总有机碳(TOC)测定实验

实验日期：2015.10.28
实验名称：总有机碳（TOC）测定实验
一、实验目的
掌握总有机碳（TOC）的测定原理和方法；了解总有机碳测定仪（TOC-V）的基本构造，学会其使用方法；掌握通过有机碳测定判断水体污染状况的方法。

二、测定原理
总有机碳(Total Organic Carbon,TOC)：表示溶解或悬浮在水中有机物的含碳量(以
质量浓度表示)，是以碳量表示水体中有机物质总量的综合指标，直接反映了水体被有机物质污染的程度。

TOC的测定是由专门的总有机碳分析仪（TOC-V）来测定的。

在分析仪器中，水样中所有含碳化合物通过载气（O
2
）带入石英燃烧管中，以Pt为催化剂，经高温
（900℃）燃烧后转化成CO
2
后，仪器内部自带的非分散型红外线气体分析仪器就可以测得总碳（TC）含量；再以盐酸为催化剂，低温（150℃）燃烧样品，将无机碳酸盐转化为
CO
2
，测得无机碳（IC）的含量。

它们的差值即为TOC:TOC(mgC/L)=TC-IC。

三、实验步骤
1.准备工作：调节载气压力、流速；打开TOC测定仪（TNM-1型），预热约30min至主机就绪状态。

2.标样配制：TC标样：配制邻苯二甲酸氢钾标液TC约1000ppm，稀释一系列适当浓度
的样品；IC标样：配制NaHCO
3+Na
2
CO
3
标液IC100ppm，稀释一系列适当浓度的样品。

3.进行标样的测定及数据处理。

4.TOC样品测定:移取5ml 1200mg/L苯酚储备液于50ml容量瓶中，稀释至刻度，测定其TOC值，并记录数据。

5.样品测定结束后，用清水同样测定两次，然后关机。

四、实验数据记录
M(苯酚)=94.111g/mol; M(C)=12.0107g/mol
测得的平均值与理论值的偏差太大（理论值是实验值的2倍还要多），以至于可以看作实验失败。

估计原因是：○1苯酚储备液的浓度并非1200mg/L；○2在稀释的时候并未稀释到标准状态，可能是由于移液管是5ml规格但是容量瓶是100ml的规格。

五、注意事项以及原因思考
1.当样品浓度大于200ppm时，必须稀释后测定。

答：因为测定好的标线是有浓度范围的，超过这个范围的浓度测得数据的计算结果是不可靠的。

2.样品有浑浊时，必须进行沉淀过滤。

答：固体颗粒等可能会将排气管堵住，也会对燃气造成一定的污染。

3.当样品具有强酸、强碱或者高浓度盐时，不可以进行测定。

答：强酸具有腐蚀性，仪器内部很多构造都含有金属，强酸会腐蚀这些金属；
强碱会吸收空气中的CO
2
，从而使得测定的无机碳的含量升高，测定的TOC值减小；
高浓度的盐可能会附着在管壁上无法清洗，还可能因此堵塞排气管，影响实验的结果。

六、实验总结及分析
1.测定结果比实际结果小很多。

答：原因可能是○1由于空气当中的CO
2
溶入水中，造成IC测量值偏高，TOC值降低；
○2由于分析仪器长时间使用没有洗干净，内壁附着了碳酸盐；○3苯酚溶液配得不标准。

2.所用的氧气的作用。

答：用作载气，将水样带入仪器内部；用作助燃气，将含C化合物中的C变为CO
2。

3.在检测水体中有机物的含量时，TOC法相比COD法的优点。

答：○1比起COD的滴定和反滴定操作，TOC法自动化程度高，操作简单，分析速度快，只需3min就可以得到结果；○2 TOC通过测定C的含量来测定水体受污染的情况，其测定结果直指有机物的污染程度，而COD通过测定水体中还原物质的含量来测定水体受污染情况，不能够确定是有机还原性物质还是无机还原性物质，所以TOC比COD的干扰要小，准确度要高；○3TOC可以检测几乎所有的有机物，氧化率约100%，测定精度高，而且仪器进行封闭测定，其测定状态基本不被人为改变，测定结果偶然误差较小；而COD测定需要手动操作，引起偶然误差的因素增多，测定结果的可靠性降低。

