CN102735714A - 一种颗粒有机碳、总有机碳测定仪及测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种颗粒有机碳、总有机碳测定仪及测定方法，特点是，载气发生器与气体净化器、流量控制器之间依次通过管道连通，流量控制器通过管道分别连通高温氧化反应器及低温分解反应器，高温氧化反应器及低温分解反应器的另一端通过管道分别与冷凝脱水器连通，冷凝脱水器、离子阱、气体过滤器、电导仪之间依次通过管道连通，电导仪与数据处理器之间通过电缆连接，利用本发明可以分别测定固体、颗粒、液体、悬浮体样品中的总碳、无机碳、颗粒有机碳、总有机碳等，从而实现土壤、淤泥、有机化工残渣等颗粒有机碳及地表水、生活污水、生产废水中总有机碳的测定，测量范围宽，使用方便，可进行实验室测定和车载流动测定，非常值得推广。

Description

一种颗粒有机碳、总有机碳测定仪及测定方法

技术领域

本发明涉及一种固体、液体、颗粒状物体中的有机碳测定方法和仪器，尤其涉及一种颗粒有机碳、总有机碳测定仪及测定方法。

背景技术

有机物的种类繁多、数量大、分布广，无论是天上、还是地上、地下，无论是空气、还是地表水、生活污水、生产废水、土壤、底泥、有机化工生产的残渣都有它们的踪迹。有机物的测定方法有生化需氧量（BOD）、化学需氧量（COD）、总耗氧量（TOD）、紫外吸光度（UV_ASM）和总有机碳（TOC）。生化需氧量、总耗氧量和紫外吸光度法只能测定水中的有机物含量，化学需氧量测定法虽可测定固体、颗粒体中的有机物，但操作步骤繁多、测定时间长、不能实现自动测定、不能仪器化。只有总有机碳测定法可以测定颗粒有机碳（Particulate Organic Carbon简称POC）和固体有机碳（Solid Organic Carbon简称SOC）。

目前国内外尚没有专用的POC测定仪，只有极个别外国厂商的极个别型号总有机碳（Total Organic Carben简称TOC）测定仪能完成部分颗粒有机碳的测定。存在的不足主要有：不能测定含盐量高的颗粒物，如咸水湖和海洋底泥，如农药以及化肥、染料、海化、盐化等行业生产过程中产生的残渣；运行条件苛刻，要使用高纯度钢瓶气，难以车载流动测定、现场测定；待测样品要预先酸化除去无机碳，然后烘干，再定量称取烘烤后的样品放进带传递杆的铂舟或石英舟，以上的操作步骤会使已除去无机碳的干燥样品吸附空气中的二氧化碳，称量好的样品倒入铂舟或石英舟时会有损失，造成较大数据误差；铂舟或石英舟在将样品送至980℃高温区时，由于连杆推拉运动，磨损的密封垫会氧化成二氧化碳和漏气，影响仪器的精密度；红外检测器价格昂贵、仪器价格高，很难推广。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、性能可靠、成本低、干扰少的颗粒有机碳、总有机碳测定仪及测定方法。

本发明的技术方案是：

一种颗粒有机碳、总有机碳测定仪，特点是，载气发生器与气体净化器、流量控制器之间依次通过管道连通，流量控制器通过管道分别连通高温氧化反应器及低温分解反应器，高温氧化反应器及低温分解反应器的另一端通过管道分别与冷凝脱水器连通，冷凝脱水器、离子阱、气体过滤器、电导仪之间依次通过管道连通，电导仪与数据处理器之间通过电缆连接。

所述的高温氧化反应器包括有高温氧化反应器底座，在高温氧化反应器底座上设有石英管支架，石英管支架上设有石英管，在石英管的一端设有进样管管口，对应于进样管管口在石英管内活动设有样品传递器，在石英管另一端的外面设有高温恒温器，石英管的两端分别设有载气进气管及反应气出气管，载气进气管与流量控制器连通，反应气出气管与冷凝脱水器连通。

