用增强湿化学氧化过程实现对TOC分析的可靠和鲁棒氧化

通常理解，样品矩阵具有作为常规的一部分产生分析的障碍总有机碳（TOC）分析。来自样本矩阵的干扰历史上引起了校准曲线稳定性的问题，其中一些经常使用的攻击矩阵需要定期维护以及每周甚至每日重新校准。

SUEZ成功地重新设计了样品流动路径和氧化技术，开发出了一种强大的TOC分析仪，即使在使用最具挑战性的盐水基质时，也能够保持长达6个月或更长时间的校准曲线。

的Sievers InnovOx实验室TOC分析仪利用超临界水氧化(SCWO) -一种新的湿化学氧化技术，利用压力和热量。

反应池内压力的增加大大提高了氧化过程的效率，提高了具有挑战性的基质的回收率。

与传统的燃烧技术不同，这种方法完全消除了样品流动路径上的每一个副产物。本文提供的数据将证明苏伊士公司的Sievers InnovOx TOC分析仪的长期稳定性和校准稳健性。

超临界是什么意思?

最初明白，只有三个阶段的物质：固体，液体和气体。然而，随着时间的推移，持续的科学研究确定了15个不同的物质阶段，“超临界”阶段在这里最相关。

化合物改变阶段的点被称为“过渡点”。在探索超临界水之前，首先概述水的各个阶段非常重要。

在室温下置于开放容器中的液态水，然后将其冷却至低于0℃的温度，将从液相转变为固相。

当同一开瓶容器中的液态水温度升高到100℃以上时，水就会沸腾，促使其从液相向气相转变。

当在环境条件下恒定保持大气压时，这种行为是正常的。在相同的重量或质量，液态水和固体水将在大气压下占据大致相同的体积。

然而，当处于大气压时，气态水的等同重量占据大约1,600倍的体积。

气密盖放置在容器和温度增加到130°C会看到液态水过渡进入气相,但因为扩张所需的体积有限,压力密封容器的顶部空间将开始增加越来越多的气体形成。

图1显示了水的相图，突出显示头部压力的增加会增加液体水完全过渡到气相的温度。

因此，液态水可以在不沸腾的情况下加热到更高的温度。在这个例子中，容器内的压力几乎是大气压的两倍。这类似于在一个普通的压力锅中发现的环境。

图1还证实，随着液体水温继续增加，保持水在液相中所需的相应压力也更大。

到了某一点，就不可能再增加压力来维持液相了。当温度和压力超过374°C和218 atm (3200 psi)时，水的气、液相将结合形成另一种物质——超临界水(SCW)。

图1所示。水的相图。图片来源:SUEZ Water Technologies & Solutions

水在超临界状态下表现出液体和气体的特性和优点。SCW的密度更接近于液体，但仍能像气体一样扩散。

当浸没在SCW中时，有机物质和气体都是高度可溶的，而无机盐则是不溶的。这些条件非常适合于超临界水氧化(SCWO)反应(图2)。

超临界水氧化（SCWO）

有机+ S₂O₈^－2+热+压力→CO₂+ H₂o + SO₄^－2

图2。超临界水氧化

什么是SCWO，这对TOC分析有什么帮助?

许多技术可以作为TOC测量为了在样品中氧化有机碳，因此形成二氧化碳（CO₂)．

而股份有限公司₂有效TOC分析的主要障碍是如何确保有机碳的有效氧化。

Sievers InnovOx TOC分析仪采用湿式化学氧化技术来帮助缓解这一问题。这种方法使用供氧试剂来播种溶液，Sievers InnovOx使用重量/体积为30%的过硫酸钠溶液作为氧化剂。

