總有機(jī)碳（TOC）自動(dòng)分析儀進(jìn)樣研究

曹桂林

【摘 要】 燃燒氧化-NDIR法是總有機(jī)碳（TOC）自動(dòng)分析儀普遍采用的一種方法，但在實(shí)際應(yīng)用中，影響其測量精度和誤差的因素有很多，包括水汽干擾、載氣流量、載氣壓力、燃燒溫度、標(biāo)液誤差、進(jìn)樣精度、閥件死體積、密封性、檢測器精度、基線漂移、積分精度等，其中進(jìn)樣精度是其中最關(guān)鍵、最重要的因素之一。提高進(jìn)樣精度會大大提高總有機(jī)碳（TOC）自動(dòng)分析儀的測量精度和誤差。

【關(guān)鍵詞】 燃燒氧化-NDIR法 進(jìn)樣精度噴射法進(jìn)樣 滴水法進(jìn)樣

【Abstract】 The infrared method is generally adopted by Total organic carbon automatic analyzer，but there are so many facrors impacts its measuring accuracy and erros in actual application，such as Water vapor interference， Carrier flow， Carrier gas pressure， burning temperature，Standard solution error， sample introduction accuracy，Valve dead volume， sealing， detector accuracy， baseline drift， integral accuracy and so on.the sample introduction accuracy is the most important factor. Improve the sample introduction accuracy will Greatly improved Total organic carbon automatic analyzer measurement accuracy and error.

【Key words】 Infrared Method； sample introduction accuracy sample introduction of spurt method sample introduction of jet method sample introduction of dirp method

1 引言

總有機(jī)碳（TOC）自動(dòng)分析儀主要有以下幾種測量方式：燃燒氧化-NDIR法、UV-過硫酸鹽氧化-NDIR法、UV催化-過硫酸鹽氧化-離子選擇電極法（ISE）、加熱-過硫酸鹽氧化-NDIR法，其中燃燒氧化-NDIR法只需一次性轉(zhuǎn)化，流程簡單、重現(xiàn)性好、靈敏度高，因此這種TOC分析儀廣為國內(nèi)外所采用。燃燒氧化-NDIR法采用高溫催化氧化技術(shù)，將有機(jī)物置于950℃以上高溫中充分燃燒生成CO2，最后通過非分散紅外吸收（NDIR）檢測器對CO2進(jìn)行檢測，以確定水中有機(jī)物含量。

2 總有機(jī)碳（TOC）自動(dòng)分析儀各種影響測量精度和誤差的因素分析

影響總有機(jī)碳（TOC）自動(dòng)分析儀測量精度和誤差的因素有很多，包括水汽干擾、載氣流量、載氣壓力、燃燒溫度、標(biāo)液誤差、進(jìn)樣精度、閥件死體積、密封性、檢測器精度、基線漂移、積分精度等。水汽干擾影響NDIR檢測器對CO2的吸收，原因是二者的特征吸收波長有重疊，如表1，因此會影響檢測器檢測精度。載氣流量和壓力的變化導(dǎo)致產(chǎn)生的CO2進(jìn)入檢測器的流量產(chǎn)生變化，載氣流量和壓力太大，則檢測器響應(yīng)時(shí)間跟不上，載氣流量和壓力太小，則積分時(shí)間太長、整個(gè)測量周期隨之變長。燃燒溫度的高低是使有機(jī)物完全氧化為CO2的重要條件，950℃以上燃燒高溫中絕大部分有機(jī)物都會氧化為CO2，如果燃燒溫度太低則達(dá)不到完全氧化的效果。檢測器精度、基線漂移、積分精度是后級檢測系統(tǒng)的主要影響因素，主要通過電路處理，軟件處理等方式減小誤差。標(biāo)液誤差、進(jìn)樣精度、閥件死體積、密封性是流路系統(tǒng)的關(guān)鍵因素，提高工藝水平是解決這些因素帶來誤差的主要方法。

