آنالیزور TOC چیست؟

مقدمه

استفاده از آب در بخش های صنعتی و غیر صنعتی و همچنین مجتمع های مسکونی سبب میشود تا آب با مواد آلی و غیر آلی مختلفی به مرور آلوده شود.
یکی از آلاینده های بسیار مضر که در بیشتر در منابع آبی و فاضلاب ها وجود دارد، کربن آلی یا TOC میباشد که این آلاینده خطرناک به صورت محلول و معلق میباشد.
TOC مخفف واژه انگلیسی Total Organic Carbon میباشد و به طور کلی به مجموعی از کربن های آلی موجود در آب های فاضلابی و منابع آبی گفته میشود.

شاخص سنجش کیفیت آب

یکی از شاخص های مهم در میزان و سنجش کیفیت آب و فاضلاب TOC یا کل کربنات میباشد که به شیوه های مختلف اندازه گیری میشود.
به دلیل وجود انواع مواد آلی مختلف در آب، نمیتوان هر کدام از این مواد را به صورت جداگانه بدون روش های تحلیلی و در مدت زمان معین، تعیین کرد.
کل کربنات به دلیل اینکه بیشتر در روش تصفیه آب موثر است زیرا میزان کربن آلی موجود در آب و پساب را میسنجد و در آزمایشگاه ها قبل از تصفیه این فاکتور اندازه گیری میشود.
آنالیزور یا به فارسی تجزیه کننده کل کربنات میزان کل مواد کربن آلی در یک نمونه مایع یا آب را اندازه گیری میکند.
TOC به دلیل تاثیرات که بر روی سلامتی دارد؛ بدون در نظر گرفتن آسیب های زیست محیطی و پیامد های تولید دارویی؛
لازم است بدانید که تمامی آنالیزور های کربن آلی، صرفا کربن آلی را اندازه میگیرند اما یک آنالیزور TOC نیاز به محاسبه کربن معدنی دارد که همیشه وجود دارد.

روش کار کرد آنالیزور TOC

آنالیزور های قابل حمل TOC از تکنیک اساسی، اضافه کردن اسید به نمونه مایع برای حذف کربن معدنی یا IC استفاده میکند؛
در این قسمت IC یا کربن معدنی تبدیل به گاز دی اکسید کربن میشود و توسط یک گاز حامل از مایع جدا شده
و در آنجا نمونه بدون کربن غیر آلی اکسید میشود. دی اکسید کربن تولید شده از طریق فرایند اکسیداسیون مستقیم با کل کربن آلی ارتباط پیدا میکند.
از جمله پارامتر های مهم برای تعیین میزان کربن آلی یا TOC محدوده اندازه گیری میباشد.

از جمله مواد مهم در تحلیل کل کربنات آلی میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

۱- میزان جریان گاز حامل
۲- متوسط زمان تجزیه
۳- دمای فرایند برای تجزیه و تحلیل کل کربنات.
لازم به ذکر است به طور کلی کربن های موجود در آب به دو گروه کلی معدنی و آلی تقسیم میشود که در فرایند تصویه کردن سعی میشود حدالامکان میزان و نوع آلی این کربن ها را تا حد استاندارد کاهش دهیم.

تاثیر آنالیزور TOC بر روی آب

هر یک از آلاینده های موجود در آب میتوانند تاثیرات زیادی علاوه بر این که روی بو و آب و طعم آن دهند،
مشکلات جانبی دیگری را نیز میتوانند در پی داشته باشند.
افزایش بیش از اندازه استاندارد کربن آلی محلول و معلق در آب به مرور باعث میشود اکسیژن موجود در آب کاهش پیدا کند
و این کاهش اکسیژن باعث از بین رفتن و آسیب به اکوسیستم آبزیان و میکروارگانیسم های هوازی شود
و در روند تصفیه از نوع بیولوژیکی چالش های زیادی را فراهم کند .
همانطور که میدانید میزان BOD موجود در بیولوژی آب به شدت بر تصفیه بیولوژیکی تاثیر دارد و ارتباط مستقیم با میزان کربن آلی در آب دارد.
بنابر این با افزایش میزان TOC در آب میزان BOD یا اکسیژن خواهی نیز در آب زیاد میشود
و به همین دلیل لازم است که میزان کربن آلی در آب کاسته شود تا منجر به کاهش BOD شود.

