经济实用地分析卤水和盐水样品的总有机碳TOC

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发表时间:2020-04-04 15:57作者:苏伊士Sievers分析仪来源:苏伊士Sievers分析仪

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挑战

许多行业都需要掌握盐水或卤水溶液中的有机杂质的含量,以保证产品质量、过程控制、资产保护。能够准确评估这些溶液的质量,是决定应用适用性的关键。上述行业包括海水淡化、石油和天然气、氯碱和制药/生物制药等。


典型的卤水溶液是水基样品,含有微粒和溶解的碳氢化合物,以及溶解的氯化钠(NaCl)或其它盐。海水一般是3.5 - 4.5%的卤水溶液,氯碱样品是高达28%的卤水溶液。


选择总有机碳(TOC,Total Organic Carbon)作为衡量卤水质量的参数,是评估有机杂质的有效方法。所选的分析仪器必须满足化学兼容性,而且必须确定氧化效率。


在测量TOC时,盐基质给分析仪器带来了挑战。在UV-NDIR类系统中,侵蚀性的样品基质会损害红外源,大幅降低其工作效率。在燃烧类技术中,会发生催化剂中毒及燃烧管变得不透明。设备一旦遭受卤水溶液的侵害,就需要进行彻底的维护和修理。


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解决方案

Sievers® InnovOx分析仪采用超临界水氧化(SCWO,Supercritical Water Oxidation)技术,能够定量分析高浓度盐基质中的TOC,具有高准确度、精确度和灵敏度。超临界水氧化技术通过去除无机干扰物来使氧化率最大化。例如,分析仪通过增加分析量,达到饱和NaCl(6M)溶液的50 μg/L(ppb)碳的检测限(LOD,Limit of Detection)。分析仪能够耐受溶解的和悬浮的固体颗粒,能够抵抗分析过程中产生的盐酸的腐蚀。分析仪还具有其他优势,其中包括:



  • 无需催化剂,无燃烧管结垢或退化

  • 低耗材成本,只需更换管子、密封件、卤素捕集器

  • 无需气泵,分析仪可以使用环境空气来操作

  • 可以用Sievers InnovOx Online在线型分析仪来实时产生过程数据,或用Sievers InnovOx ES实验室型分析仪来产生离线数据组


在以下的卤水分析中,Sievers InnovOx(实验室型或在线型)用邻苯二甲酸氢钾(KHP,Potassium Hydrogen Phthalate)来校准。分析仪在不可去除有机碳(NPOC,Non-purgeable Organic Carbon)的模式下运行样品。

  1. 在氯碱膜电解过程中使用28% NaCl,TOC限值小于10 ppm

  2. 在制药/生物制药浸出和提取物应用中,用6M NaCl溶液,其中TOC污染必须极小

  3. 海水处理


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结果

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在氯碱膜电解过程中,用28% NaCl

用自动进样器在无人操作的情况下对含有5 ppm TOC的氯碱卤水样品进行140次分析,运行时间约为12小时。表1是数据总结,其中σ是标准偏差,RSD是相对标准偏。

表1中的结果显示,仪器的相对精确度优于4%。在如此长时间的运行中,分析不受干预,分析仪无需维护,这进一步说明Sievers InnovOx不受28%NaCl基质的影响。


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高纯度卤水(6M NaCl)的低浓度TOC定量分析(制药/生物制药浸出和提取物应用)

分别将0.25、0.40、0.60 ppm的蔗糖加标到6M NaCl溶液中,然后用Sievers InnovOx进行分析,由此来确定高纯度卤水中的TOC回收率的精确度和准确度。表2中的结果显示,相对于加标值,回收率的偏差在5% 以内。甚至在低于0.50 ppm时,相对精确度也好于15%。在0.25 - 0.60 ppm范围内的回收性能进一步表明,Sievers InnovOx适用于分析6M NaCl中的小于1 ppm 的TOC。


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海水处理

在海水处理应用中,海水经过几个步骤的处理,在每个处理步骤之后检查有机物含量,以确保最佳性能和出水质量。分析结果如表3所示。

表3中的结果显示,相对精确度优于6%。有机物含量随工艺步骤而降低,表明有机物被有效去除。这就证明了Sievers InnovOx适用于测量有机物。即使当TOC浓度小于1 ppm时,分析仪都具有良好的适用性。


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技术

Sievers InnovOx分析仪采用超临界水氧化(SCWO,Supercritical Water Oxidation)技术,将有机碳分子氧化成二氧化碳,然后用非色散红外(NDIR,Non-Dispersive Infrared)检测技术对其进行定量分析。 在超临界水氧化过程中,样品在水的热力学临界点以上被加热加压。在此条件(375˚C和220 bar)下,水成为超临界液体,有机物高度可溶,而无机盐不可溶。这些条件能够提高氧化效率,使分析仪能够有效测量侵蚀性和复杂基质中的TOC。


Sievers InnovOx除了测量溶解的TOC外,还能测量含有悬浮物质的样品中的TOC微粒(<800 μm)。


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建议

在用吸样来监测多个位置时,可以使用Sievers InnovOx ES实验室型分析仪,此款仪器可以配置可选的空气过滤器。此选项可以使用环境空气作为分析仪的载气,无需加压的氮气或仪器气体。自动进样器最多可以配置120个35 mL样品管,或者63个40 mL或60 mL样品瓶。此外,在应用中还可以使用可选的搅拌台和清洗台。我们建议使用上述选项来保持样品的均匀性,而且便于日常清洁自动进样器的针,以及防止卤水腐蚀设备。


当需要连续的实时数据时,可以使用Sievers InnovOx在线型分析仪来分析卤水。我们建议配置PTFE样品阀来防止卤水腐蚀。此外,应在防护罩内安装吹扫空气加湿器,以防腐蚀性环境气体和水溅起。


结论


Sievers InnovOx分析仪用于有效地、高效地分析复杂水性基质中的有机碳含量,包括含有高浓度无机盐的溶液中的有机碳。分析仪结合了SCWO氧化法与NDIR检测法,可以定量分析饱和盐溶液中的低ppm TOC。