然后样品和氧化剂在密封的反应器中加热超过临界点，达到超临界氧化。

图3。Sievers InnovOx在线，实验室TOC分析仪和自动采样器。图片来源:SUEZ Water Technologies & Solutions

在20世纪70年代进行的研究表明，SCWO方法提供了一系列特性，使其适用于取决于有效的样品氧化的分析技术。

一系列研究证实，该过程可以在10至30秒之间达到99％以上的氧化效率。

虽然该技术显示了相当大的承诺，但在适合商业用途之前必须克服许多障碍。涉及到达到创建超临界水 - 218atm（3200psi）和374°C所需的压力和温度。

仪器还必须能够容纳强大的SCWO行为以及任何破坏性样品副产品，例如无机盐和酸。

苏伊士的Sievers产品线代表了第一个基于scwo的TOC分析仪的成功构建，适用于水溶液样品的商业应用。

通过标准化的湿化学氧化技术和SCWO的强大结合，TOC分析能够达到新的性能标准，这是其他同类技术无法匹敌的。

仪表

的Sievers InnovOx实验室TOC分析仪（图3）通过简单的三个步骤操作操作：

1. 样品处理和试剂混合
2. 超临界水氧化反应
3. 非分散红外线（NDIR）检测

下面将以非净化有机碳(NPOC)分析为例讨论这些步骤。

样品处理和试剂混合

许多功能是通过样品处理模块自动化的。这包括样品从小瓶运送到混合室和稀释能力，如果需要，酸添加，氧化剂添加或混合物运送到反应模块。

超临界水氧化反应

随着温度施加温度，渗透钠在氧化有机碳方面变得越来越有效。直到最近，湿化学氧化室在约100℃下操作，取决于使用中的热源。

热辅助不能超过这一点，因为有限的技术可以有效地适应由封闭容器加热引起的压力增加。

Sievers InnovOx利用了一个氧化室，能够轻松承受这些过度的压力。

图4。sivers InnovOx反应堆管。图片来源:SUEZ Water Technologies & Solutions

样品和氧化剂在加热到375°C之前被送到反应模块。这最大限度地增加了湿式化学氧化物反应，从而使水达到超临界状态。

这些增强的反应条件导致了完全氧化的可信度的提高，而不管样品基质或杂质的干扰(图4)。

NDIR检测

一旦它被完全氧化，样品将被转移到气/液分离器。然后将分离出来的二氧化碳输送到校准的非色散红外(NDIR)探测器，以便进行定量(图5)。

Sievers Innovox中使用的NDIR探测器能够提供动态线性范围从0.05ppm至50,000ppm。在本仪器中共有五个范围：高达100ppm，高达1000ppm，高达5,000 ppm，高达20,000 ppm，高达50,000 ppm。

图5。Sievers InnovOx屏幕上的峰值。图片来源:SUEZ Water Technologies & Solutions

校准 - 样品制备

使用多达1,000ppm的校准范围进行了一项研究，以便有效地证明SCWO的有效性。KHP标准以1,000ppm的总碳浓度产生，使用四个点完成校准。

每个点都进行了9次重复分析。在从其余结果中取平均值之前，前三个分析被丢弃(图6)。

图6。校准曲线图表。图片来源:SUEZ Water Technologies & Solutions

结果

校准曲线的验证使用了5ppm的原液，共连续运行157次。平均结果为5.03 ppm，标准偏差为0.15,RSD为3.04%(图7)。总的来说，该测试代表了大约13小时的连续分析。

图7。重复性的研究结果。图片来源:SUEZ Water Technologies & Solutions

结论

通过湿化学氧化可以利用水的基本超临界特性，以允许比传统的燃烧技术更坚固可靠的氧化。

375°C和218atm（3200psi）的组合使得该方法能够实现有机碳对二氧化碳的超高效转化。

通过有效地管理净化反应副产物和基质杂质之间的每一个单独的分析Innovox.提供从未见过的，长期的系统完整性。

每次分析都以干净的样品路径开始，确保准确的数据，稳健的校准和增加必要的例行系统维护之间的时间。

这里显示的数据自信地证明了增强湿式化学氧化的优势，以及该方法在过去被认为非常具有挑战性甚至是不可能的样品基质上执行有效TOC分析的能力。

这些信息来源于苏伊士水务技术与解决方案公司提供的材料。亚博网站下载

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