كيف يعمل محلل TOC

يتم استخدام محللات TOC لقياس تلوث الكربون العضوي في الماء. TOC هو اختبار جودة المياه الشائع المستخدم في مجموعة واسعة من الصناعات. يمكن أن يكون الكربون في الماء عضويًا (مثل النباتات ، والمواد المتحللة ، والبلاستيك ، وما إلى ذلك) أو غير عضوية (مثل الكربونات ، ثاني أكسيد الكربون ، السيانيد ، إلخ). يساعد قياس TOC (الكربون العضوي الكلي) في الماء على تقييم جودة المياه ، وخاصة الملوثات العضوية في الماء. انضم إلينا لمعرفة ماهية TOC ، وأنواع من محلل الكربون العضوي الكلي ، وخطوات لاستخدامها ، وأكثر من ذلك.

ما هو TOC؟

إجمالي الكربون العضوي (TOC) هو مقياس لكمية الكربون الإجمالية في المركبات العضوية في أنظمة المياه والمياه النقية. TOC هي تقنية تحليلية قيمة تستخدمها المنظمات والمختبرات لتحديد مدى ملاءمة الحلول لعملياتها. التلوث العضوي يقلل من قدرة التبادل الأيوني ويسبب نموًا بيولوجيًا غير مرغوب فيه ، مما يجعل المياه المعالجة غير آمنة. ما لم يكن الماء فائقًا ، فإنه سيحتوي بشكل طبيعي على بعض المركبات العضوية. تصبح TOC مؤشرًا مهمًا على إجمالي كمية المواد العضوية في الماء. على الرغم من عدم وجود علاقة مباشرة بين TOC وتركيز المركبات العضوية المحددة ، إلا أنه لا يزال مؤشرا جيدا لمستوى التلوث العضوي في الماء ، وبالتالي فهو أداة فعالة بسيطة لقياسها.

أنواع محللات TOC

يعمل محللون TOC عن طريق تحويل الكربون العضوي في عينة ماء إلى ثاني أكسيد الكربون من خلال تفاعل الأكسدة ، والذي يتم قياسه بدقة باستخدام كاشف الأشعة تحت الحمراء غير المشتتة (NDIR). اعتمادًا على طريقة الأكسدة ، يمكن تقسيم تحليلات TOC إلى نوعين رئيسيين:

أكسدة الاحتراق الحفاز ارتفاع درجة الحرارة: هذه الطريقة تؤكسد تمامًا الكربون العضوي في الماء إلى ثاني أكسيد الكربون عن طريق تسخين عينة الماء إلى درجة حرارة عالية ، عادة ما بين 680 درجة مئوية و 950 درجة مئوية ، في وجود محفز مثل البلاتين أو البلاديوم. ثم يتم قياس ثاني أكسيد الكربون الناتج بواسطة كاشف NDIR. هذه الطريقة مناسبة لمعظم عينات المياه ، وخاصة تلك المعقدة أو تحتوي على المواد العضوية التي يصعب مؤكسدها.

أكسدة UV-persulfate: في هذه الطريقة ، تتفاعل عينة الماء مع الكبريتات والأكسدة تحت ضوء الأشعة فوق البنفسجية ، ويتم التقاط ثاني أكسيد الكربون الناتج بواسطة كاشف NDIR. هذه الطريقة مناسبة بشكل خاص لقياسات TOC منخفضة التركيز ، وخاصة في عينات المياه التي لا تحتوي على الكثير من المواد المتداخلة.

مبدأ محلل الكربون العضوي الكلي

يعتمد مبدأ محلل الكربون العضوي الكلي (TOC) على أكسدة الكربون العضوي في عينة إلى ثاني أكسيد الكربون (CO₂) ، تليها اكتشاف CO₂ لقياس كمية الكربون العضوي الموجود. إليك تفاصيل خطوة بخطوة للمبدأ:

أكسدة الكربون العضوي:

يتأكسد الكربون العضوي في عينة الماء إلى ثاني أكسيد الكربون (CO₂).

يمكن تحقيق الأكسدة من خلال طريقتين أساسيتين:

احتراق الحفاز عالية الحرارة: يتم تسخين العينة إلى درجات حرارة عالية جدًا (عادةً 680 درجة مئوية إلى 950 درجة مئوية) في وجود محفز (مثل البلاتين أو البلاديوم). هذا يتسبب في انهيار الكربون العضوي إلى CO₂.

أكسدة الأشعة فوق البنفسجية/persulfate: يتم التعامل مع العينة مع الكبريتات وتعرض لضوء الأشعة فوق البنفسجية (UV) ، والتي تؤكسد الكربون العضوي في CO₂.

قياس CO₂:

بعد الأكسدة ، يتم قياس CO₂ المولدة باستخدام كاشف الأشعة تحت الحمراء غير المشتتة (NDIR).

يقيس كاشف NDIR امتصاص الأشعة تحت الحمراء من CO₂ في العينة. نظرًا لأن CO₂ يمتص الضوء بالأشعة تحت الحمراء عند طول موجي معين ، فإن كمية الضوء الممتصة ترتبط مباشرة بتركيز CO₂ ، وبالتالي إلى تركيز الكربون العضوي.

حساب TOC:

يتم استخدام كمية CO₂ المكتشفة لحساب إجمالي الكربون العضوي في العينة. نظرًا لأن كمية CO₂ التي تم إنشاؤها تتناسب بشكل مباشر مع كمية الكربون العضوي في العينة ، يتم تحديد قيمة TOC بناءً على تركيز CO₂.

