挑戰(zhàn)

許多行業(yè)都需要掌握鹽水或鹵水溶液中的有機雜質(zhì)的含量，以保證產(chǎn)品質(zhì)量、過程控制、資產(chǎn)保護。能夠準確評估這些溶液的質(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氫化合物，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28％的鹵水溶液。

選擇總有機碳（TOC，Total Organic Carbon）作為衡量鹵水質(zhì)量的參數(shù)，是評估有機雜質(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。

在測量TOC時，鹽基質(zhì)給分析儀器帶來了挑戰(zhàn)。在UV-NDIR類系統(tǒng)中，侵蝕性的樣品基質(zhì)會損害紅外源，大幅降低其工作效率。在燃燒類技術(shù)中，會發(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，就需要進行*的維護和修理。

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，具有高準確度、精確度和靈敏度。超臨界水氧化技術(shù)通過去除無機干擾物來使氧化率較大化。例如，分析儀通過增加分析量，達到飽和NaCl（6M）溶液的50 μg/L（ppb）碳的檢測限（LOD，Limit of Detection）。分析儀能夠耐受溶解的和懸浮的固體顆粒，能夠抵抗分析過程中產(chǎn)生的鹽酸的腐蝕。分析儀還具有其他優(yōu)勢，其中包括：

- 無需催化劑，無燃燒管結(jié)垢或退化

- 低耗材成本，只需更換管子、密封件、鹵素捕集器

- 無需氣泵，分析儀可以使用環(huán)境空氣來操作

- 可以用Sievers InnovOx Online在線型分析儀來實時產(chǎn)生過程數(shù)據(jù)，或用Sievers InnovOx ES實驗室型分析儀來產(chǎn)生離線數(shù)據(jù)組

在以下的鹵水分析中，Sievers InnovOx（實驗室型或在線型）用鄰苯二甲酸氫鉀（KHP，Potassium Hydrogen Phthalate）來校準。分析儀在不可去除有機碳（NPOC，Non-purgeable Organic Carbon）的模式下運行樣品。

1. 在氯堿膜電解過程中使用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. 在氯堿膜電解過程中，用28％ NaCl

用自動進樣器在無人操作的情況下對含有5 ppm TOC的氯堿鹵水樣品進行140次分析，運行時間約為12小時。表1是數(shù)據(jù)總結(jié)，其中σ是標準偏差，RSD是相對標準偏差。

表1：Sievers InnovOx飽和NaCl的TOC結(jié)果

表1中的結(jié)果顯示，儀器的相對精確度優(yōu)于4％。在如此長時間的運行中，分析不受干預(yù)，分析儀無需維護，這進一步說明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的蔗糖加標到6M NaCl溶液中，然后用Sievers InnovOx進行分析，由此來確定高純度鹵水中的TOC回收率的精確度和準確度。表2中的結(jié)果顯示，相對于加標值，回收率的偏差在5% 以內(nèi)。甚至在低于0.50 ppm時，相對精確度也好于15%。在0.25 - 0.60 ppm范圍內(nèi)的回收性能進一步表明，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)過幾個步驟的處理，在每個處理步驟之后檢查有機物含量，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，相對精確度優(yōu)于6％。有機物含量隨工藝步驟而降低，表明有機物被有效去除。這就證明了Sievers InnovOx適用于測量有機物。即使當(dāng)TOC濃度小于1 ppm時，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)，將有機碳分子氧化成二氧化碳，然后用非色散紅外（NDIR，Non-Dispersive Infrared）檢測技術(shù)對其進行定量分析。 在超臨界水氧化過程中，樣品在水的熱力學(xué)臨界點以上被加熱加壓。在此條件（375?C和220 bar）下，水成為超臨界液體，有機物高度可溶，而無機鹽不可溶。這些條件能夠提高氧化效率，使分析儀能夠有效測量侵蝕性和復(fù)雜基質(zhì)中的TOC。

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

建議

在用吸樣來監(jiān)測多個位置時，可以使用Sievers InnovOx ES實驗室型分析儀，此款儀器可以配置可選的空氣過濾器。此選項可以使用環(huán)境空氣作為分析儀的載氣，無需加壓的氮氣或儀器氣體。自動進樣器可以配置120個35 mL樣品管，或者63個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和清洗臺。我們建議使用上述選項來保持樣品的均勻性，而且便于日常清潔自動進樣器的針，以及防止鹵水腐蝕設(shè)備。

當(dāng)需要連續(xù)的實時數(shù)據(jù)時，可以使用Sievers InnovOx在線型分析儀來分析鹵水。我們建議配置PTFE樣品閥來防止鹵水腐蝕。此外，應(yīng)在防護罩內(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)中的有機碳含量，包括含有高濃度無機鹽的溶液中的有機碳。分析儀結(jié)合了SCWO氧化法與NDIR檢測法，可以定量分析飽和鹽溶液中的低ppm TOC。