3 總有機(jī)碳（TOC）自動(dòng)分析儀進(jìn)樣研究

影響總有機(jī)碳（TOC）自動(dòng)分析儀測量精度和誤差的因素中，進(jìn)樣精度是最關(guān)鍵的因素之一。首先，總有機(jī)碳（TOC）自動(dòng)分析儀測量二氧化碳的含量是ppm級，很小的誤差都會導(dǎo)致誤差所占整體值的比重很大；其次，一般檢測器都采用積分法對CO2進(jìn)行積分得到測量值，進(jìn)樣量如果差1%，積分累加的結(jié)果則是1%與積分次數(shù)的乘積，其結(jié)果可想而知。下面，介紹兩種主要進(jìn)樣方式進(jìn)行分析：（1）噴射法進(jìn)樣：這種進(jìn)樣方法是采用一定壓力的載氣將被測樣品在壓力作用下噴射入燃燒單元，一般有三種方式，如圖1所示。在直射方式中，樣品進(jìn)入底部區(qū)域，如果進(jìn)樣管發(fā)生傾斜，或是瞬間載氣流量和壓力變大，發(fā)生散射，則大部分不會進(jìn)入底部區(qū)域，而在管側(cè)壁上。由于燃燒高溫區(qū)域是在底部，散射和斜射就會導(dǎo)致燃燒不完全，從而測量精度也就大大折扣。（2）滴水法進(jìn)樣：這種方法是在慢速和載氣壓力很小的情況下，將樣品一滴一滴的滴入燃燒單元，如圖2所示。這種方法不會像噴射法一樣會產(chǎn)生散射和斜射，而使樣品噴在側(cè)壁，但是，水滴的數(shù)量會影響測量精度，因?yàn)檫M(jìn)樣前和進(jìn)樣過程中，如果水滴處于前后水滴的重力和張力臨界點(diǎn)，則進(jìn)樣滴水會產(chǎn)生多一滴和少一滴兩種可能性。所以，必須有微調(diào)系統(tǒng)對水滴進(jìn)樣滴水進(jìn)行調(diào)整，使每次進(jìn)樣保持一致，一次調(diào)整好后便不需要調(diào)整。

4 結(jié)語

雖然影響總有機(jī)碳（TOC）自動(dòng)分析儀測量精度和誤差的因素有很多，但進(jìn)樣精度是其中最關(guān)鍵、最重要的因素之一。本文主要介紹兩種進(jìn)樣方法：噴射法進(jìn)樣和滴水法進(jìn)樣。兩種方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中可以通過結(jié)構(gòu)、工藝、自動(dòng)化、傳感器等技術(shù)來克服其缺點(diǎn)，達(dá)到提高總有機(jī)碳（TOC）自動(dòng)分析儀測量精度和誤差的目的。

參考文獻(xiàn)

[1]王森，符青靈.儀表工試題集-在線分析儀表分冊（第二版），2006，3：17-19.

[2]李國剛.水質(zhì)TOC在線自動(dòng)分析儀的現(xiàn)狀[J].環(huán)境監(jiān)測管理與現(xiàn)狀，2000，12（6）：18-20.endprint

【摘 要】 燃燒氧化-NDIR法是總有機(jī)碳（TOC）自動(dòng)分析儀普遍采用的一種方法，但在實(shí)際應(yīng)用中，影響其測量精度和誤差的因素有很多，包括水汽干擾、載氣流量、載氣壓力、燃燒溫度、標(biāo)液誤差、進(jìn)樣精度、閥件死體積、密封性、檢測器精度、基線漂移、積分精度等，其中進(jìn)樣精度是其中最關(guān)鍵、最重要的因素之一。提高進(jìn)樣精度會大大提高總有機(jī)碳（TOC）自動(dòng)分析儀的測量精度和誤差。

【關(guān)鍵詞】 燃燒氧化-NDIR法 進(jìn)樣精度噴射法進(jìn)樣 滴水法進(jìn)樣

【Abstract】 The infrared method is generally adopted by Total organic carbon automatic analyzer，but there are so many facrors impacts its measuring accuracy and erros in actual application，such as Water vapor interference， Carrier flow， Carrier gas pressure， burning temperature，Standard solution error， sample introduction accuracy，Valve dead volume， sealing， detector accuracy， baseline drift， integral accuracy and so on.the sample introduction accuracy is the most important factor. Improve the sample introduction accuracy will Greatly improved Total organic carbon automatic analyzer measurement accuracy and error.

