总有机碳和电导率的基础知识

什么是总有机碳？

总有机碳（TOC）是一种分析测量方法，用于指示样品中有机化合物的碳含量，是制药和环境测试中水质与纯度的关键指标。TOC的测量至关重要，因为即使是微量的有机污染也会危及产品质量和消费者安全。TOC的来源包括天然来源（即植物和动物）与合成材料（即清洁产品、塑料和杀虫剂）。其特点是碳氢键可以被氧化成CO₂。

确定样品中有机碳含量的常用方法是从总碳（TC）中减去无机碳（IC）：

总碳 - 无机碳 = 总有机碳，或

TC - IC = TOC，其中：

• TC（总碳）：样品中存在的所有碳，包括有机和无机两种形式。
• IC（无机碳）：存在于无机化合物（CO₂、HCO₃-和CO₃²-）中的碳
• TOC（总有机碳）：去除无机碳后剩余的有机碳量。

USP <643>建立了制药级水的TOC测试标准和程序，规定了技术要求、系统适用性分析、方法验证参数和验收标准，以确保水质和纯度。

什么是电导率？

电导率衡量物质传导电流的能力，这种能力表明了无机化学物质和盐的存在。在制药用水测试中，电导率是检测是否存在离子物质和确保水纯度的关键质量属性。

根据USP <645>，电导率水平在25 °C时必须低于1.3 μS/cm。电导率测试可检测出会对设备及人体健康造成危害的内在离子（来自溶解的CO2）与外在离子（如氯化物和氨）。该测试对于监测盐和无机污染至关重要。

哪些领域需要测试TOC和电导率？

按行业划分的TOC和电导率测试应用：

• 制药：清洁验证、注射用水（WFI）、无菌水和清洁蒸汽
• 微电子：超纯水监测和过程控制
• 市政当局：饮用水质量、废水处理和雨水管理
• 食品饮料：清洁过程、废水监测、释放水和产品一致性
• 石油与天然气：水污染评估和过程监测

如何对TOC与电导率进行测量和测试？

TOC测试涉及两个关键步骤：氧化和检测。在氧化过程中，样品中的有机化合物通过高温催化燃烧或紫外线/过硫酸盐氧化（湿化学氧化）等既定方法转化为二氧化碳（CO₂）。根据应用需求、样品基质和测试要求的不同，需要选择不同的氧化技术。

在检测阶段，分析精度变得至关重要，因为CO₂测量精度直接决定了TOC结果的可靠性。三种主要的检测方法包括：

• 非色散红外（NDIR） - 通过红外光吸收测量CO₂，但会受到水蒸气干扰，进而影响准确性
• 直接电导率 - 测量氧化前后的样品电导率，但容易受到各种干扰
• 膜电导检测 - 提供稳定可靠的CO_²测量，同时有效减少干扰，提供最可靠的结果

在准确度和精密度不容妥协的情况下，膜电导技术可实现可靠的水质评估和过程控制。

常见的电导率测试方法包括双电极（接触式）电导率池、四电极池、环形（电感式）电导率传感器和在线连续监测系统，通常使用在电极上施加交流电压的电导率计进行测量。

在制药用水测试中，电导率测量受USP <645>约束，该标准描述了电导率测试的三个阶段，以确保水质满足严格的纯度要求。根据USP <645>中的分阶段要求，需要通过温度补偿或非温度补偿电导率捕获这些测量值，以提供完整的水质评估。

TOC和电导率测试提供了对水质的补充测量；TOC可检测有机污染物，电导率可检测离子和无机杂质，二者确保了对制药和工业应用进行全面的水纯度评估。

Sievers分析仪检测TOC和电导率

为了满足多样化的客户需求，Veolia在Sievers产品组合中提供了多款分析仪 ，这些分析仪具有不同的分析范围，适用于特定应用，可为多个行业提供全面的解决方案。Sievers分析仪产品线包括先进的TOC和电导率测试解决方案。

对于TOC和电导率测试，Sievers M500、M9和M5310 C TOC分析仪采用膜电导技术来测量TOC和电导率。Sievers技术使用专有的透气膜将样品中的CO₂过滤到超纯去离子水中。此过程允许在不受其他组件干扰的情况下进行分析。CO₂转移会产生与IC和TC水平相关的可测量电导率变化，用户可以通过这种变化计算出TOC水平。

Sievers InnovOx TOC分析仪采用创新的超临界水氧化（SCWO）技术，该技术结合了热、压力和化学氧化剂，可处理复杂的样品，包括油脂和其他具有挑战性的物质。

Sievers CheckPoint TOC传感器采用直接电导率测量紫外线氧化前后的样品。

除Sievers CheckPoint TOC传感器外，所有这些方法都遵循将有机化合物氧化为CO2的基本原理，测量所得的CO₂，并通过总碳和无机碳之间的差值计算TOC。这种方法可确保符合USP <643>要求，同时提供准确、无干扰的检测。

Veolia凭借Sievers分析仪器产品系列确立了自己在TOC分析领域的领导者地位。要了解有关在您的运营中实施TOC和电导率测试的更多信息，请观看我们的点播网络研讨会： https://www.watertechnologies.com/lp-ai-online-toc-for-cv-webinar