浅谈测定饮用水中总有机碳的新方法

　　前言
　　饮用水的安全是关乎国计民生的大事，是全社会关注的重点问题。经济和社会飞速发展的同时也加重了对环境的污染，这就使得饮用水中有机物的量不断增多，成分也更为复杂，当前人们常用总有机碳(简称TOC)这一指标来表征水体中有机物的污染程度，因此总有机碳的测定对于饮用水质量的评价具有极大的实际意义。相对于其他水体来说，饮用水中的总有机碳含量一般较低，因此要想真实地反映出饮用水的总有机碳含量，就要求测定总有机碳的方法必须足够精确，从而为科学管理饮用水源提供理论依据。
　　1.测定饮用水中总有机碳的常用方法
　　根据工作原理的不同，测定饮用水中总有机碳的方法可分为燃烧氧化-非分散红外吸收法、湿法氧化-非分散红外吸收法、气相色谱法、电导法等，其中燃烧氧化-非分散红外吸收法具有灵敏度较高、易于操作、重现性好等优点，在实际工作中得到广泛的应用，燃烧氧化-非分散红外吸收法根据测定总有机碳的原理不同又分为差减法和直接法等，以下逐一介绍其测定原理和优缺点：
　　1.1 差减法
　　差减法的就是先对水样中的总碳进行定量测定，然后再测定水样中无机碳含量，两者作差即可得出水中总有机碳的含量。为达到这样的目的，就要分别采用不同的方法进行总碳和总无机碳的测定。首先，将同一水样分为两等份，分别与氧气一同至于高温燃烧管和低温反应器中，在高温燃烧管中的水样经受高温催化氧化后使水样中的有机物与碳酸钙等无机碳源均被氧化为二氧化碳;在低温反应器中的水样中添加10%的磷酸溶液，经充分反应使无机碳酸盐类全部分解为二氧化碳;其次，将以上两个装置内反应生成的二氧化碳分别通入到非色散红外检测器内，由于二氧化碳可被一定波长的红外线所吸收，且红外线对二氧化碳的吸收强度在一定的浓度范围内与二氧化碳的浓度成正比，因此通过红外吸收原理定量测定出总碳和总无机碳的含量，用总碳含量减去无机碳含量即为水样中的总有机碳含量。差减法原理简单，在理论上可得出饮用水中总有机碳确切的数值，然而在实际中由于饮用水中的无机碳含量远远大于有机碳，使得总碳与无机碳的差值很小，因此精确度不高。
　　1.2 直接法
　　直接法是相对于差减法而言的，在使用直接法测定水样中总有机碳含量时不需要经过两次实验，而只需一步即可测得总有机碳的数值。具体方法为：首先，将水样在浓度为10%的磷酸中充分酸化曝气，使水样中的无机碳转化为二氧化碳从而去除之，剩余的碳、理论上来说剩余的碳即为总有机碳，通过燃烧法进行直接测定即可得出具体数值，然而严格来说用直接法测得的碳含量应为不可吹扫有机碳的量，而非总有机碳量，但因为在饮用水中可吹扫的有机碳含量极低，在经过多国顶尖实验室试验验证后，得出结论认为在饮用水中的可吹扫有机碳量在数值上可忽略不计，目前国际上对这一结论已经达成共识，因此认为饮用水中不可吹扫有机碳含量在数值上等于总有机碳含量。直接法测定饮用水中总有机碳具有简便易行、快捷、准确度较高等优点，但前提是酸化曝气时间必须充足，以使水样中的无机碳充分去除，这在实际工作中很难达到，在酸化曝气时间不足时水样中就会含有一定的无机碳，从而使得测定的有机碳数值偏高。因此，如何精确控制直接法的酸化曝气时间是实验人员需要着重考虑的问题。
　　2.测定饮用水中总有机碳的新方法
　　鉴于以上两种当前最常用作水中总有机碳含量测定方法的局限性，本文提出一种结合了以上两种方法技术优势的新方法(可称之为NPOC法)。
　　2.1 NPOC法的测定原理
　　NPOC法的方法原理具体如下：由于导致差减法误差大的原因主要是水样中的无机碳含量远高于有机碳含量，而导致在直接法中又很难彻底去除水样中的无机碳，因此可考虑将直接法与差减法相结合，首先将2mol/L的盐酸加入到待测水样中，盐酸加入量以水样pH值为2时为准，然后曝气3分钟左右，通过这个步骤可将水样中大部分的无机碳除去，从而使水样中有机碳量与无机碳量的比例得到改善，然后将酸化处理过的水样分成两等份，按照差减法的实验过程分别测出水样中总碳量和总无机碳量，二者作差即可求出水样中总有机碳的含量。
　　2.2 NPOC法的优势
　　NPOC法结合了差减法和直接法的技术优势，一方面通过缩小水样中有机碳和无机碳在量上的差距，使总碳、无机碳和有机碳在数值上尽量处于同一个数量级，因此使有机碳的计算结果更趋于准确;另一方面对水样的酸化过程不必要求将水样中的无机碳全部除净，而只需要通过控制水样的pH值来保证水样中大多数无机碳均被除去即可，因此在实践中更容易实现，并且减少了曝气时间，因此更加快捷。
　　2.3 NPOC法的验证实验
　　2.3.1实验试剂和仪器
　　试剂：饮用水样;催化剂(CeO2);磷酸、盐酸;邻苯二甲酸氢钾，碳酸氢钠，无水碳酸钠;超纯水。
　　仪器：德国耶拿multi N/C3100分析仪;APG64自动进样器;检测器：NDIR
　　2.3.2标准溶液的配制和标准曲线的绘制
　　有机碳标准溶液：将邻苯二甲酸氢钾在110 干燥2h并冷却，称取0.8502g,溶于超纯水并转移到1000mL容量瓶中定容、混匀。
　　无机碳标准溶液：称取1.400g碳酸氢钠和1.7634g无水碳酸钠，溶于超纯水中并转移到1000mL容量瓶中定容、混匀。
　　由于在饮用水中总无机碳量要大于总有机碳量，因此可配置总碳浓度为(0、3、6、12、24、36)mg/L以及总无机碳浓度为(0、2、4、10、18、22)mg/L的标准溶液，然后用2mol/L盐酸酸化标准溶液至pH值为2为止，测定响应值，绘制出标准曲线。结果表明NPOC法的相关性较好、标准偏差较小，各个浓度的标准溶液得到的标准偏差均较小，且实验重复率较高。
　　结束语
　　由于在饮用水中总无机碳的含量远远大于总有机碳含量，因此在其他水体中常用传统的直接法和差减法不易得到精确的测定结果，本文将直接法和差减法相结合，对饮用水总有机碳测定方法进行了优化，使测定结果更准确，而且方法简便易行，经过实验验证本方法对不同总有机碳含量的饮用水均可得到相对准确的测定结果，适合全面推广。