【Key words】 Infrared Method； sample introduction accuracy sample introduction of spurt method sample introduction of jet method sample introduction of dirp method

1 引言

總有機(jī)碳（TOC）自動(dòng)分析儀主要有以下幾種測量方式：燃燒氧化-NDIR法、UV-過硫酸鹽氧化-NDIR法、UV催化-過硫酸鹽氧化-離子選擇電極法（ISE）、加熱-過硫酸鹽氧化-NDIR法，其中燃燒氧化-NDIR法只需一次性轉(zhuǎn)化，流程簡單、重現(xiàn)性好、靈敏度高，因此這種TOC分析儀廣為國內(nèi)外所采用。燃燒氧化-NDIR法采用高溫催化氧化技術(shù)，將有機(jī)物置于950℃以上高溫中充分燃燒生成CO2，最后通過非分散紅外吸收（NDIR）檢測器對CO2進(jìn)行檢測，以確定水中有機(jī)物含量。

2 總有機(jī)碳（TOC）自動(dòng)分析儀各種影響測量精度和誤差的因素分析

影響總有機(jī)碳（TOC）自動(dòng)分析儀測量精度和誤差的因素有很多，包括水汽干擾、載氣流量、載氣壓力、燃燒溫度、標(biāo)液誤差、進(jìn)樣精度、閥件死體積、密封性、檢測器精度、基線漂移、積分精度等。水汽干擾影響NDIR檢測器對CO2的吸收，原因是二者的特征吸收波長有重疊，如表1，因此會影響檢測器檢測精度。載氣流量和壓力的變化導(dǎo)致產(chǎn)生的CO2進(jìn)入檢測器的流量產(chǎn)生變化，載氣流量和壓力太大，則檢測器響應(yīng)時(shí)間跟不上，載氣流量和壓力太小，則積分時(shí)間太長、整個(gè)測量周期隨之變長。燃燒溫度的高低是使有機(jī)物完全氧化為CO2的重要條件，950℃以上燃燒高溫中絕大部分有機(jī)物都會氧化為CO2，如果燃燒溫度太低則達(dá)不到完全氧化的效果。檢測器精度、基線漂移、積分精度是后級檢測系統(tǒng)的主要影響因素，主要通過電路處理，軟件處理等方式減小誤差。標(biāo)液誤差、進(jìn)樣精度、閥件死體積、密封性是流路系統(tǒng)的關(guān)鍵因素，提高工藝水平是解決這些因素帶來誤差的主要方法。

3 總有機(jī)碳（TOC）自動(dòng)分析儀進(jìn)樣研究

影響總有機(jī)碳（TOC）自動(dòng)分析儀測量精度和誤差的因素中，進(jìn)樣精度是最關(guān)鍵的因素之一。首先，總有機(jī)碳（TOC）自動(dòng)分析儀測量二氧化碳的含量是ppm級，很小的誤差都會導(dǎo)致誤差所占整體值的比重很大；其次，一般檢測器都采用積分法對CO2進(jìn)行積分得到測量值，進(jìn)樣量如果差1%，積分累加的結(jié)果則是1%與積分次數(shù)的乘積，其結(jié)果可想而知。下面，介紹兩種主要進(jìn)樣方式進(jìn)行分析：（1）噴射法進(jìn)樣：這種進(jìn)樣方法是采用一定壓力的載氣將被測樣品在壓力作用下噴射入燃燒單元，一般有三種方式，如圖1所示。在直射方式中，樣品進(jìn)入底部區(qū)域，如果進(jìn)樣管發(fā)生傾斜，或是瞬間載氣流量和壓力變大，發(fā)生散射，則大部分不會進(jìn)入底部區(qū)域，而在管側(cè)壁上。由于燃燒高溫區(qū)域是在底部，散射和斜射就會導(dǎo)致燃燒不完全，從而測量精度也就大大折扣。（2）滴水法進(jìn)樣：這種方法是在慢速和載氣壓力很小的情況下，將樣品一滴一滴的滴入燃燒單元，如圖2所示。這種方法不會像噴射法一樣會產(chǎn)生散射和斜射，而使樣品噴在側(cè)壁，但是，水滴的數(shù)量會影響測量精度，因?yàn)檫M(jìn)樣前和進(jìn)樣過程中，如果水滴處于前后水滴的重力和張力臨界點(diǎn)，則進(jìn)樣滴水會產(chǎn)生多一滴和少一滴兩種可能性。所以，必須有微調(diào)系統(tǒng)對水滴進(jìn)樣滴水進(jìn)行調(diào)整，使每次進(jìn)樣保持一致，一次調(diào)整好后便不需要調(diào)整。

