔板产生变形而改变电容器[由金属隔板及抗电极（opposing electrode）所组成]的电容，进而改变电压，电压经增幅器（amplifier）予以增幅、整流，再将信号传至CPU，TOC分析仪工作流程及样品采样单元如图4-4-1、图4-4-2所示。
图4-4-1 TOC分析仪工作流程
图4-4-2 TOC分析仪样品采样单元
（2）操作步骤
操作TOC分析仪之前应认真阅读说明书，掌握仪器的操作方法和注意事项，对拆卸、更换设备部件的操作则需要经过厂家的认真培训才能操作。一般对TOC的操作主要包括仪器参数的设定、仪器的校准、仪器的维护和故障处理等。
小提示
TOC分析仪故障处理见表4-4-1。
表4-4-1 TOC分析仪故障处理
阅读有益
非分散红外线吸收法的原理
样品通过注射器泵注射到燃烧管中，在催化条件下（680～900℃）燃烧氧化，生成二氧化碳和水，在载气推动下导入电子冷凝器分离出水分，二氧化碳则送入非分散红外线检测器（NDIR）中检测二氧化碳的量，从而换算水样中TOC浓度。该方法测量速度快、试剂用量少。目前采用此方法的厂家较多，主要有日本岛津和日本东力公司等。
2.湿法
操作湿法TOC应认真阅读说明书，掌握仪器的操作方法和注意事项，对拆卸、更换设备部件的操作则需要经过厂家的认真培训才能操作。一般对TOC的操作主要包括仪器参数的设定、仪器的校准、仪器的维护和故障处理等。
①仪器参数的设定 在使用TOC分析仪之前应进行相关参数的设定。设定参数主要有分析周期（或分析频次）、测量范围、报警限值、系统时间等，设定方法参照说明书。
②仪器的校准 TOC分析仪在使用前需要对工作曲线进行校准，在使用中需要定期校准。校准时将标准溶液从水样进样口导入，并按照说明书逐点进行校准。TOC分析仪用于测量COD时是非标准方法，在使用前和使用中需要与标准方法进行大量对比，确保测量结果准确。
③仪器的维护 TOC分析仪在使用中应严格按照说明书要求定期维护，以保证仪器正常工作，一般TOC分析仪应定期进行以下维护：
a.定期添加试剂，约30 d一次，根据单次用量、分析频次确定。
b.定期清洗采水系统，约每周一次。
c.定期进行校准。
④故障处理 在TOC分析仪仪器运营维护过程中，个别仪器可能要出现故障。对一般的故障，运营人员应及时处理，快速恢复仪器运行；对复杂的故障，运营人员应及时与生产厂家联系，及时修复仪器，如不能及时修复的，应提供备用机，保证系统连续运行。
阅读有益
湿法原理
在仪器控制下水样被导入反应池，在紫外光照射下，水样中的有机物被催化（催化剂为TiO2悬浊液）氧化（过硫酸盐）成二氧化碳和水，生成的气体通过冷却并除去水蒸气后进入双光束非分散红外检测器（NDDIR），氧化反应完成后，系统中的CO2达到平衡，根据CO2的含量换算成水样的TOC。湿法TOC无高温部件，相对干法TOC故障率低，但灵敏度较低。
