李海英

摘 要：水體質(zhì)量的總有機(jī)碳指標(biāo)監(jiān)測(cè)越來(lái)越引發(fā)人們關(guān)注。在線TOC分析儀憑借自身的分析精度與性能，可在諸多領(lǐng)域有效實(shí)施總有機(jī)碳的連續(xù)監(jiān)測(cè)。本文將以Sievers*500RL聯(lián)機(jī)總有機(jī)碳分析儀為例，首先概述該儀器的構(gòu)成與特點(diǎn)，并對(duì)其在線分析監(jiān)測(cè)原理進(jìn)行闡述，同時(shí)就監(jiān)測(cè)過(guò)程出現(xiàn)異常的處理措施進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：在線TOC分析儀 Sievers*500RL 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

如今，人們對(duì)工業(yè)和生活用水的質(zhì)量要求越來(lái)越高，不同水體中的有機(jī)物監(jiān)測(cè)引發(fā)人們的廣泛重視。特別是在生化制藥、微電子以及電力等行業(yè)領(lǐng)域中，高純度用水要求使得人們加強(qiáng)了對(duì)各類(lèi)有機(jī)物的積極監(jiān)測(cè)與分析。碳是由無(wú)機(jī)碳和有機(jī)碳組成，是構(gòu)成有機(jī)物的骨架元素，也是生物體最基本的元素。水中所含有機(jī)碳含量越高，表明水的微生物濃度就越大，水的純度就越低。水體中各類(lèi)懸浮或溶解類(lèi)有機(jī)物的含碳總量稱(chēng)之為總有機(jī)碳，簡(jiǎn)稱(chēng)TOC，作為一項(xiàng)快速檢定綜合指標(biāo)，TOC將以含碳量表示水中有機(jī)物的總含量。當(dāng)前市面上存在很多在線TOC分析儀器，其中尤以美國(guó)GE集團(tuán)的分析儀器公司開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的儀器為代表，Sievers總有機(jī)碳分析儀可提供優(yōu)異的分析精度與性能，可為不同用戶(hù)的特定用途需求提供更加專(zhuān)業(yè)的服務(wù)，展現(xiàn)出良好的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析能力，具有典型的過(guò)程監(jiān)控功能。本文將重點(diǎn)以Sievers*500RL聯(lián)機(jī)總有機(jī)碳分析儀為代表，探討其在線分析TOC工作的監(jiān)測(cè)原理與過(guò)程監(jiān)控技術(shù)要點(diǎn)。

1 Sievers*500RL聯(lián)機(jī)總有機(jī)碳分析儀概述

1.1 儀器構(gòu)成及工作路徑

Sievers*500RL聯(lián)機(jī)總有機(jī)碳分析儀在接收待測(cè)水樣后，首先經(jīng)過(guò)在線式過(guò)濾器，進(jìn)行初期檢測(cè)過(guò)濾水體，內(nèi)含流速傳感器以根據(jù)過(guò)濾速率實(shí)施智能化控制進(jìn)水流速。分析儀配置了全新的超級(jí)進(jìn)樣IOS系統(tǒng)，內(nèi)部設(shè)置有樣品組合盒裝置，自動(dòng)完成主機(jī)傳輸，自動(dòng)完成驗(yàn)證、校正、適用適配等工作，主動(dòng)排出部分廢水。下一路徑將直接按兩個(gè)機(jī)制展開(kāi)，待測(cè)水樣需要經(jīng)過(guò)氧化處理的則進(jìn)入氧化反應(yīng)器，并經(jīng)測(cè)量模塊中的適度轉(zhuǎn)換，將水樣中的有機(jī)化合物經(jīng)溫度電導(dǎo)率測(cè)定單元操作及電磁閥的控制后，經(jīng)由去離子水泵與離子交換樹(shù)脂的聯(lián)合作用，經(jīng)過(guò)二氧化碳輸送模塊可測(cè)得有關(guān)碳元素濃度。另一機(jī)制下，待測(cè)水樣不需要進(jìn)行氧化處理的則直接通過(guò)樣品電導(dǎo)率測(cè)定單位，經(jīng)延遲線圈到達(dá)測(cè)量模塊中，同上所述，經(jīng)測(cè)量模塊中的適度轉(zhuǎn)換，將水樣中的有機(jī)化合物經(jīng)溫度電導(dǎo)率測(cè)定單元操作及電磁閥的控制后，經(jīng)由去離子水泵與離子交換樹(shù)脂的聯(lián)合作用，經(jīng)過(guò)二氧化碳輸送模塊可測(cè)得有關(guān)碳元素濃度。測(cè)量單元中設(shè)定有循環(huán)泵裝置，可在不同水體之間進(jìn)行必要的，具有可在儀器的總有機(jī)碳分析結(jié)束后，檢測(cè)水樣可經(jīng)樣品泵的抽離作用排出儀器。

