经济实用地分析卤水和盐水样品的总有机碳TOC

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在测量TOC时，盐基质给分析仪器带来了挑战。在UV-NDIR类系统中，侵蚀性的样品基质会损害红外源，大幅降低其工作效率。在燃烧类技术中，会发生催化剂中毒及燃烧管变得不透明。设备一旦遭受卤水溶液的侵害，就需要进行彻底的维护和修理。Sievers InnovOx分析仪采用超临界水氧化技术，能够定量分析高浓度盐基质中的TOC，具有高准确度、精确度和灵敏度。超临界水氧化技术通过去除无机干扰物来使氧化率最大化。 经济实用地分析卤水和盐水样品的 总有机碳 TOC 挑战 许多行业都需要掌握盐水或卤水溶液中的有机杂质的 含量，以保证产品质量、过程控制、资产保护。能够 准确评估这些溶液的质量，是决定应用适用性的关键。上述行业包括海水淡化、石油和天然气、氯碱和制药/生物制药等。 典型的卤水溶液是水基样品，含有微粒和溶解的碳氢 化合物，以及溶解的氯化钠（NaCl）或其它盐。海水 一般是 3.5- 4.5%的卤水溶液，氯碱样品是高达 28%的卤水溶液。 选择总有机碳（TOC，Total Organic Carbon）作为衡 量卤水质量的参数，是评估有机杂质的有效方法。所 选的分析仪器必须满足化学兼容性，而且必须确定氧 化效率。 在测量 TOC时，盐基质给分析仪器带来了挑战。在 UV-NDIR类系统中，侵蚀性的样品基质会损害红外源，大幅降低其工作效率。在燃烧类技术中，会发生催化 剂中毒及燃烧管变得不透明。设备一旦遭受卤水溶液 的侵害，就需要进行彻底的维护和修理。 解决方案 Sievers InnovOx分析仪采用超临界水氧化（SCWO， Supercritical Water Oxidation）技术，能够定量分析 高浓度盐基质中的 TOC，具有高准确度、精确度和灵 敏度。超临界水氧化技术通过去除无机干扰物来使氧 化率最大化。例如，分析仪通过增加分析量，达到饱 和 NaCl（6M）溶液的 50 μg/L（ppb）碳的检测限 （LOD，Limit of Detection）。分析仪能够耐受溶解的 和悬浮的固体颗粒，能够抵抗分析过程中产生的盐酸 的腐蚀。分析仪还具有其他优势，其中包括：  无需催化剂，无燃烧管结垢或退化  低耗材成本，只需更换管子、密封件、卤素捕集 器  无需气泵，分析仪可以使用环境空气来操作  可以用 Sievers InnovOx Online在线型分析仪来 实时产生过程数据，或用 Sievers InnovOx ES实 验室型分析仪来产生离线数据组 在以下的卤水分析中，Sievers InnovOx（实验室型或 在线型）用邻苯二甲酸氢钾（KHP，Potassium Hydrogen Phthalate）来校准。分析仪在不可去除有 机碳（NPOC，Non-purgeable Organic Carbon）的模 式下运行样品。 1. 在氯碱膜电解过程中使用 28% NaCl，TOC限值 小于10 ppm 2. 在制药/生物制药浸出和提取物应用中，用 6M NaCl溶液，其中 TOC污染必须极小 3. 海水处理 结果 1. 在氯碱膜电解过程中，用 28%NaCl 用自动进样器在无人操作的情况下对含有 5 ppm TOC 的氯碱卤水样品进行 140次分析，运行时间约为 12小 时。表 1是数据总结，其中 σ是标准偏差，RSD是相 对标准偏差。 表 1：Sievers InnovOx饱和 NaCl的 TOC结果 平均 TOC(ppm) σ(ppm) % RSD 5.58 0.21 3.80 表 1中的结果显示，仪器的相对精确度优于 4%。在如 此长时间的运行中，分析不受干预，分析仪无需维护，这进一步说明 Sievers InnovOx不受 28%NaCl基质的 影响。 2. 高纯度卤水（6M NaCl）的低浓度 TOC定量分析 （制药/生物制药浸出和提取物应用） 分别将 0.25、0.40、0.60 ppm的蔗糖加标到 6M NaCl 溶液中，然后用 Sievers InnovOx进行分析，由此来确 定高纯度卤水中的 TOC回收率的精确度和准确度。表 2中的结果显示，相对于加标值，回收率的偏差在 5%以内。甚至在低于 0.50 ppm时，相对精确度也好于 15%。在 0.25- 0.60 ppm范围内的回收性能进一步表 明，Sievers InnovOx适用于分析 6M NaCl中的小于 1ppm的 TOC。 表 2：Sievers InnovOx对 6M NaCl中低于 1 mg/L的 TOC结果 TOC加标 (ppm) 6M NaCl 实测 TOC (ppm) σ % RSD % 差值 0.25 0.25 0.03 13% 0% 0.4 0.39 0.04 10% 4% 0.6 0.57 0.03 5% 5% 3. 海水处理 在海水处理应用中，海水经过几个步骤的处理，在每 个处理步骤之后检查有机物含量，以确保最佳性能和 出水质量。分析结果如表 3所示。 表 3：Sievers InnovOx在海水应用中的 TOC结果 取样点 平均 TOC (ppm) %RSD 处理前的海水 1.05 4.33 工艺步骤 1 0.80 2.13 工艺步骤 2 0.72 5.50 工艺步骤 3 0.67 3.51 表 3中的结果显示，相对精确度优于 6%。有机物含量 随工艺步骤而降低，表明有机物被有效去除。这就证 明了Sievers InnovOx适用于测量有机物。即使当TOC 浓度小于1 ppm时，分析仪都具有良好的适用性。 技术 Sievers InnovOx分析仪采用超临界水氧化（SCWO， Supercritical Water Oxidation）技术，将有机碳分子氧化成二氧化碳，然后用非色散红外（NDIR，Non-Dispersive Infrared）检测技术对其进行定量分析。在 超临界水氧化过程中，样品在水的热力学临界点以上 被加热加压。在此条件（375˚C和 220 bar）下，水成 为超临界液体，有机物高度可溶，而无机盐不可溶。这些条件能够提高氧化效率，使分析仪能够有效测量 侵蚀性和复杂基质中的 TOC。 Sievers InnovOx除了测量溶解的 TOC外，还能测量含有悬浮物质的样品中的 TOC微粒（<800 µm）。 建议 在用吸样来监测多个位置时，可以使用 Sievers InnovOx ES实验室型分析仪，此款仪器可以配置可选 的空气过滤器。此选项可以使用环境空气作为分析仪 的载气，无需加压的氮气或仪器气体。自动进样器最多可以配置 120个 35 mL样品管，或者 63个 40 mL 或 60 mL样品瓶。此外，在应用中还可以使用可选的 搅拌台和清洗台。我们建议使用上述选项来保持样品 的均匀性，而且便于日常清洁自动进样器的针，以及 防止卤水腐蚀设备。 当需要连续的实时数据时，可以使用 Sievers InnovOx 在线型分析仪来分析卤水。我们建议配置 PTFE样品 阀来防止卤水腐蚀。此外，应在防护罩内安装吹扫空 气加湿器，以防腐蚀性环境气体和水溅起。 结论 Sievers InnovOx分析仪用于有效地、高效地分析复杂 水性基质中的有机碳含量，包括含有高浓度无机盐的溶液中的有机碳。分析仪结合了 SCWO氧化法与NDIR检测法，可以定量分析饱和盐溶液中的低 ppm TOC。