总有机碳 (TOC) 分析仪有哪些模式（哪一种适合您）？

如果您正在监测水中有机物，或者需要评估总有机碳（TOC）仪器，您会发现不同的监测模式往往以多个首字母缩略词来表示。或许您已经有使用TOC分析仪的经验，所以知道该使用哪种模式，或者以哪种模式生成合规报告（这种情况下很容易做出决定）。但是，如果您的工作不属于这些类别，那么了解模式之间的差异以及该为流程使用哪种模式可能会十分棘手。

 

本文档以简单的术语描述了这些差异。以下是TOC分析仪的各种模式列表及其描述符和用途。虽然TOC分析仪可能具备多种模式以支持不同应用，但大多数仪器并不具备所有模式。

TC：总碳

TC模式可测量样品中所有种类的碳，包括有机碳和无机碳。该模式不涉及对样品进行酸化或吹扫（详见下文“无机碳”部分），因此可按原样测量原始样品。

TC模式最适合下列使用者：

• 不需要区分有机碳和无机碳
• 不想对样品进行预处理
• 只需要趋势信息

TC模式的最佳应用：

• 冷凝水回流

IC：无机碳

IC模式针对的是更具体的化合物，比如碳酸氢盐、碳酸盐和溶解的CO₂。清除无机碳化合物的方法是放气或降低pH值，从而将平衡态转为CO₂。如果不对样品进行吹扫和酸化，无机化合物将保留在溶液中，并计入TC的一部分。这是一种平衡关系，我们将在TOC部分进一步探讨。

IC模式最适合下列使用者：

• 流程监控中需要检测无机化合物，以保护设备和管道
• 需要监测水的缓冲能力
• 具有pH值一致的样品
• 需要防止锅炉结垢（来自碳酸盐沉积物）
• 需要监测膜脱气

IC模式的最佳应用：

• 污水处理厂
• 锅炉给水
• 饮用水

TOC：总有机碳

TOC模式是从样品总碳中去除无机碳，以确定总有机物含量（TC-IC=TOC）。与其他模式相比，TOC在测量ppb和亚ppb水平时更为准确。

TOC模式最适合下列使用者：

• 需要监测和控制排放、清洁或回收等流程
• 必须满足合规性要求
• 需要低水平灵敏度和准确度
• 与TOC相比，IC值较低
• 样品的挥发性有机化合物（VOC）含量较高
• 样品基质在搅拌时会产生泡沫

TOC模式的最佳应用：

• 制药用超纯水（UPW）和清洁验证
• 锅炉给水
• 半导体制造（UPW）
• 饮用水
• 工业工艺用水（食品饮料、石油和天然气、化工等）

NPOC：不可吹扫有机碳

NPOC模式是工业流程监测中最常用、最知名的有机物监测模式。NPOC模式会将样品酸化，从而将无机碳化合物转化为CO₂，然后用CO₂游离空气吹扫样品，以去除无机或可吹扫化合物，之后分析样品中残留的有机碳（不可吹扫有机碳）。如果可吹扫有机碳（POC）含量极少，则TOC和NPOC几乎相等。NPOC在ppm水平范围内更为准确。

NPOC模式最适合下列使用者：

• 需要监视和控制流程
• 样品基质的POC含量较低

NPOC模式的最佳应用包括：

• 排出废水（工业或市政）

POC/VOC：可吹扫有机化合物或挥发性有机化合物

POC/VOC是一种用于测量挥发性或半挥发性有机物的模式。测量VOC的方法有两种：通过减法测量VOC和使用光电离检测（PID）直接测量。使用减法公式VOC = TOC - NPOC可计算出VOC值。而PID则依赖于测量通过吹扫从样品中分离出来的带正电中间碳离子。这些离子被收集在电极上，并测量产生的电流。该模式可用于通过NPOC结果和POC的总和获得TOC值。

POC/VOC模式最适合下列使用者：

• 需要监测VOC以满足控制和安全要求
• 不需要明确样品中可能存在的不同VOC（体积值）

POC/VOC模式的最佳应用：

• 石化废水
• 冷却塔和排污

BOD/COD：生物需氧量/化学需氧量

几十年来，BOD和COD一直是用于确定有机物含量的两个基本参数。BOD决定了降解微生物所需的氧气量，而COD决定了对存在的污染物进行化学氧化所需的氧气量。两种方法均通过测量消耗的氧气量来间接显示有机污染情况——BOD需要几天，COD需要几个小时。除了分析时间较长外，这两种方法都含有可能造成干扰的化合物。氯和盐会干扰BOD，而硫化物、氯化物、亚硝酸盐和亚铁会干扰COD。有些化合物还可以抵抗COD的化学氧化，例如苯。最初，BOD和COD值是在实验室中的工作台上获得的，这种方式存在前面提到的缺点。现在，有几种分析仪可以按特定地点的相关性提供这两个值。TOC分析仪可直接测量和量化样品中存在的碳，并提供转换为BOD和COD浓度的实时数据。

BOD/COD模式最适合下列使用者：

• 有报告BOD/COD浓度的法规要求
• 希望能将分析仪的数据与实验室结果进行比较
• 样品不含干扰BOD/COD测量的化合物

BOD/COD模式的最佳应用：

• 排出废水（工业或市政）

结论

使用TOC分析仪时，不一定要选择默认模式或最常用的模式。哪种模式最适合您监测有机物的需求，取决于您的样品基质、应用，以及您打算将数据用于何种目的。从一开始就选择正确的模式，将使实施过程无缝衔接，并确保此后产生可靠的数据。

 

作者：Sara Speak

Sara Speak是Veolia水务技术与方案的产品应用专家，为化工、石化、食品饮料和市政废水等行业的Sievers分析仪器用户提供支持和应用知识。

Sara与客户合作，提供培训、支持产品安装、优化设备使用，并演示不同测试应用的可行性。在担任现职位之前，她是一名工厂服务技术员，负责Sievers仪器的维修与故障排除。Sara曾任职于食品饮料行业，在MillerCoors和Leprino Foods担任QA实验室技术员。她拥有丹佛大都会州立学院的化学理学学士学位，以及小提琴演奏音乐学士学位。

参考资料：

• Bonnie Panczak、Hannah Alt、Stefanie Van Wychen、Alicia Sowell、Kaitlin Lesco和Lieve ML Laurens。《生物培养液和液体馏分工艺样品中总碳、有机碳和无机碳的测定》。实验室分析程序（LAP），2020年12月31日。国家可再生能源实验室。://www.nrel.gov/docs/fy21osti/78622.pdf 2023年07月24日访问。
• Pressac。《什么是挥发性化合物，为何对其进行监测？》11/18/2021.https://www.pressac.com/insights/what-are-volatile-organic-compounds-vocs-and-why-should-you-be-monitoring-them/ 2023年07月24日访问。
• Ji Won Park、Sang Yeob Kim、Jin Hyung Noh、Young Ho Bae、Jae Woo Lee、Sung Kyu Maeng。 《为满足严格的工业废水法规而从化学需氧量转向总有机碳：有机物特性的利用》。《环境管理学报》第305卷，2022，114412，ISSN 0301-4797.
• https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0301479721024749 2023年07月24日访问。
• 废水博客。《BOD、COD和TOC》。05/10/2020. https://www.thewastewaterblog.com/single-post/2019/01/13/bod-cod-and-toc 2023年07月31日访问。