4.测定海水单位体积耗氧量是多少，选择高锰酸钾的原因。

答：海水的盐分大，水中的有机物质含量较多。

TOC-V仪器虽然精度高，但其对测定条件也有严格要求，利用TOC-V仪器来测定海水，可能对仪器的内部构造有所损坏（如盐附着在燃烧管内壁等）。

同时由于海水中杂质含量较大，即使使用精密度不高的COD 法来进行测定，其相对误差也不会很大，所以选择高锰酸钾法来测定。

七、反思
各种评定水质标准的区别与联系：TOC、DOC、TOD、BOD、BOD5、BOD20、COD等。

总有机碳（TOC）:水中的有机物质的含量，以有机物中的主要元素碳的量来表示，称为总有机碳。

TOC的测定类似于TOD的测定。

在950℃的高温下，使水样中的有机物气化
燃烧，生成CO
2，通过红外线分析仪，测定其生成的CO
2
之量，即可知总有机碳量。

在测定
过程中水中无机的碳化合物如碳酸盐、重碳酸盐等也会生成CO
2
，则在150℃低温下测定予以扣除。

若将水样经0.2μm微孔滤膜过滤后，测得的碳量即为溶解性有机碳（DOC）。

TOC、DOC是较为经常使用的水质指标。

总需氧量（TOD）:总需氧量的测定，是在特殊的燃烧器中，以铂为催化剂，于900℃下将有机物燃烧氧化所消耗氧的量，该测定结果比COD更接近理论需氧量。

TOD用仪器测定只需约3min可得结果，所以，有分析速度快、方法简便，干扰小、精度高等优点，受到了人们的重视。

如果TOD与BOD5间能确定它们的相关系数，则以TOD指标指导生产有更好的实用意义。

生化需氧量（BOD）:是在有氧的条件下，由于微生物的作用，水中能分解的有机物质完全氧化分解时所消耗氧的量称为生物化学需氧量简称生化需氧量。

它是以水样在一定的温度（如20℃）下，在密闭容器中，保存一定时间后溶解氧所减少的量（mg/L）来表示的。

当温度在20℃时，一般的有机物质需要20天左右时间就能完成氧化分解过程，而要全部完成这一分解过程就需100天。

但是，这么长的时间对于实际生产控制来说就失去了实用价值。

因此，目前规定在20℃下，培养5天作为测定生化需氧量的标准。

这时候测得的生化需氧量就称为五日生化需氧量，用BOD5表示。

如果是培养20天作为测定生化需氧量的标准时，这时候测得的生化需氧量就称为20天生化需氧量，用BOD20表示。

生化需氧量（BOD）的多少，表明水体受有机物污染的程度，反映出水质的好坏。

化学需氧量（COD）:所谓化学需氧量（COD），是在一定的条件下，采用一定的强氧化剂处理水样时，所消耗的氧化剂量。

它是表示水中还原性物质多少的一个指标。

水中的还原性物质有各种有机物、亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐等。

但主要的是有机物。

因此，化学
需氧量（COD）又往往作为衡量水中有机物质含量多少的指标。

化学需氧量越大，说明水体受有机物的污染越严重。

化学需氧量（COD）的测定，随着测定水样中还原性物质以及测定方法的不同，其测定值也有不同。

目前应用最普遍的是酸性高锰酸钾氧化法与重铬酸钾氧化法。

高锰酸钾（KMnO
4
）法，氧化率较低，但比较简便，在测定水样中有机物含量的相
对比较值时，可以采用。

重铬酸钾（K
2Cr
2
O
7
）法，氧化率高，再现性好，适用于测定水样
中有机物的总量。

有机物对工业水系统的危害很大。

含有大量的有机物的水在通过除盐系统时会污染离子交换树脂，特别容易污染阴离子交换树脂，使树脂交换能力降低。

有机物在经过预处理时（混凝、澄清和过滤），约可减少50%，但在除盐系统中无法除去，故常通过补给水带入锅炉，使炉水pH值降低。

有时有机物还可能带入蒸汽系统和凝结水中，使pH降低，造成系统腐蚀。

在循环水系统中有机物含量高会促进微生物繁殖。

因此，不管对除盐、炉水或循环水系统，COD都是越低越好，但并没有统一的限制指标。

在循环冷却水系统中COD>5mg/L时，水质已开始变差。

通过本次实验，掌握了一种更先进的测定水质污染的分析方法，并对学过的一系列评定水质污染的指标进行了汇总分析，对于水质测定方法有了更深的理解。