所述的低温分解反应器结构与高温氧化反应器大致相同，不同之处是在石英管另一端的外面设置的是低温恒温器。

所述设置在高温氧化反应器或低温分解反应器内的样品传递器结构是一样的，它包括有石英环，在石英环上连接有石英环连杆，石英环连杆上设有磁柱，在石英管支架上设有磁环道轨，磁环道轨上活动设有磁环，磁环与磁柱相对应，在石英环上活动设有石英杯，石英杯与石英管的进样管管口相对应。

所述的电导仪包括电导池，电导池通过管道分别连通有碱性离子交换器、气体净化器，电导池的一端通过管道与气体过滤器连通，电导池的电导电极通过电缆连接电导控制器，电导控制器与数据处理器连接。上述中，还可以在电导池与气体净化器之间再加设有电导反应器，碱性离子交换器也可以换成碱试剂。

一种利用上述测定仪进行颗粒有机碳、总有机碳的测定方法，其步骤是，

（1）待测样品预处理；

（2）待测样品采集；

（3）将待测样品放入高温氧化反应器的样品传递器中；

（4）将待测样品送入高温氧化区：通过样品传递器将待测样品送进高温氧化反应器的高温区，使样品中的各类有机碳和无机碳都转化为二氧化碳：

（5）二氧化碳的测定：无碳载气带着（4）步骤中氧化产生的二氧化碳气体进入电导仪并与碱性电导液发生中和反应：

（6）总碳含量的数据处理：电导仪检测的信号通过电缆传送到数据处理器，得出总碳含量；

（7）将与（2）步骤同量的待测样品放入低温分解反应器的样品传递器中；

（8）将待测样品送入低温分解反应区：通过样品传递器将待测样品送进低温分解反应器的低温分解区，使样品中的各类无机碳转化为二氧化碳：

（9）二氧化碳的测定：无碳载气带着（8）步骤中分解产生的二氧化碳气体进入电导仪并与碱性电导液发生中和反应：

（10）无机碳含量的数据处理：电导仪检测的信号通过电缆传送到数据处理器，得出无机碳含量；

（11）通过数据处理器计算得出有机碳含量。

与已有技术相比，本发明的测定仪具有干扰少、性能可靠、成本低等优点，利用本发明可以分别测定固体样品、颗粒样品、液体、悬浮体样品中的总碳、无机碳、颗粒有机碳、总有机碳等，从而实现土壤、淤泥、有机化工残渣等颗粒有机碳及地表水、生活污水、生产废水中总有机碳的测定，测量范围宽，由于其结构简单、使用方便，既可以进行实验室优良的环境中测定，也可以不携带危险、笨重的钢瓶在监测车上进行流动测定，非常值得推广。

为清楚说明本发明的技术方案，下面结合附图及实施例作简单介绍。

附图说明

图1为本发明实施例公开的一种结构示意图；

图2为本发明实施例公开的另一种结构示意图；

图3为本发明实施例公开的高温氧化反应器的结构示意图；

图4为本发明实施例公开的低温分解反应器的结构示意图。

附图图面说明：

1载气发生器，3高温氧化反应器，4低温分解反应器，5冷凝脱水器，6离子阱，7气体过滤器，8电导仪，9数据处理器，

17气体净化器，18流量控制器，19流量控制器，

21三通阀，22三通阀，23三通阀，24三通阀，25三通阀，

30催化剂，31石英管，311进样管管口，312石英管管口密封塞，313石英管支架，32载气进气管，33反应气出气管，34石英杯，35石英环，351石英环连杆，36磁柱，37磁环，371磁环道轨，38高温氧化反应器底座，381保温壳，382高温恒温器，

40酸化剂，41石英管，411进样管管口，412石英管管口密封塞，413石英管支架，42载气进气管，43反应气出气管，44石英杯，45石英环，451石英环连杆，46磁柱，47磁环，471磁环道轨，48低温分解反应器底座，481保温壳，482低温恒温器，

