島津總有機碳分析儀TOC-V

測定原理
水中存在總有機碳和無機碳兩種碳。總有機碳稱為Total Organic Carbon（TOC），與氫或氧等結
合構成有機化合物。無機碳稱為Inorganic Carbon（IC 或TIC），是碳酸氣，碳酸離子、碳酸氫根等
無機化合物的構成元素。它們合起來稱為總碳（Total Carbon、TC），成立TC=TOC+IC 的關系。
另外一方，關于氮在水中也存在有機和無機氮，它們的總稱是總氮（Total Nitrogen、TN）。
以下說明 TOC 和TN 的測定原理。
TC（總碳）的測定原理
TOC-V 是使用調壓閥和流量控制閥控制在150mL/min 流量的載氣在預先填充氧化催化劑的加
熱至680℃的燃燒管中流通。試樣注入燃燒管內時，試樣中的TC 燃燒或分解為二氧化碳。含二氧化
碳等燃燒生成物的載氣，由燃燒管向除濕器（電子冷卻器）移動，進行冷卻、除濕。然后通過鹵素
洗滌器到達非散射型紅外線氣體分析部（NDIR）的測量池，檢測二氧化碳。NDIR 的檢測信號（模
擬信號）形成峰的形狀，此峰的面積在數據處理部進行測定。
峰面積與試樣中的 TC 濃度成比例。因此，如果預先使用標準液求出峰面積的關系式（校準線
式），就可測定試樣中的TC 濃度。
IC（無機碳）的測定原理
IC 的測定方法有在進樣器的注射器內測定的標準方法和使用選購件IC 反應器的測定方法兩種。
無論使用哪種方法，IC 的對象是碳酸根、碳酸氫根和水中溶解的二氧化碳。
IC 是什么?
所謂TOC 測定的IC（無機碳），嚴格地講是指水中溶解的二氧化碳和碳酸根。試樣中添加少量
鹽酸，達到PH3 以下時，按下邊的反應，碳酸鹽中全部二氧化碳（CO2）游離。
Me2CO3+2HCl→CO2+2MeCl+H2O
MeHCO3+HCl→CO2+MeCl+H2O
試樣中的二氧化碳和溶解的二氧化碳通過不含氮或二氧化碳的空氣時，向氣體中游離。

使用 IC 反應器的測定方法（H 型）
TOC-V 的IC 反應器中的IC 反應液（IC 反應液為酸性液），載氣形成小氣泡通過。向這IC 反
應器內注入試樣時，只有試樣中的IC 變換成二氧化碳，使用NDIR 進行檢測。以下，與TC 同樣，
測定試樣中的IC 濃度。
注射器內測定的方法（N 型）
在注射器內試樣添加鹽酸形成酸性（pH3 以下），載氣通過時，只有試樣中的IC 變換成二氧化
碳，使用NDIR 進行檢測。以下，與TC 同樣測定試樣中的IC 濃度。
NPOC（不揮發性有機碳）的測定原理
試樣中加酸成為酸性（PH3 以下，PH2~3 適宜）后通噴射氣體。試樣中的IC 成為二氧化碳，
從試樣中除去。像這樣采用測定經除去IC 處理后的試樣的求TOC 的方法，它的測定值一般也稱為
TOC。但是，在TOC-V 上，為了與采用TC 和IC 差求出的TOC 相區別，稱為NPOC。NPOC 是
Non-Purgeable Organic Carbon 的簡稱，是不揮發性有機碳。
這種方法與采用 TOC 測定的*試驗法（JIS 或ASTM、EPA、EN）等中記載的氧化法、
通氣處理法（IC 除去法）的TOC 測定法相同。試樣中存在揮發性有機物時，由于在通氣處理中有
可能從試樣中消失，因此這種方式測定的TOC 可稱為NPOC。但是，在對水溶解度大的揮發性有機
物時，通氣處理中揮發量有限。一般的自然環境水和公用水、純水等由于含的揮發性有機物少，NPOC
可認作TOC。
表 6.1：通氣處理（氮氣）的揮發性有機物的殘留率118℃
有機物   通氣處理前濃度（ppm）   通氣處理后濃度（ppm）   殘留率（%）
甲醇 117.5   116   98.6
乙醇106.5 105 98.5
異丙醇129 127 98.5
n-丁醇117 115 98.3
丙酮106 101 95.3
乙醛130 117 90.0
醋酸乙酯102 88 86.3
酷氨酸117 116.5 99.5
苯85 2.5 2.9
環已烷79 2 2.5