 

روش اندازه گیری آنالیزور کل کربن آلی

روش های اندازه گیری متنوعی برای کل کربن آلی در آب وجود دارد و شیوه های مختلف در آزمایشگاه ها روند سنجش این شاخص مهم انجام میشود.
TOC به طور کلی با اکسیداسیون ترکیبات آلی موجود اندازه‌گیری می‌شود. براساس ماهیت و غلظت TOC در حال اندازه گیری و الزامات تحلیلی (به عنوان مثال سرعت و حساسیت) انواع روش‌های گوناگون اکسیداسیون استفاده می‌شود.
به طور کلی روند انجام بدین صورت میباشد که ابتدا کربن معدنی یا IC را به طور کلی از آب حذف میشود
و در نهایت مقدار کربن آلی قابل اندازه گیری میشو‌د.
برای محاسبه مقدار کربن آلی میتوان از روش های مختلف بهره برد.

به چند روش متداول آن در ادامه میپردازیم.

روش های مختلف محاسبه مقدار کربن آلی

1- احتراق در دمای بالا در 1200 درجه سانتی‌گراد در جو غنی از اکسیژن.
CO2 تولیدی برای از بین بردن تداخل از طریق لوله‌های اسکرابر عبور داده می‌شود و با جذب مادون قرمز غیر پراکنده (NDIR) اندازه‌گیری می شود.
2- اکسیداسیون کاتالیزوری در دمای بالا در دمای 680 درجه سانتی‌گراد در یک محیط غنی از اکسیژن در داخل لوله‌های پر از کاتالیزور پلاتین و به دنبال آن NDIR.
3- اکسیداسیون حرارتی- شیمیایی با حرارت و اکسید کننده شیمیایی، معمولاً پرسولفات.

4- اکسیداسیون شیمیایی با اشعه ماوراء بنفش و یک اکسید کننده شیمیایی، معمولاً یک پرسولفات.
5- اکسیداسیون توسط نور ماوراء بنفش (UV) به تنهایی یا با کاتالیزور.
روش اکسیداسیون ماوراء بنفش معتبرترین و کمترین روش نگهداری را برای تعیین TOC در آب های فوق خالص ارائه می‌دهد.
۲-اندازه گیری با اشعه UV؛ با تابش اشعه یو وی فرایند اکسایش انجام میشود و میتوان با این روش کربن آلی را اندازه گرفت.
6- اندازه گیری SAC
7- دتکتور شناسایی NDIR
8- دتکتور شناسایی هدايت سنجي
9- روش های اکسایش پیشرفته

روش های احتراق (1 و 2) عمدتا برای غلظت های بالاتر TOC یا جایی که سطوح بالای ذرات وجود دارد استفاده می‌شود.

اکسیداسیون پرسولفات، تقویت شده با اشعه ماوراء بنفش یا حرارت، به طور گسترده‌ای برای تعیین TOC آزمایشگاهی در بسیاری از انواع آب از نوشیدنی تا درجه دارویی و الکترونیکی استفاده می‌شود.
CO2 تولید شده معمولاً با NDIR یا با تغییر رسانایی که هنگام حل شدن در یک جریان جداگانه از آب خالص تولید می‌کند، اندازه گیری می‌شود.