80电导控制器，81电导池，811电导电极，82碱性离子交换器，83电导反应器，84蠕动泵，85碱试剂，88电源，

91显示器和打印机，92数据传输端，93键盘。

具体实施方式

图1为本发明实施例公开的一种颗粒有机碳、总有机碳测定仪结构图，其中1为载气发生器、17为气体净化器、18、19为流量控制器、21、22、23、24、25为三通阀、3为高温氧化反应器、4为低温分解反应器、5为冷凝脱水器、6为离子阱、7为气体过滤器、8为电导仪、9为数据处理器；载气发生器1与气体净化器17、流量控制器18、三通阀21之间通过管道连通，三通阀21与高温氧化反应器3、三通阀22之间通过管道连通，三通阀21与低温分解反应器4、三通阀22之间通过管道连通，三通阀22与冷凝脱水器5、离子阱6、气体过滤器7、三通阀23、电导仪8之间依次通过管道连通，其中电导仪8内，三通阀23与电导池81之间通过管道连通，三通阀23、三通阀24、碱性离子交换器82之间通过管道连通，碱性离子交换器82与蠕动泵84、三通阀24之间通过管道连通，电导池81与三通阀25、气体净化器17、流量控制器19之间通过管道连通，电导池电导电极811与电导控制器80、数据处理器9之间通过电缆连接，电导控制器80、数据处理器9分别连接电源88，数据处理器9上可以连接显示器和打印机91、数据传输端92、键盘93等辅助设施。

图2为本发明实施例公开的另一种颗粒有机碳、总有机碳测定仪器结构图，其结构与图1公开的结构大致相同，不同之处在于，电导仪8内的结构不一样，参看图2，三通阀23、三通阀24与电导池81之间通过管道连通，电导池81、三通阀24、蠕动泵84、碱试剂85之间通过管道连通，三通阀23、电导反应器83、三通阀25、气体净化器17、流量控制器19之间通过管道连通，电导池电导电极811与电导控制器80、数据处理器9之间通过电缆连接。

图3为高温氧化反应器结构图，包括有高温氧化反应器底座38，在高温氧化反应器底座38上设有石英管支架313，石英管支架313上设有石英管31，在石英管31的一端设有进样管管口311，对应于进样管管口311在石英管31内活动设有样品传递器，在石英管31另一端设有高温氧化区，高温氧化区的里面有催化剂30，高温氧化区的外面设有980℃高温恒温器382，高温恒温器382外有保温壳381，石英管31的两端分别设有载气进气管32及反应气出气管33，其中，载气进气管32与三通阀21、流量控制器18连通，反应气出气管33与三通阀22、冷凝脱水器5连通，在石英管口出设有石英管管口密封塞。

上述的样品传递器包括有石英环35，在石英环35上连接有石英环连杆351，石英环连杆351上设有磁柱36，在石英管支架313上设有磁环道轨371，磁环道轨371上活动设有磁环37，磁环37位置与磁柱36相对应，在石英环35上活动放置有石英杯34，石英杯34的位置与石英管31上面的进样管管口311相对应。

图4为低温分解反应器结构图，低温分解反应器与高温氧化反应器的结构基本一样，不同之处是在石英管另一端设有低温分解区，低温分解区的里面有酸化剂40，低温分解区的外面设有150℃低温恒温器482，其他结构与与高温氧化反应器完全一样，相关标号说明参见附图图面说明，结构不再赘述。

