环境监测在线分析技术：TOC在线分析仪

总有机碳TOC是英文Total Organic Carbon简写，是以碳的含量表示有机物总量的一个指标，常用于环境水质监测或表征制药用水的清洁程度。TOC和COD都是水质有机污染的综合指标之一。由于水中所含的有机物成分复杂，COD指标不能完全反映水体的有机污染状况，故而引入TOC来反映水中有机物的总含量。

典型的TOC分析主要有两种方法：

①差减法测定总有机碳：测量水样的总碳（TC），并测量水中的无机碳（IC），总碳与无机碳之间的差值，即为总有机碳TOC。

②直接法测定总有机碳：将水样酸化后曝气，将无机碳酸盐分解成二氧化碳并去除，然后测量剩余的碳，即可得总有机碳TOC；由于这种方法在测量前先使用不含二氧化碳的压缩空气或氮气进行酸化水样的吹脱，因此此种方法所得的TOC，又称为不可吹出有机碳（NPOC）。

不论是差减法还是直接法进行TOC测量，分析过程都可以分为3个主要步骤：酸化、氧化、检测和定量。常见的氧化方法有燃烧氧化、紫外/过硫酸盐催化氧化、羟基自由基高级氧化等方法。而定量检测目前采用非色散红外检测技术（NDIR）和电导率检测两种技术。其中NDIR的应用最成熟、最方便，是探测技术的主流，我国目前国标推荐的就是非色散红外吸收法；电导率检测技术主要应用于纯水的TOC检测。

现行的TOC测定国家标准方法为2009年国家环境保护部颁布的《水质　总有机碳的测定　燃烧氧化-非色散红外吸收法》（HJ 501—2009），代替了原有的国家标准方法GB 13193—91和HJ/T 71—2001，用于测定地表水、地下水、生活污水和工业废水中的总有机碳（TOC）。燃烧氧化法具有高温燃烧、氧化完全的特点，一般应用于有机物含量较高及成分较复杂的工业废水监测。

另外，《生活饮用水标准检验方法　有机物综合指标》（GB/T 5750.7—2006）中，通过向水样中加入适当的氧化剂，或紫外线照射，使水中的有机物转为二氧化碳。紫外/过硫酸盐氧化法具有灵敏度高、量程宽、响应快等特点，一般应用于饮用水及其水源地等较干净的水体监测，以及石化、电力、电子等行业的水处理过程水质监测及工艺控制。

总有机碳分析的应用如下。

（1）环境分析

从20世纪70年代早期，总有机碳（TOC）已被确认并接受成为一个分析技术，用来衡量水质。

水源中的TOC主要来自天然有机物腐烂和人工合成有机物。如腐殖质、黄腐酸、胺类、尿素等是常见的天然有机物；而洗涤剂、农药、肥料、除草剂、工业化学品和含氯化有机物等这一类是常见的人工合成有机物。在给水消毒处理中，TOC有着重要作用，量化的原水中天然有机物的含量。在给水处理中，原水与含有氯消毒剂进行反应。当原水中加氯时，活性氯（Cl2、HOCl、ClO-）会与天然有机物反应产生氯消毒副产物（DBPs）。许多研究人员发现，原水中较高水平的天然有机物含量，在给水处理过程中会增加水中致癌物质的含量。

（2）循环冷却用水(www.xing528.com)

在工业生产中，如石油化工生产中，从原料到产品，包括工艺过程中的半成品、中间体、溶剂、添加剂、催化剂、试剂等，具有高温、深冷、高压、真空等特点，在工艺过程中需要通过热量交换进行冷却或加热，需要使用大量的循环冷却水，而且这些介质又多以气体和液体状态存在，具有腐蚀性，极易泄漏和挥发。如果生产工艺热交换过程中发生介质泄漏，一方面这些介质具有易燃、易爆的特点，容易形成爆炸环境，会造成生产设备运行的重大安全隐患；另一方面，循环冷却水受到泄漏介质的污染后，会影响后续水处理设备的运行安全和处理效果，降低循环冷却水的使用频率和效率，增加用水量，以及降低热交换的效率。