1.2 儀器的主要優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)

（1）儀器量身定做中文版，所有硬件、軟件以及技術(shù)資料、文檔手冊(cè)等均支持中文，可有效指導(dǎo)完成儀器安裝、應(yīng)用與維護(hù)。

（2）Sievers 薄膜電導(dǎo)率測(cè)量設(shè)計(jì)屬技術(shù)專(zhuān)利，可放大選擇性膜電導(dǎo)效應(yīng)，有效降低測(cè)量TOC中的錯(cuò)誤讀數(shù)，提高精確重現(xiàn)性。

（3）技術(shù)應(yīng)用上完全匹配和滿足醫(yī)藥、微電子、電力等典型行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，集成諸多系統(tǒng)性驗(yàn)證及校正程序，可對(duì)不同行業(yè)需求完成各類(lèi)驗(yàn)證。

（4）一機(jī)兩用，可同步測(cè)定純水電導(dǎo)和 TOC，且能夠直接完成軟件與硬件的實(shí)時(shí)在線配置與升級(jí)，方便不同客戶(hù)的配置應(yīng)用需求，有效節(jié)省投資。

（5）儀器具有強(qiáng)大數(shù)據(jù)安全性，提供分析儀的整體數(shù)據(jù)保護(hù)功能，特別是對(duì)輸出文件資料進(jìn)行加密處理，把加密系統(tǒng)協(xié)議結(jié)果輸出到 USB 閃存或者串行端口，且只能在 Sievers DataShare* 500 的程序中打開(kāi)，以特定加密方式處理后文件不能隨意修改。

2 Sievers*500RL聯(lián)機(jī)總有機(jī)碳分析儀監(jiān)測(cè)原理

Sievers*500RL聯(lián)機(jī)總有機(jī)碳分析儀在中國(guó)地區(qū)的發(fā)行應(yīng)用，完全基于解讀美國(guó)以及中國(guó)地區(qū)的藥典法規(guī)要求，能夠在生產(chǎn)和檢測(cè)制藥工業(yè)回用水等方面實(shí)時(shí)放行檢測(cè)和過(guò)程控制，亦用于在線清潔驗(yàn)證。

TOC分析儀的監(jiān)測(cè)原理是將水樣中的有機(jī)化合物經(jīng)紫外線輻射氧化成二氧化碳，然后測(cè)定水樣中的無(wú)機(jī)碳濃度，再測(cè)量水樣中總碳含量，根據(jù)總碳與無(wú)機(jī)碳的濃度之差即可計(jì)算出有機(jī)碳濃度（TOC濃度）。TOC分析儀最主要的檢測(cè)項(xiàng)目是水樣中的TOC濃度和電導(dǎo)率。TOC分析儀的在線檢測(cè)，可以直觀地、快速地對(duì)水質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)定、及時(shí)顯示結(jié)果，有效地避免離線檢測(cè)可能帶來(lái)的諸多問(wèn)題，如采樣過(guò)程、采樣容器、采樣環(huán)境等因素影響，從而使檢測(cè)數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確、更真實(shí)、更合理。

3 分析儀監(jiān)測(cè)電導(dǎo)率過(guò)程中的影響因素

電導(dǎo)率是表征物體導(dǎo)電能力的物理量?？諝庵械亩趸嫉葰怏w溶于水并與水相互作用后，可生成相應(yīng)的離子，而游離在水中的其它雜質(zhì)如金屬和非金屬也會(huì)貢獻(xiàn)金屬離子和非金屬離子，這些離子都會(huì)推高水的電導(dǎo)率。因此，水的純度與水的電導(dǎo)率密切相關(guān)，純度越高，其電導(dǎo)率越小，反之亦然。一般情況下，水樣中的TOC濃度隨著水溫和電導(dǎo)率的變化而變化，電導(dǎo)率越高，TOC濃度也隨之升高。貯罐管道系統(tǒng)沖洗干凈后，制備注射用水循環(huán)，開(kāi)啟在線TOC分析儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析儀的第一個(gè)監(jiān)測(cè)結(jié)果是最接近、最能代表蒸餾水機(jī)產(chǎn)水的實(shí)際質(zhì)量。在過(guò)程監(jiān)控中，若發(fā)現(xiàn)儀器上所提示的監(jiān)測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)偏高時(shí)，應(yīng)考慮直測(cè)蒸餾水機(jī)出口水樣即未進(jìn)入貯罐之前的注射用水。