下面以实验例简述利用本发明测定仪进行颗粒有机碳、总有机碳的测定方法。

一、颗粒有机碳测定基本原理和步骤：

1、待测样品预处理：固体和大于30目的颗粒样品研磨过筛，在115℃的烘箱中烘烤2h，再放入干燥器中冷却；

2、待测样品采集：用洗液清洗处理后的石英杯，称取定量的待测样品（0.3~1g）；

3、样品放入高温氧化反应器：把装有待测样品的石英杯放进石英环中，旋紧进样管管口并密封；

4、样品带进高温氧化区：滑动磁环带动连接在磁柱上的石英环，把石英杯送进980℃的高温氧化区，使样品中的各类有机碳和无机碳都转化为二氧化碳：

5、二氧化碳的测定：由无碳载气带着上述步骤中氧化产生的二氧化碳气体进入电导仪中，与电导仪中的碱性电导液发生中和反应，也就是：

因为OH^—与CO₃ ^2—的变化与二氧化碳的数量成正比，电导率的变化即为待测样品的总碳量；

6、总碳含量的数据处理：电导仪检测的信号通过电缆传送到数据处理器，再由预先存入的软件和校正曲线计算、存储、显示、打印出颗粒有机物的总碳（TC）含量；

7、样品放入低温分解反应器：把同（2）步骤等量的装有待测样品的石英杯放入石英环中，向石英杯中加进0.1~0.5mL的磷酸，旋紧进样管管口并密封；

8、样品放入低温分解区：滑动磁环带动连接在磁柱上得石英环，把石英杯送进150℃的低温分解区，样品中的各类无机碳转化为二氧化碳：

9、二氧化碳的测定：无碳载气带着上述步骤中分解产生的二氧化碳气体进入电导仪中，与电导仪中的碱性电导液发生中和反应，同（5）步骤，使电导率发生变化：

10、无机碳含量的数据处理：电导仪的检测信号通过电缆传送到数据处理器，由预先存入的软件和标准校正曲线计算、存储、显示打印出颗粒无机碳（IC）含量；

11、通过数据处理器计算、存储、显示打印颗粒有机碳（POC）含量：

TC–IC = POC  。

二、总有机碳测定原理和步骤：

总有机碳是以碳的含量表示水中有机物污染的综合指标，能更直接反映水体有机化合物的自净能力。总有机碳有干法氧化测定法和湿法氧化测定法。一般的干法仪器须滤除大于100um的颗粒，会造成有机碳的损失，本发明测定方法和仪器只滤除500um以上的杂质，造成的损失极少。

1、待测样品预处理：样品随到随测，否则要加硫酸汞冷藏，测定前用超声波发射器均化处理或摇匀；

2、待测样品采集：用自吸式自动采样器吸取0.05~1mL待测水样；

3、样品放入高温氧化反应器：把水样注入石英杯，旋紧进样管管口并密封；

4、样品带进高温氧化区：与颗粒有机碳测定步骤4相同；

5、二氧化碳的测定：与颗粒有机碳测定步骤5相同；

6、总碳含量的数据处理：与颗粒有机碳测定步骤6相同；

7、样品放入低温分解反应器：把同（2）步骤等量的水样注入石英杯，旋紧进样管管口并密封；

8、样品送入低温分解区：与颗粒有机碳测定步骤8相同；

9、二氧化碳的测定：与颗粒有机碳测定步骤9相同；

10、无机碳含量的数据处理：与颗粒有机碳测定步骤10相同；

11、通过数据处理器计算、存储、显示打印总有机碳（TOC）含量：

TC–IC = TOC  。

另外，样品中的氮、磷、硫及卤族化合物在980℃、催化剂及氧气的作用下会转化为相应的氧化物，这些氧化物在载气的带动下进入电导检测仪就会产生相应的信号输出，干扰检测仪对二氧化碳的测定，甚至污染检测仪和相连的管路。对此，可以在本发明的离子阱6中设置包括锰酸银多孔颗粒、氧化银多孔颗粒、氧化银丝螺旋体、银丝螺旋体、电解铜颗粒等，这些物质的活性及比表面积大，能快速反应消除其干扰。

Claims (8)

1.一种颗粒有机碳、总有机碳测定仪，其特征是，载气发生器（1）与气体净化器（17）、流量控制器（18）之间依次通过管道连通，流量控制器（18）通过管道分别连通高温氧化反应器（3）及低温分解反应器（4），高温氧化反应器（3）及低温分解反应器（4）的另一端通过管道分别与冷凝脱水器（5）连通，冷凝脱水器（5）、离子阱（6）、气体过滤器（7）、电导仪（8）之间依次通过管道连通，电导仪（8）与数据处理器（9）之间通过电缆连接。

2.根据权利要求1所述的一种颗粒有机碳、总有机碳测定仪，其特征是，所述的高温氧化反应器（3）包括有高温氧化反应器底座（38），在高温氧化反应器底座（38）上设有石英管支架（313），石英管支架（313）上设有石英管（31），在石英管（31）的一端设有进样管管口（311），对应于进样管管口（311）在石英管（31）内活动设有样品传递器，在石英管（31）另一端的外面设有高温恒温器（382），石英管（31）的两端分别设有载气进气管（32）及反应气出气管（33），载气进气管（32）与流量控制器（18）连通，反应气出气管（33）与冷凝脱水器（5）连通。