توضیحات

برای حذف اثر سایر محصولات اکسیداسیون، گاز ممکن است از یک غشا عبور کند. TOC در سطح ppb قابل تشخیص است.
تمام آنالایزورهای TOC که CO2 را اندازه گیری می کنند شامل CO2 بی کربنات ها و کربنات ها خواهند بود مگر اینکه این کربن غیر آلی (IC) در نظر گرفته شود.
IC را می‌توان با اسیدی کردن نمونه به مقدار دو یا کمتر حذف کرد تا IC به عنوان CO2 آزاد شود تا قابل اندازه گیری باشد.
باقی مانده TOC غیر قابل تصفیه (NPOC) موجود در مایع سپس اکسید شده و CO2 آزاد می‌کند که برای اندازه گیری به آشکارساز ارسال می‌شود.
وضعیت آب های با خلوص بالا و رسانایی پایین تا حدودی متفاوت است.
آب با رسانایی به اندازه کافی پایین (مقاومت به 18.2 Mohm.cm نزدیک می‌شود) نمی‌تواند حاوی غلظت‌های قابل توجهی از بی کربنات ها یا کربنات ها (یا سایر نمک های محلول) باشد و برای IC نیازی به تصحیح نیست.
همانطور که قبلاً مورد بحث قرار گرفت، همه اندازه‌گیری های سطح ردیابی باید به صورت آنلاین انجام شود.
تعدادی از مانیتورهای TOC تکامل یافته اند تا نیاز به نظارت سریع بر سطوح پایین (ppb) TOC در سیستم های آب آزمایشگاهی با خلوص بالا را برآورده سازند.
برای اطمینان از اینکه نتایج در دسترس و مربوط به حجم نسبتاً کمی از آب توزیعیست پس به یک واکنش سریع نیاز است.
این مانیتورها عموماً رسانایی آب را قبل و بعد از اکسیداسیون اندازه گیری می‌کنند.

محدوده اندازه گیری TOC

محدوده اندازه گیری دستگاه انالیزور TOC یا کربن آلی بسیار گسترده این آنالیزور از ۴ میکروگرم در لیتر تا ۳۰ هزار میلی گرم میباشد
که قابل استفاده در همه موارد میباشد.

این آنالیزور محدوده اندازه گیری مختلفی از جمله:
– دارای قابلیت اندازه گیزی NPOC- TC- IC- TOC.
-اندازه گیری آب تماماً خالص به طور خودکار در دستگاه پردازش و اندازه گیر میشود، نقاط خالی را سیستم آنالیزور ارزیابی می کند‌.
– عملکرد رقیق کننده خودکار هر ۳۰ هزار میلی گرم در این آنالیزور امکان پذیر میباشد.

امکانات پیشرفته دستگاه آنالیزور TOC

1- ۶۸۰ درجه سانتیگراد روش اکسیداسیون کاتالیزوری احتراق این روش اکسیداسیون توسعه یافته می باشد.

اکنون در سرتاسر جهان استفاده میشود.
از مهمترین کار های این آنالیزور ترکیب آلی با قابلیت تجزیه سخت در ظرفیت اکسیداسیون میباشد
که در این روش ترکیبات آلی نامحلول و درشت مولکولی هستند.
2- اندازه گیری کل کربن آلی؛ در دستگاه آنالیروز TOC روش کاتالیزوری احتراق ۳۶۰ درجه سانتی گرادی در محیط غنی از اکسیژن در داخل لوله های احتراق که سرشارر از کاتالیزور پلاتین ، حرارت داده میشود.
در واقع این اصل ساده اکسیداسیون از طریق حرارت و احتراق انجام میشود
و دی اکسید کربن تولیدی توسط اکسیداسیون توسط مادون قرمز یا NDIR تشخیص داده میشود.
سری جدید انالیزور کل کربن آلی با اتخاذ مادون قرمز با حساسیت بالا در حد تشحیص 4μg/L به بالاترین سطح برای روش اکسیداسیون کاتالیزوری احتراق دست پیدا کرده است.
در تمامی این روش ها ابتدا مواد آلی موجود در آب اکسید میشود و در نهایت کربن باقی مانده اندازه گیری میشود.