4 結(jié)語

雖然影響總有機(jī)碳（TOC）自動(dòng)分析儀測量精度和誤差的因素有很多，但進(jìn)樣精度是其中最關(guān)鍵、最重要的因素之一。本文主要介紹兩種進(jìn)樣方法：噴射法進(jìn)樣和滴水法進(jìn)樣。兩種方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中可以通過結(jié)構(gòu)、工藝、自動(dòng)化、傳感器等技術(shù)來克服其缺點(diǎn)，達(dá)到提高總有機(jī)碳（TOC）自動(dòng)分析儀測量精度和誤差的目的。

參考文獻(xiàn)

[1]王森，符青靈.儀表工試題集-在線分析儀表分冊（第二版），2006，3：17-19.

[2]李國剛.水質(zhì)TOC在線自動(dòng)分析儀的現(xiàn)狀[J].環(huán)境監(jiān)測管理與現(xiàn)狀，2000，12（6）：18-20.endprint

【摘 要】 燃燒氧化-NDIR法是總有機(jī)碳（TOC）自動(dòng)分析儀普遍采用的一種方法，但在實(shí)際應(yīng)用中，影響其測量精度和誤差的因素有很多，包括水汽干擾、載氣流量、載氣壓力、燃燒溫度、標(biāo)液誤差、進(jìn)樣精度、閥件死體積、密封性、檢測器精度、基線漂移、積分精度等，其中進(jìn)樣精度是其中最關(guān)鍵、最重要的因素之一。提高進(jìn)樣精度會大大提高總有機(jī)碳（TOC）自動(dòng)分析儀的測量精度和誤差。

【關(guān)鍵詞】 燃燒氧化-NDIR法 進(jìn)樣精度噴射法進(jìn)樣 滴水法進(jìn)樣

【Abstract】 The infrared method is generally adopted by Total organic carbon automatic analyzer，but there are so many facrors impacts its measuring accuracy and erros in actual application，such as Water vapor interference， Carrier flow， Carrier gas pressure， burning temperature，Standard solution error， sample introduction accuracy，Valve dead volume， sealing， detector accuracy， baseline drift， integral accuracy and so on.the sample introduction accuracy is the most important factor. Improve the sample introduction accuracy will Greatly improved Total organic carbon automatic analyzer measurement accuracy and error.

【Key words】 Infrared Method； sample introduction accuracy sample introduction of spurt method sample introduction of jet method sample introduction of dirp method

1 引言

總有機(jī)碳（TOC）自動(dòng)分析儀主要有以下幾種測量方式：燃燒氧化-NDIR法、UV-過硫酸鹽氧化-NDIR法、UV催化-過硫酸鹽氧化-離子選擇電極法（ISE）、加熱-過硫酸鹽氧化-NDIR法，其中燃燒氧化-NDIR法只需一次性轉(zhuǎn)化，流程簡單、重現(xiàn)性好、靈敏度高，因此這種TOC分析儀廣為國內(nèi)外所采用。燃燒氧化-NDIR法采用高溫催化氧化技術(shù)，將有機(jī)物置于950℃以上高溫中充分燃燒生成CO2，最后通過非分散紅外吸收（NDIR）檢測器對CO2進(jìn)行檢測，以確定水中有機(jī)物含量。

