مبانی آنالایزرهای کربن آلی کل (TOC)

مبانی آنالایزرهای کربن آلی کل (TOC):

میزان 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 (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 همه TOC را از طریق فرآیندهای دو مرحله ای شامل اکسیداسیون و تشخیص ارائه می کنند. این دستگاه ها برای محاسبه حلال های شیمیایی و باکتری هایی که محلول های آب را آلوده می کنند ضروری هستند. این به دلیل اثرات مضری که TOC ممکن است بر سلامت و محیط زیست داشته باشد، مهم است.

در تجزیه و تحلیل مواد حاوی کربن، ابتدا باید انواع مختلف کربن موجود را درک کرد. شکل ۱ سلسله مراتبی از انواع کربن را نشان می دهد.

برای تجزیه و تحلیل یک نمونه، تحلیلگرهای TOC از روش‌های اندازه‌گیری دیفرانسیل یا مستقیم استفاده می‌کنند.

در روش دیفرانسیل (همچنین به عنوان TC-IC شناخته می شود)، هم کربن کل (TC) و هم کربن کل معدنی^۲ (TIC) ممکن است با اندازه گیری جداگانه تعیین شود و TOC ممکن است با کم کردن TIC از TC محاسبه شود. این روش برای نمونه هایی مناسب است که TIC در آنها کوچکتر یا اندازه TOC مشابه است.

در روش مستقیم، TIC با پاک کردن^۳ نمونه اسیدی شده با گاز خالص از نمونه حذف می‌شود. سپس TOC توسط اکسیداسیون تعیین می شود. این روش با نام NPOC (کربن آلی غیرقابل پاکسازی) نیز شناخته می‌شود، زیرا POC (کربن آلی قابل تصفیه) مانند بنزن، تولوئن، سیکلوهگزان و کلروفرم ممکن است تا حدی از نمونه با جدا کردن گاز حذف شود. روش مستقیم برای آب‌های سطحی، زیرزمینی و آب آشامیدنی مناسب است زیرا (در بیشتر موارد) TOC کمتر از IC و مقدار ناچیز POC در این نمونه‌ها است.

انتخاب

هنگام انتخاب یک آنالایزر TOC، خریداران صنعتی باید روی روش های تجزیه و تحلیل 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 عموماً دارای محدوده تحلیلی خاصی هستند و بسیاری از آنها به طور رسمی استاندارد شده اند. جدول زیر نمای کلی این اطلاعات را ارائه می دهد.

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.

اکسایش در دمای پایین اکسیداسیون شیمیایی است که به کمک گرمای ۱۰۰ درجه سانتیگراد و یا پرسولفات، تابش اشعه ماوراء بنفش و پرسولفات، یا فقط تابش اشعه ماوراء بنفش کمک می کند. 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 معرف‌ها خالص باشند، مقدار خالی بسیار کم است، که باعث می‌شود تجزیه و تحلیل دقیق‌تر شود.

1. تابش اشعه ماوراء بنفش از نور ماوراء بنفش برای اکسید کردن کربن موجود در نمونه برای تولید دی اکسید کربن استفاده می کند. اکسیداسیون اشعه ماوراء بنفش قابل اعتمادترین و کم نگهداری روش برای تجزیه و تحلیل TOC آبهای فوق خالص است.
2. اکسیداسیون حرارتی-شیمیایی (پرسولفات) که “پرسولفات گرم شده” نیز نامیده می شود، از همان روش تشکیل رادیکال های آزاد مانند اکسیداسیون UV/persulfate استفاده می کند، اما همچنین از گرما برای بزرگنمایی قدرت اکسیداسیون پرسولفات استفاده می کند. برخلاف UV/persulfate، این روش مستعد بازیابی کمتر ناشی از کدورت در نمونه ها 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 راحتی TOC را تا صدها پی پی ام بسته به حجم نمونه اندازه گیری کنند.
3. تابش اشعه ماوراء بنفش/پرسولفات از نور ماوراء بنفش برای اکسیداسیون استفاده می کند که توسط یک اکسید کننده شیمیایی (معمولا پرسولفات) بزرگ شده است. آنالایزرهای TOC که از این روش اکسیداسیون استفاده می کنند می توانند سطوح کربن آلی را تا ۲۰۰ قسمت در میلیارد (ppb) اندازه گیری کنند.

احتراق با دمای بالا از گرما (۶۸۰ 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.

تشخیص

از بین تمام اجزای یک آنالایزر TOC، تشخیص دقیق و کمی سازی حیاتی ترین آنها در نظر گرفته می شود. تکنیک‌های تشخیص شامل سلول‌های رسانایی و سلول‌های مادون قرمز غیر پراکنده است.

سلول های رسانایی برای بالا بردن سطح اسیدیته به CO₂ آبی متکی هستند که باعث می شود رسانایی محلول افزایش یابد. آنالایزرهای TOC که از روش رسانایی 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 انحراف 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

1. رسانایی مستقیم اندازه‌گیری ساده و ارزان CO₂ را بدون استفاده از گاز حامل ارائه می‌کنند. 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

1. رسانایی غشایی قوی‌تر از دستگاه‌های مستقیم هستند، با دامنه تحلیلی گسترده‌ای برای نمونه‌های آب دیونیزه و یونیزه شده. در رسانایی غشایی، غشاء یک سد محافظ برای یون‌های مداخله‌کننده تشکیل می‌دهد که 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 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 رسیدند، 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.

عملکرد

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 دستگاه می تواند به طور موثر آن را 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 می‌کند که مقدار TOC دستگاه چقدر ممکن است از مقدار واقعی انحراف داشته باشد.

رزولوشنجزئیات اندازه گیری TOC آنالیزور است. یک دستگاه با وضوح بالا ممکن است در محدوده قسمت در میلیارد بخواند، در حالی که یک دستگاه با وضوح پایین تر ممکن است TOC را فقط تا قسمت در میلیون اندازه گیری کند.

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

تعاریف

کربن آلی – کربن در یک ترکیب آلی. ترکیبات آلی (به طور کلی) دارای منشا بیولوژیکی هستند.

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

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

پرسولفات‌ها – یون‌ها یا ترکیبات دارای اکسیژن اضافی، مانند پرمونوسولفات.

NDIR یا حسگر مادون قرمز غیر پراکنده – دستگاه طیف سنجی که به عنوان آشکارساز گاز استفاده می شود. متشکل از یک نور مادون قرمز، محفظه نمونه، فیلتر، و آشکارساز مادون قرمز.

منبع مقاله: globalspec

در صورت هرگونه سوال و نظر با مجموعه پرگاران تماس حاصل فرمایید.

جهت کسب اطلاعات بیشتر اینجا کلیک کنید.