島津總有機碳分析儀TOC-V

POC（揮發性有機碳）的測定原理
在 NPOC 測定時，通氣處理中與噴射氣一起逸散從試樣中消失的有機物中的TOC 是POC 測定。
然而NPOC+POC 是原來的TOC。
POC 測定進行如下：
進行試樣通氣處理的噴射氣，通過 CO2 吸收器除去從試樣的IC 中產生的二氧化碳。然后，在
燃燒管中POC 燃燒氧化形成二氧化碳，使用NDIR 進行檢測。

通氣處理中是否與噴射氣一起逸散，逸散程度多大，取決于有機成分的種類和濃度，當然，根
據處理時的溫度和與噴射氣的氣液接觸的效率而變化。本儀器的POC *是用于NPOC 測定的通
氣處理中逸散的POC 的測定。
是否揮發不*取決于該成分的沸點。乙醇、甲醇等水溶解度大的揮發性有機物由于在通氣處
理中揮發量不太大，幾乎不產生峰。（參照NPOC 測定原理）但是，二氧甲烷和三氯 jiawan 等水溶解
度小的有機物，POC 測定時產生尖銳而且大的峰。另外，丙酮、和甲基異丁基酮等產生非常寬的峰
或長時間的拖尾，也有在規定時間內峰不結束的物質。
其次，本儀器為除去在試樣吹氣時與 POC 成分一起產生的碳酸氣，連接填充氫氧化鋰的CO2
吸收器。因此，在容易被CO2 吸收器捕集的POC 成分（酯等）上顯示低值。從而，使用本儀器所
得的測定結果，作為揮發性有機碳不是的，請看成是本儀器的使用條件下的測定結果。而且，
POC 沒有明確所指。
TOC（總有機碳）的測定原理
TOC-V 采用的TOC 測定法有下列3 種。
·由 TC 和IC 的差求出的TOC（=TC-IC 法）
·采用酸性化通氣處理法測出的 TOC（=NPOC 法）
·NPOC 上加POC 的TOC（=POC+NPOC 法）
TC-IC 法
由 TC 和IC 的差求出TOC 方法。但是，一般都采用測定簡便而且時間也短的NPOC 法。特別
是與TOC 相比IC 多的試樣（IC 幾乎占TC 全部的試樣），用差求出的TOC（TC 比IC 小的值）。包
含有TC 測定的誤差和IC 測定的誤差。由于TOC 測定的誤差大，使用NPOC 法。

另外，使用TOC/TN 催化劑、TOC 測定用高靈敏度催化劑時，由于在使用TOC/TN 催化劑時含
IC 超過10ppm，而使用TOC 測定用高靈敏度催化劑時含IC 超過5ppm 的試樣進行TC 測定時檢出
率有下降的傾向，因此使用NPOC 法。
NPOC 法
zui一般的 TOC 測定方法。但是，在NPOC 測定的通氣處理中試樣起泡，試樣的一部分成為泡
有從注射器向外流出傾向的試樣時，由于TOC 成分在泡的部分濃縮，留在注射器內的試樣中的TOC
有下降的傾向，因此，請使用TC-IC 法。
POC+NPOC 法
在試樣中 POC 達到不可忽視的程度時使用本方法。
TN（總氮）的測定原理
與 TC 測定同樣，試樣注入燃燒管（爐溫720℃）中時，試樣中的TN 分解成為一氧化氮。不過，
這時的氮氣還不是一氧化氮。這含有一氧化氮的載氣在除濕器（電子冷卻器）中冷卻、除濕后進入
化學發光式氣體分析部，在這里檢測一氧化氮。化學發光式分析部的檢測信號變成峰形狀，以下可
與TC 一樣，測定試樣中的TN 濃度。
TN 的檢出率
在 TN 測定中，試樣中氮的存在狀態對TN 的檢出率有很大影響。一般硝酸氮、亞硝酸氮、氨
氮和有機氮的大部分呈現高檢出率。但是，有機氮的一部分，例如，肼類、吡唑啉類、疊氮化合物
等按濃度有的也只達60~10%的檢出率。