3.根据权利要求2所述的一种颗粒有机碳、总有机碳测定仪，其特征是，所述的样品传递器包括有石英环（35），在石英环（35）上连接有石英环连杆（351），石英环连杆（351）上设有磁柱（36），在石英管支架（313）上设有磁环道轨（371），磁环道轨（371）上活动设有磁环（37），磁环（37）与磁柱（36）相对应，在石英环（35）上活动设有石英杯（34），石英杯（34）与石英管（31）的进样管管口（311）相对应。

4.根据权利要求1所述的一种颗粒有机碳、总有机碳测定仪，其特征是，所述的低温分解反应器（4）包括有低温分解反应器底座（48），在低温分解反应器底座（48）上设有石英管支架（413），石英管支架（413）上设有石英管（41），在石英管（41）的一端设有进样管管口（411），对应于进样管管口（411）在石英管（41）内活动设有样品传递器，在石英管（41）另一端的外面设有低温恒温器（482），石英管（41）的两端分别设有载气进气管（42）及反应气出气管（43），载气进气管（42）与流量控制器（18）连通，反应气出气管（43）与冷凝脱水器（5）连通。

5.根据权利要求4所述的一种颗粒有机碳、总有机碳测定仪，其特征是，所述的样品传递器包括有石英环（45），在石英环（45）上连接有石英环连杆（451），石英环连杆（451）上设有磁柱（46），在石英管支架（413）上设有磁环道轨（471），磁环道轨（471）上活动设有磁环（47），磁环（47）与磁柱（46）相对应，在石英环（45）上活动设有石英杯（44），石英杯（44）与石英管（41）的进样管管口（411）相对应。

6.根据权利要求1所述的一种颗粒有机碳、总有机碳测定仪，其特征是，所述的电导仪（8）包括电导池（81），电导池（81）通过管道分别连通有碱性离子交换器（82）、气体净化器（17），电导池（81）的一端通过管道与气体过滤器（7）连通，电导池（81）的电导电极（811）通过电缆连接电导控制器（80），电导控制器（80）与数据处理器（9）连接。

7.根据权利要求1所述的一种颗粒有机碳、总有机碳测定仪，其特征是，所述的电导仪（8）包括电导池（81），电导池（81）通过管道分别连通有碱试剂（85）、电导反应器（83），电导反应器（83）连通气体净化器（17），电导池（81）的一端通过管道与气体过滤器（7）连通，电导池（81）的电导电极（811）通过电缆连接电导控制器（80），电导控制器（80）与数据处理器（9）连接。

8.一种利用权利要求1所述测定仪进行颗粒有机碳、总有机碳的测定方法，其步骤是，

（1）待测样品预处理；

（2）待测样品采集；

（3）将待测样品放入高温氧化反应器的样品传递器中；

（4）将待测样品送入高温氧化区：通过样品传递器将待测样品送进高温氧化反应器的高温区，使样品中的各类有机碳和无机碳都转化为二氧化碳：

（5）二氧化碳的测定：无碳载气带着（4）步骤中氧化产生的二氧化碳气体进入电导仪并与碱性电导液发生中和反应：

（6）总碳含量的数据处理：电导仪检测的信号通过电缆传送到数据处理器，得出总碳含量；

（7）将与（2）步骤同量的待测样品放入低温分解反应器的样品传递器中；

（8）将待测样品送入低温分解反应区：通过样品传递器将待测样品送进低温分解反应器的低温分解区，使样品中的各类无机碳转化为二氧化碳：

（9）二氧化碳的测定：无碳载气带着（8）步骤中分解产生的二氧化碳气体进入电导仪并与碱性电导液发生中和反应：

（10）无机碳含量的数据处理：电导仪检测的信号通过电缆传送到数据处理器，得出无机碳含量；

（11）通过数据处理器计算得出有机碳含量。

Images