通过增强的湿化学氧化工艺实现TOC分析的可靠和稳健的氧化

一般认为，作为常规分析的一部分，样品矩阵有可能造成分析障碍总有机碳(TOC)分析。从历史上看，来自样本矩阵的干扰会导致校准曲线的稳定性问题，一些频繁使用的激进矩阵需要定期维护，以及每周甚至每天重新校准。

Suez已成功地重新设计样品流路和氧化技术，使得能够开发强大的TOC分析仪，该分析仪能够维持长达六个月或更长时间的校准曲线，即使使用最具挑战性的盐水矩阵。

这Sievers Innovox实验室Toc分析仪利用超临界水氧化（SCWO） - 一种新型湿化学氧化技术，可以使用压力和热量。

反应细胞内部的压力增加显着提高了氧化过程的效率，使得能够改善挑战性矩阵的恢复。

与传统的燃烧技术不同，该方法完全从样本运行之间的样本流动路径中移除每个副产物。本文提出的数据将展示Suez的Sievers Innovox Toc分析仪的长期稳定性和校准稳健性。

超临界意味着什么？

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。

化合物相变的点称为“过渡点”。“在探索超临界水的用途之前，重要的是首先概述水的不同相。

在室温和常压下，将液态水置于开口容器中，然后冷却到0℃以下，液态水将从液相转变为固相。

如果相同的开放容器中的液态水的温度增加到100℃以上，水将沸腾，促使其从液相过渡到气相。

当大气压力持续保持在环境条件下时，这种行为是正常的。在相同的重量或质量下，液态水和固态水在大气压力下所占的体积大致相同。

然而，同等重量的气态水在大气压下所占体积约为其体积的1600倍。

放在容器上的气密盖子和温度升高至130°C会将液体水过渡到气相中，但由于膨胀所需的体积受到限制，密封容器的顶部空间中的压力将开始随着形成的气体量增加而增加。

图1显示了水的相图，强调了水头压力的增加会使液态水完全转变为气相的温度升高。

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还证实了随着液态水温度的不断升高，保持液态水所需的压力也越来越大。

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。水的相图。图像信用：Suez Water Technologies＆Solutions

水显示出在超临界状态时液体和气体的特性和益处。SCW的密度更接近液体的密度，同时仍然能够像气体漫射。

当浸入SCW时，有机材料和气体都是高度可溶的，而无机盐变得不溶。这些条件非常适用于超临界水氧化（SCWO）反应（图2）。

超临界水氧化

有机+ S.₂O._8.^-2+加热+压力→CO₂+ H.₂O +所以_4.^-2

图2。超临界水氧化

什么是scwo，这是如何帮助TOC分析的？

许多技术可以作为TOC测量以氧化样品中的有机碳，从而形成二氧化碳(CO₂）。

而CO.₂一旦形成，可以检测和量化，有效TOC分析的主要屏障是确保有效氧化有机碳的挑战。

Sievers Innovox Toc Analyzer采用湿化学氧化技术来帮助减轻这个问题。该方法使用氧气捐赠试剂来播种溶液，张开器Innovox利用30％重量/体积脱脂作为氧化剂的体积溶液。

然后将样品和氧化剂通过密封反应器中的临界点，实现Scwo。

图3。Sievers InnovOx在线，实验室TOC分析仪和自动采样器。图像信用：Suez Water Technologies＆Solutions

20世纪70年代进行的研究显示，SCWO方法提供了一系列特性，使其成为依赖于有效样品氧化的分析技术的理想方法。

一系列的研究已经证实，在停留时间在10到30秒之间的情况下，该过程可以达到超过99%的氧化效率。

虽然这项技术显示出相当大的前景，但在它适合商业应用之前，还需要克服许多障碍。其中一个关键挑战是达到产生超临界水所需的压力和温度，分别为218 atm (3200 psi)和374℃。

仪器还必须能够适应强大的SCWO行为，以及任何破坏性的样品副产品，如无机盐和酸。

Suez的Sievers产品系列代表了适用于使用含水样品的商业应用的基于SCWO的TOC分析仪的第一个成功构建。

通过强大的标准化湿化学氧化技术和SCWO的组合，TOC分析已经能够达到新的性能标准水平，这些性能标准通过可比技术保持不匹配。

仪器

这Sievers Innovox实验室Toc分析仪(图3)通过简单的三步操作过程:

1. 样品处理和试剂混合
2. 超临界水氧化反应
3. 非色散红外(NDIR)探测

下面使用非纯合物碳（NPOC）分析作为示例，下面讨论以下每个步骤。

样品处理和试剂混合

众多功能通过样本处理模块自动化。这些包括从小瓶到混合室和稀释能力的样品递送，以及如果需要，酸加法，氧化剂加成或混合递送至反应模块。

SCWO反应

过硫酸钠对有机碳的氧化作用随着温度的升高而增强。直到最近，根据使用的热源，湿式化学氧化室的工作温度约为100°C。

在这一点之外，热辅助不能增加，因为有限的技术可有效地容纳由闭合容器加热引发的增加的压力。

Sievers Innovox利用氧化室，能够容易地承受这些过度的压力。

图4。Sievers Innovox反应器管。图像信用：Suez Water Technologies＆Solutions

将样品和氧化剂递送至在加热至375℃之前将其递送至反应模块。这使得湿化学氧化物反应最大化，因此允许水达到其超临界状态。

无论样品基质还是杂质干扰如何​​，这些增强的反应条件导致完全氧化方面的置信度增加，而不是增加（图4）。

NDIR检测

一旦完全氧化，样品将转移到气体/液体分离器中。然后将分离的二氧化碳通过校准的非分散红外（Ndir）检测器，以促进定量（图5）。

Sievers InnovOx中使用的NDIR检测器能够提供从0.05 ppm到50,000 ppm的动态线性范围。在该仪器中总共有五个范围被优化:高达100ppm，高达1000ppm，高达5,000 ppm，高达20,000 ppm和高达50,000 ppm。

图5。Sievers Innovox屏幕上的峰值。图像信用：Suez Water Technologies＆Solutions

校正-样品制备

为了有效地证明SCWO的有效性，我们进行了一项研究，使用了高达1000ppm的校准范围。在总碳浓度为1000ppm的情况下创建了KHP标准，并使用4个点完成了校准。

用九次重复分析这些点中的每一个。在从剩余结果中取出平均值之前，前三次分析被丢弃（图6）。

图6。校准曲线图表。图像信用：Suez Water Technologies＆Solutions

结果

使用5ppm储备溶液完成校准曲线的验证，该储备溶液总共连续157次。平均结果为5.03ppm，而标准偏差为0.15，RSD为3.04％（图7）。总共，该测试表示约13小时的连续分析。

图7。重复性的研究结果。图像信用：Suez Water Technologies＆Solutions

结论

水的基本超临界特性可以通过湿式化学氧化来实现比传统燃烧技术更强劲、更可靠的氧化。

375°C和218 atm (3200psi)的结合使得该过程能够实现有机碳向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系统完整性。

每个分析都采用干净的样本路径开始，确保准确的数据，强大的校准和必要的日常系统维护之间的时间增加。

这里显示的数据自信地展示了增强湿化学氧化的优势，以及对历史上被认为非常具有挑战性或甚至不可能的样本矩阵的方法进行有效的TOC分析的方法。

此信息已采购，从Suez Water Technologies＆Solutions提供的材料进行审核和调整。欧洲杯足球竞彩

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