النقاط الرئيسية:

لا يقيس محلل TOC مباشرة الكربون العضوي ، ولكن بدلاً من ذلك يقيس CO₂ الناتج عن عملية الأكسدة.

عادة ما يتم التعبير عن النتيجة على أنها كمية الكربون العضوي بالملليغرام لكل لتر (ملغ/لتر) أو أجزاء لكل مليون (جزء في المليون).

يتيح هذا المبدأ تحليلات TOC لتوفير قياس سريع وفعال ودقيق للكربون العضوي في الماء ، والمساعدة في مراقبة جودة المياه ، واكتشاف التلوث ، وضمان الامتثال البيئي.

الخطوات الرئيسية في إجمالي محلل الكربون العضوي

يمكن تقسيم تحليل TOC إلى أربع خطوات رئيسية: مقدمة العينة ، الأكسدة ، الكشف والعرض. يمكن تحقيق كل خطوة بعدة طرق ؛ هذا يعتمد في النهاية على محلل TOC المستخدم.

مقدمة عينة

يمكن تقديم العينات للتحليل في تمريرة واحدة عبر نظام ماصة بسيط ، أو دفعة محملة بعينات متعددة للتحليل باستخدام Autosampler. في حالة تحليلات TOC عبر الإنترنت ، يتم توصيلها مباشرة بنظام ضخ يجمع عينات تلقائيًا للتحليل في الوقت الفعلي.

أكسدة

هناك العديد من الطرق القياسية لقياس TOC ، بما في ذلك أكسدة الكبريت الكيميائية الرطب والاحتراق الحفاز ارتفاع درجة الحرارة. الطرق الكيميائية الرطبة تحويل الكربون العضوي إلى ثاني أكسيد الكربون (CO₂) من خلال الكواشف والحرارة أو ضوء الأشعة فوق البنفسجية. طرق الاحتراق ، من ناحية أخرى ، تسخين العينة مع محفز مؤكسد للتحويل إلى CO₂. تشمل الطرق الشائعة الاستخدام persulfate الساخنة ، والأشعة فوق البنفسجية ، والاحتراق المحفز درجة الحرارة العالية.

Detection

يكتشف تحليل TOC عادةً CO₂ عن طريق كاشف الأشعة تحت الحمراء غير المنتشرة في الحالة الصلبة (NDIR) ، والذي يحدد محتوى الكربون العضوي للعينة عن طريق قياس كمية ضوء الأشعة تحت الحمراء التي يمتصها العينة عند طول موجة محددة (على سبيل المثال ، تمتص CO₂ الضوء بالأشعة تحت الحمراء عند 4.26 ميكرولتر).

عرض

عادةً ما يتم تقديم النتائج من خلال واجهة شاشة أو كمبيوتر ، ويتم تجهيز محللات TOC الحديثة بشاشة تعمل باللمس أو يتم التحكم فيها بواسطة جهاز كمبيوتر خارجي لسهولة التشغيل وعرض البيانات.

اعتبارات لاختيار تقنية الأكسدة

يعتمد اختيار تقنية الأكسدة المناسبة على خصائص العينة واحتياجات تحليل TOC. تقنية الاحتراق مناسبة للعينات ذات المواد المعلقة (على سبيل المثال ، الأحماض الدبالية ، البكتيريا ، بقايا النبات ، أو مواد الوزن الجزيئي العالية) أو تركيزات الكربون العضوية أكبر من 1 جزء في المليون. يعمل بشكل أفضل في عينات التركيز العالية ولكنه أقل كفاءة في العينات التي تقل عن 1 جزء في المليون C وينتج خلفية أعلى في النظام بسبب تشغيل درجة الحرارة العالية التي يمكن أن تؤدي إلى تأثيرات ذاكرة الكربون المحفز.

بالنسبة لعينات التركيز المنخفضة ، تكون تقنيات الأكسدة الكيميائية الرطب مثل الكبريتات الساخنة والأشعة فوق البنفسجية أكثر فعالية بشكل عام. يتم تنفيذ هذه التقنيات في درجات حرارة أقل (95-100 درجة مئوية) ، لذلك يمكن معالجة المزيد من العينات بدقة وموثوقية أكبر. تعتبر تقنية persulfate الساخنة هي الأكثر موثوقية لأنها تنقل الحرارة إلى الكاشف من خلال الحمل الحراري. من ناحية أخرى ، تستخدم تقنية Persulfate للأشعة فوق البنفسجية ضوء الأشعة فوق البنفسجية لتفعيل الكاشف ، وقد تقلل العينات العكرية من شدة ضوء الأشعة فوق البنفسجية ، والتي يمكن أن تؤثر على الأكسدة.

خاتمة

يعد إجمالي الكربون العضوي (TOC) مؤشرًا مهمًا لمراقبة جودة المياه المتعلقة بالامتثال التنظيمي ، ومعالجة مياه الشرب ، وإدارة مياه الصرف الصحي ، وتطبيقات معالجة المياه الأخرى. يعد قياس TOC بدقة أمرًا بالغ الأهمية لضمان جودة المياه الآمنة وتحسين الكفاءة التشغيلية. مع مجموعة متنوعة من محللات TOC والتقنيات المتاحة في السوق ، من المهم اختيار الحل الذي يناسب احتياجاتك.