2 總有機(jī)碳（TOC）自動(dòng)分析儀各種影響測量精度和誤差的因素分析

影響總有機(jī)碳（TOC）自動(dòng)分析儀測量精度和誤差的因素有很多，包括水汽干擾、載氣流量、載氣壓力、燃燒溫度、標(biāo)液誤差、進(jìn)樣精度、閥件死體積、密封性、檢測器精度、基線漂移、積分精度等。水汽干擾影響NDIR檢測器對CO2的吸收，原因是二者的特征吸收波長有重疊，如表1，因此會影響檢測器檢測精度。載氣流量和壓力的變化導(dǎo)致產(chǎn)生的CO2進(jìn)入檢測器的流量產(chǎn)生變化，載氣流量和壓力太大，則檢測器響應(yīng)時(shí)間跟不上，載氣流量和壓力太小，則積分時(shí)間太長、整個(gè)測量周期隨之變長。燃燒溫度的高低是使有機(jī)物完全氧化為CO2的重要條件，950℃以上燃燒高溫中絕大部分有機(jī)物都會氧化為CO2，如果燃燒溫度太低則達(dá)不到完全氧化的效果。檢測器精度、基線漂移、積分精度是后級檢測系統(tǒng)的主要影響因素，主要通過電路處理，軟件處理等方式減小誤差。標(biāo)液誤差、進(jìn)樣精度、閥件死體積、密封性是流路系統(tǒng)的關(guān)鍵因素，提高工藝水平是解決這些因素帶來誤差的主要方法。

3 總有機(jī)碳（TOC）自動(dòng)分析儀進(jìn)樣研究

影響總有機(jī)碳（TOC）自動(dòng)分析儀測量精度和誤差的因素中，進(jìn)樣精度是最關(guān)鍵的因素之一。首先，總有機(jī)碳（TOC）自動(dòng)分析儀測量二氧化碳的含量是ppm級，很小的誤差都會導(dǎo)致誤差所占整體值的比重很大；其次，一般檢測器都采用積分法對CO2進(jìn)行積分得到測量值，進(jìn)樣量如果差1%，積分累加的結(jié)果則是1%與積分次數(shù)的乘積，其結(jié)果可想而知。下面，介紹兩種主要進(jìn)樣方式進(jìn)行分析：（1）噴射法進(jìn)樣：這種進(jìn)樣方法是采用一定壓力的載氣將被測樣品在壓力作用下噴射入燃燒單元，一般有三種方式，如圖1所示。在直射方式中，樣品進(jìn)入底部區(qū)域，如果進(jìn)樣管發(fā)生傾斜，或是瞬間載氣流量和壓力變大，發(fā)生散射，則大部分不會進(jìn)入底部區(qū)域，而在管側(cè)壁上。由于燃燒高溫區(qū)域是在底部，散射和斜射就會導(dǎo)致燃燒不完全，從而測量精度也就大大折扣。（2）滴水法進(jìn)樣：這種方法是在慢速和載氣壓力很小的情況下，將樣品一滴一滴的滴入燃燒單元，如圖2所示。這種方法不會像噴射法一樣會產(chǎn)生散射和斜射，而使樣品噴在側(cè)壁，但是，水滴的數(shù)量會影響測量精度，因?yàn)檫M(jìn)樣前和進(jìn)樣過程中，如果水滴處于前后水滴的重力和張力臨界點(diǎn)，則進(jìn)樣滴水會產(chǎn)生多一滴和少一滴兩種可能性。所以，必須有微調(diào)系統(tǒng)對水滴進(jìn)樣滴水進(jìn)行調(diào)整，使每次進(jìn)樣保持一致，一次調(diào)整好后便不需要調(diào)整。

4 結(jié)語

雖然影響總有機(jī)碳（TOC）自動(dòng)分析儀測量精度和誤差的因素有很多，但進(jìn)樣精度是其中最關(guān)鍵、最重要的因素之一。本文主要介紹兩種進(jìn)樣方法：噴射法進(jìn)樣和滴水法進(jìn)樣。兩種方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中可以通過結(jié)構(gòu)、工藝、自動(dòng)化、傳感器等技術(shù)來克服其缺點(diǎn)，達(dá)到提高總有機(jī)碳（TOC）自動(dòng)分析儀測量精度和誤差的目的。

參考文獻(xiàn)

[1]王森，符青靈.儀表工試題集-在線分析儀表分冊（第二版），2006，3：17-19.

[2]李國剛.水質(zhì)TOC在線自動(dòng)分析儀的現(xiàn)狀[J].環(huán)境監(jiān)測管理與現(xiàn)狀，2000，12（6）：18-20.endprint