[发明专利]用于测量水流的总有机含量的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及通过使用电化学氧化和检测方法测量总有机碳(TOC)来确定水样品基质中的有机污染物浓度的领域。

背景技术

水质经常由样品中存在的总有机碳(TOC)来指示。总有机碳(TOC)是量化有机物质的总浓度的一个行之有效的水质参数，所有这些有机物质通常均被视为污染物。在大多数水样品如饮用水、原水、废水、工业过程流体等中，总碳(TC)是样品中存在的总有机碳(TOC)的量和无机碳(IC)的量的总和。

大多数TOC测量技术包括3个步骤：第一，测量无机碳(即，所有溶解二氧化碳形式的碳)的浓度；第二，将样品水中的有机物氧化成CO₂；以及第三，测量从有机物得到的CO₂。然而，一些仪器允许酸化样品并清除CO₂，以使得不测量无机碳(IC)浓度。传统上，水样品中的有机物的氧化是通过UV辐射(存在或不存在化学氧化剂)、燃烧或热处理(具有或不具有催化剂或氧化剂)来实现。UV辐射中所使用的汞气灯会产生有害辐射并且具有短的使用寿命。UV-过硫酸盐氧化会增加有害的化学氧化剂。

使用电化学方法已成为替代用于处理含有溶解的有机化合物的水的传统方法的一种有吸引力的方法。一般而言，可通过电极表面处的直接阳极氧化或间接通过由电致氧化剂介导的氧化过程来电化学地破坏溶解在水中的有机污染物。化合物的氧化电位和电极材料的选择都会影响氧化是通过直接手段还是间接手段。像铂之类的经典电极材料当在电解氧化过程中使用时容易产生若干问题。慢反应速率、低效率和表面失活是可能的。还可能发生阳极极化过程中的腐蚀。铂提供有限的阳极范围，这使得直接有机氧化存在问题。

用于对无机碳(CO₂、H₂CO₃、HCO₃^-和CO₃^2-)和从有机物氧化获得的CO₂进行测量的常规方法包括：电导率测量、红外吸收光度测量法、使CO₂与有色指示剂反应并测量这种颜色的强度，或使CO₂转化为另一物质，随后进行火焰离子化检测。

电导率检测器测量水样品中的CO₂，并且可分成两组：直接电导率和基于膜的电导率。直接电导率法易受水中来自除CO₂之外的其他来源的离子含量的干扰。在基于膜的电导测定法中，可透过CO₂的膜位于样品水室与去离子水接受室之间，从而将CO₂从样品基质中分离出来。膜选择性地仅使CO₂通过，并且充当液体中干扰物质的保护屏障。

基于燃烧氧化和常规测量技术工作的大多数TOC分析仪通常是较大、复杂且昂贵的仪器。许多TOC分析仪是实验室装置。这些装置是非便携式的，或者不适合于“现场使用”，在“现场使用”中，仪器被带至正在测试的水系统并且被用来持续短时间段来测试系统。相反，必须将样品带至分析仪以在受控环境中进行测试。许多TOC分析仪不容易适应“线上”系统，在“线上”系统中将仪器放置在正在测试的水系统中并且可自动测试和监控水样品而无需人工干预。

TOC分析仪还可分为“流过式”或“间歇式”仪器。术语“流过式”用于描述与其中收集和分析样品的“间歇式”相反的其中样品是流动样品流的仪器。在流过式仪器中，当对样品进行分析时，样品可连续流过仪器，并且可返回至样品源或引导至别处以供处理或处置。然而，许多流过式仪器还可具有在其中收集和分析样品的自动采样器，从而允许仪器作为间歇式仪器来工作。

发明内容