挑戰(zhàn)

許多行業(yè)都需要掌握鹽水或鹵水溶液中的有機(jī)雜質(zhì)的含量，以保證產(chǎn)品質(zhì)量、過(guò)程控制、資產(chǎn)保護(hù)。能夠準(zhǔn)確評(píng)估這些溶液的質(zhì)量，是決定應(yīng)用適用性的關(guān)鍵。上述行業(yè)包括海水淡化、石油和天然氣、氯堿和制藥/生物制藥等。

典型的鹵水溶液是水基樣品，含有微粒和溶解的碳?xì)浠衔?，以及溶解的氯化鈉（NaCl）或其它鹽。海水一般是3.5 - 4.5％的鹵水溶液，氯堿樣品是高達(dá)28％的鹵水溶液。

選擇總有機(jī)碳（TOC，Total Organic Carbon）作為衡量鹵水質(zhì)量的參數(shù)，是評(píng)估有機(jī)雜質(zhì)的有效方法。所選的分析儀器必須滿足化學(xué)兼容性，而且必須確定氧化效率。

在測(cè)量TOC時(shí)，鹽基質(zhì)給分析儀器帶來(lái)了挑戰(zhàn)。在UV-NDIR類系統(tǒng)中，侵蝕性的樣品基質(zhì)會(huì)損害紅外源，大幅降低其工作效率。在燃燒類技術(shù)中，會(huì)發(fā)生催化劑中毒及燃燒管變得不透明。設(shè)備一旦遭受鹵水溶液的侵害，就需要進(jìn)行*的維護(hù)和修理。

解決方案

Sievers InnovOx分析儀采用超臨界水氧化（SCWO，Supercritical Water Oxidation）技術(shù)，能夠定量分析高濃度鹽基質(zhì)中的TOC，具有高準(zhǔn)確度、精確度和靈敏度。超臨界水氧化技術(shù)通過(guò)去除無(wú)機(jī)干擾物來(lái)使氧化率較大化。例如，分析儀通過(guò)增加分析量，達(dá)到飽和NaCl（6M）溶液的50 μg/L（ppb）碳的檢測(cè)限（LOD，Limit of Detection）。分析儀能夠耐受溶解的和懸浮的固體顆粒，能夠抵抗分析過(guò)程中產(chǎn)生的鹽酸的腐蝕。分析儀還具有其他優(yōu)勢(shì)，其中包括：

- 無(wú)需催化劑，無(wú)燃燒管結(jié)垢或退化

- 低耗材成本，只需更換管子、密封件、鹵素捕集器

- 無(wú)需氣泵，分析儀可以使用環(huán)境空氣來(lái)操作

- 可以用Sievers InnovOx Online在線型分析儀來(lái)實(shí)時(shí)產(chǎn)生過(guò)程數(shù)據(jù)，或用Sievers InnovOx ES實(shí)驗(yàn)室型分析儀來(lái)產(chǎn)生離線數(shù)據(jù)組

在以下的鹵水分析中，Sievers InnovOx（實(shí)驗(yàn)室型或在線型）用鄰苯二甲酸氫鉀（KHP，Potassium Hydrogen Phthalate）來(lái)校準(zhǔn)。分析儀在不可去除有機(jī)碳（NPOC，Non-purgeable Organic Carbon）的模式下運(yùn)行樣品。

1. 在氯堿膜電解過(guò)程中使用28％ NaCl，TOC限值小于10 ppm

2. 在制藥/生物制藥浸出和提取物應(yīng)用中，用6M NaCl溶液，其中TOC污染必須極小

3. 海水處理

結(jié)果

1. 在氯堿膜電解過(guò)程中，用28％ NaCl

用自動(dòng)進(jìn)樣器在無(wú)人操作的情況下對(duì)含有5 ppm TOC的氯堿鹵水樣品進(jìn)行140次分析，運(yùn)行時(shí)間約為12小時(shí)。表1是數(shù)據(jù)總結(jié)，其中σ是標(biāo)準(zhǔn)偏差，RSD是相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差。

表1：Sievers InnovOx飽和NaCl的TOC結(jié)果

表1中的結(jié)果顯示，儀器的相對(duì)精確度優(yōu)于4％。在如此長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行中，分析不受干預(yù)，分析儀無(wú)需維護(hù)，這進(jìn)一步說(shuō)明Sievers InnovOx不受28％NaCl基質(zhì)的影響。