在电厂中，汽轮机油是用油量最大的润滑油。润滑油在发电机组中，主要起润滑、冷却散热、调速和氢冷发电机的密封等作用。润滑油冷却过程主要在冷油器中实现热量交换，通常冷油器采用的是循环水冷却。润滑油等都是有机物，可以通过在线监测循环冷却水中TOC浓度，通过在线监测循环水的TOC数值。首先可以连续监测循环水是否受到介质泄漏污染，并及时反馈，及早发现安全隐患；其次，监测了解循环水的水质，可以自动控制补水或加药等处理措施，提高循环水利用率，有利于节能降耗，减少排放。

在石化等特殊行业应用中，有些生产环境比较特殊，有些区域为防爆Ⅰ区或Ⅱ区；要求仪器具有防爆的性能，需要采用一些防爆型号的TOC进行现场监测。

（3）热力（锅炉）和工艺用水

工业生产的热力和工艺系统用水等级和类别较多，可分为锅炉给水、蒸汽、热水、纯水、软化水、脱盐水、去离子水等，各个工艺段的水质要求也不同。高压锅炉对给水的水质要求非常高，补水的成本也很昂贵，如果热交换后产生的高温冷凝水汽中有机物含量（TOC）、油含量等水质指标低于允许值，就可以将高温冷凝水汽直接送回高压锅炉作为补水，这可以节约大量水资源和热能，还可以降低高压锅炉的运行成本。在线TOC分析仪就可以实现在线TOC分析或TC（总碳）痕迹检测。冷凝水回收项目的经济效益极高，是石油、化工、电力等领域节能、减排的优选项目。

对于工艺用水，往往以蒸汽形式参与生产反应，因此工艺用水（蒸汽）的品质影响了生产反应的过程、生产产品（中间体、成品等）的品质，同时也会影响生产设备的运行安全。通过在线测量工艺水（蒸汽）的水质指标，如总碳（TC）、总有机碳（TOC）等水质参数，对产品的生产过程控制有着重要影响作用。

（4）废水监测和其他水监测

总有机碳分析与生物需氧量（BOD）和化学需氧量（COD）分析等传统方法相比较，其更为快速、准确地反映水中有机物的含量。在污水应用中，TOC测量中将有机物全部氧化，比生化需氧量或化学需氧量更能反映有机物的总量。工业行业中，有生产或者使用有机化学品，生产过程中的工业废水中往往含有大量有机污染物，一般都具有毒性、致癌性等环境危害性，如果不经过处理直接排放进入环境，将会引起严重的环境问题。在处理过程中，通过在线TOC测量，可以及时了解水质状况，优化污水处理工艺；在排放口可以监控污水达标排放，有利于减少企业的污染排放量，降低环境污染和危害。

（5）制药行业

进入供水系统的有机物不仅是活的生物体和从原水中带有腐烂的有机物，还有可能从净化和管路系统的材料中带入。内毒素、微生物生长、管壁上生物膜生长和制药管路系统上的生物膜生长之间存在关系。可以确认TOC浓度和内毒素及微生物之间浓度水平之间存在相关性。维持低水平的TOC有利于控制内毒素和微生物的水平，以及生物的生长。美国药典（USP）、欧洲药典（EP）和日本药典（JP）规定TOC需要作为纯水和注射水（WFI）的一个测试指标。基于以上原因，TOC现已在生物制药行业的过程控制中成为一个监控操作的重要指标，包括净化过程和管路系统。由于许多生物制药操作用于药品生产，美国食品和药品管理署（FDA）颁布了许多保护市民健康，以及保障产品质量品质的法律和法规。为了保证不同药物生产中不产生交叉污染，需要进行多种清洗过程。TOC浓度等级用来验证有效的清洗过程，特别是在原位清洗过程中（CIP）。