影響注射用水TOC和電導(dǎo)率的主要原因除了制水設(shè)備的性能和貯罐管道系統(tǒng)的材質(zhì)之外，還包括以下幾個(gè)因素：（1）水溫。在分析儀流量保持不變的前提下，貯罐管道系統(tǒng)運(yùn)行水壓越高，水樣通過(guò)分析儀的流速就越快，水溫就越高。而水溫越高，游離在水里的各種離子運(yùn)動(dòng)速度就越快，于是就推高電導(dǎo)率。（2）循環(huán)運(yùn)行時(shí)間。水循環(huán)運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng)，貯罐管道系統(tǒng)里的各種離子被沖刷出來(lái)的量就越多，從而其貢獻(xiàn)的電導(dǎo)率就越高。（3）高溫滅菌。在基本相同的水溫和循環(huán)運(yùn)行時(shí)間條件下，滅菌當(dāng)天注射用水的電導(dǎo)率比滅菌前幾天或者滅菌后幾天的電導(dǎo)率偏高。相同的溶質(zhì)和溶劑，溫度越高，溶解度越大。貯罐管道系統(tǒng)經(jīng)過(guò)高溫高壓長(zhǎng)時(shí)間滅菌（121度、30分鐘），會(huì)有一定數(shù)量的金屬離子析出，溫度越高，壓力越大，金屬離子析出的數(shù)量就越多，如果循環(huán)沖洗不充分、不徹底、不干凈，殘留在貯罐管道系統(tǒng)里的離子就會(huì)推高電導(dǎo)率。有甚者認(rèn)為，用純蒸汽高溫滅菌后，整個(gè)貯罐管道會(huì)很干凈，沒(méi)有意識(shí)到金屬貯罐管道在高溫滅菌的同時(shí)會(huì)有金屬離子析出，于是存在貯罐管道滅菌后忽略沖洗或者隨意沖洗的現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)引起足夠的重視。（4）貯罐水位。在基本相同溫度和循環(huán)運(yùn)行時(shí)間情況下，貯罐管道系統(tǒng)被沖刷的金屬離子數(shù)量基本相等，但是貯罐水位越低，水的總體積就越小，游離在水里的金屬離子濃度就越大，電導(dǎo)率也就越高。

4 在線TOC分析儀的過(guò)程監(jiān)控異常處理措施

在生產(chǎn)監(jiān)控過(guò)程中，當(dāng)在線TOC分析儀的監(jiān)測(cè)結(jié)果TOC數(shù)值或者電導(dǎo)率數(shù)值偏高時(shí)，操作人員和監(jiān)控人員應(yīng)密切關(guān)注監(jiān)測(cè)結(jié)果的變化。當(dāng)測(cè)量結(jié)果逼近警戒線時(shí)，在及時(shí)上報(bào)主管領(lǐng)導(dǎo)的同時(shí)注重通過(guò)技術(shù)手段來(lái)加強(qiáng)分析和查找原因，商討對(duì)策，盡快擬訂和采取補(bǔ)救措施，有效地將TOC濃度和電導(dǎo)率控制在規(guī)定范圍之內(nèi)，確保貯罐管道系統(tǒng)里面注射用水的質(zhì)量不受影響，以下有兩種措施可供參考：

（1）降低進(jìn)樣水溫。具體操作是調(diào)小循環(huán)泵出水閥門(mén)流量，降低循環(huán)系統(tǒng)水壓，減小流速，從而降低水樣溫度，水溫降低，其電導(dǎo)率也隨之降低。不過(guò)此措施只能治標(biāo)不治本，表面上看水的電導(dǎo)率降低了，但是水的質(zhì)量并沒(méi)有改變，也就是水的純度沒(méi)有改善。

（2）置換系統(tǒng)舊有水體。這種方法是唯一可行的、合理的補(bǔ)救措施。那就是先將貯罐管道系統(tǒng)里的舊水排掉一部分，再制備新鮮水補(bǔ)充，不斷稀釋貯罐管道里電導(dǎo)率偏高的舊水。這樣既能控制電導(dǎo)率數(shù)值處于合格范圍之內(nèi)，又能保證水的質(zhì)量，進(jìn)而確保生產(chǎn)不受影響。

結(jié)束語(yǔ)

隨著技術(shù)的發(fā)展，以Sievers*500RL聯(lián)機(jī)總有機(jī)碳分析儀為代表的在線TOC分析儀的功能與性能將大大提升，在監(jiān)測(cè)原理保持不變或適度改進(jìn)的情況下，能夠保持更高精度加強(qiáng)水體的有機(jī)物監(jiān)測(cè)，從而提升純水使用效率。

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