2. 高純度鹵水（6M NaCl）的低濃度TOC定量分析（制藥/生物制藥浸出和提取物應(yīng)用）

分別將0.25、0.40、0.60 ppm的蔗糖加標(biāo)到6M NaCl溶液中，然后用Sievers InnovOx進(jìn)行分析，由此來(lái)確定高純度鹵水中的TOC回收率的精確度和準(zhǔn)確度。表2中的結(jié)果顯示，相對(duì)于加標(biāo)值，回收率的偏差在5% 以內(nèi)。甚至在低于0.50 ppm時(shí)，相對(duì)精確度也好于15%。在0.25 - 0.60 ppm范圍內(nèi)的回收性能進(jìn)一步表明，Sievers InnovOx適用于分析6M NaCl中的小于1 ppm 的TOC。

表2：Sievers InnovOx 對(duì)6M NaCl中低于1 mg/L的TOC結(jié)果

3. 海水處理

在海水處理應(yīng)用中，海水經(jīng)過(guò)幾個(gè)步驟的處理，在每個(gè)處理步驟之后檢查有機(jī)物含量，以確保較佳性能和出水質(zhì)量。分析結(jié)果如表3所示。

表3：Sievers InnovOx在海水應(yīng)用中 的TOC結(jié)果

表3中的結(jié)果顯示，相對(duì)精確度優(yōu)于6％。有機(jī)物含量隨工藝步驟而降低，表明有機(jī)物被有效去除。這就證明了Sievers InnovOx適用于測(cè)量有機(jī)物。即使當(dāng)TOC濃度小于1 ppm時(shí)，分析儀都具有良好的適用性。

技術(shù)

Sievers InnovOx分析儀采用超臨界水氧化（SCWO，Supercritical Water Oxidation）技術(shù)，將有機(jī)碳分子氧化成二氧化碳，然后用非色散紅外（NDIR，Non-Dispersive Infrared）檢測(cè)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行定量分析。 在超臨界水氧化過(guò)程中，樣品在水的熱力學(xué)臨界點(diǎn)以上被加熱加壓。在此條件（375?C和220 bar）下，水成為超臨界液體，有機(jī)物高度可溶，而無(wú)機(jī)鹽不可溶。這些條件能夠提高氧化效率，使分析儀能夠有效測(cè)量侵蝕性和復(fù)雜基質(zhì)中的TOC。

Sievers InnovOx除了測(cè)量溶解的TOC外，還能測(cè)量含有懸浮物質(zhì)的樣品中的TOC微粒（<800 µm）。

建議

在用吸樣來(lái)監(jiān)測(cè)多個(gè)位置時(shí)，可以使用Sievers InnovOx ES實(shí)驗(yàn)室型分析儀，此款儀器可以配置可選的空氣過(guò)濾器。此選項(xiàng)可以使用環(huán)境空氣作為分析儀的載氣，無(wú)需加壓的氮?dú)饣騼x器氣體。自動(dòng)進(jìn)樣器可以配置120個(gè)35 mL樣品管，或者63個(gè)40 mL或60 mL樣品瓶。此外，在應(yīng)用中還可以使用可選的攪拌臺(tái)和清洗臺(tái)。我們建議使用上述選項(xiàng)來(lái)保持樣品的均勻性，而且便于日常清潔自動(dòng)進(jìn)樣器的針，以及防止鹵水腐蝕設(shè)備。

當(dāng)需要連續(xù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)時(shí)，可以使用Sievers InnovOx在線型分析儀來(lái)分析鹵水。我們建議配置PTFE樣品閥來(lái)防止鹵水腐蝕。此外，應(yīng)在防護(hù)罩內(nèi)安裝吹掃空氣加濕器，以防腐蝕性環(huán)境氣體和水濺起。 

結(jié)論

Sievers InnovOx分析儀用于有效地、高效地分析復(fù)雜水性基質(zhì)中的有機(jī)碳含量，包括含有高濃度無(wú)機(jī)鹽的溶液中的有機(jī)碳。分析儀結(jié)合了SCWO氧化法與NDIR檢測(cè)法，可以定量分析飽和鹽溶液中的低ppm TOC。