TOC分析計
総有機炭素(TOC)は、専門的な計器である総有機炭素分析器(以下、TOC分析器と略称する)によって測定され、TOC分析器は流れが簡単で、再現性が良く、感度が高く、安定で信頼性があり、測定過程は一般的に化学薬品を消費せず、基本的に二次汚染、酸化*を発生しないなどの利点がある。
測定原理は異なる形式の有機炭素を酸化により定量しやすい二酸化炭素に変換し、二酸化炭素と総有機炭素の炭素含有量の対応関係を利用して、水溶液中のTOCを定量測定する。動作原理の違いによって、燃焼酸化−非分散赤外吸収法、コンダクタンス法、ガスクロマトグラフィー法、湿式酸化−非分散赤外吸収法などに分けることができ、その中で燃焼酸化−非分散赤外吸収法は一度に転化するだけで、流れが簡単で、再現性がよく、感度が高く、応用が比較的に普遍的である。我が国の国家標準GB 13193−91は燃焼酸化−非分散赤外吸収法を採用している。
TOC測定は通常、直接測定法と間接測定法に分けられる。直接測定法は一般的に無機炭素(IC)を除去して全炭素(TC)を測定する方法で、IC含有量の高い水サンプルの測定に適しているが、水サンプル中の揮発性を失いやすい有機炭素(POC)である。
TOC分析計
検出方法:
一、湿式酸化(過硫酸塩)−非分散赤外線検出(NDIR)
この方法は、酸化前にリン酸処理を行い、無機炭素を除去した後、TOC濃度を測定する。現代のTOC連続分析計では、ほとんどが湿式酸化法である。湿式酸化は複雑な水体(例えば:フミン酸、高分子量化合物など)の酸化には不十分であるため、TOC含有量の高い水体には適用されないが、通常の水体、例えば地表水に対しては可能である。
二、高温触媒燃焼酸化−非分散赤外線検出(NDIR)
高温触媒燃焼酸化の応用時間は湿式法よりはるかに遅いが、高温燃焼相対*のため、汚染の重い河川、海水及び工業廃水などの水体に適用できる。
三、紫外線酸化−非分散赤外線検出(NDIR)
その方式は湿式酸化と同じであるが、紫外光(185 nm)を照射する原理を採用し、サンプルが紫外反応器に入る前に無機炭素を除去し、より正確な結果を得た。紫外線酸化法は、顆粒状有機物、薬物、蛋白質などの高含有量TOCには適用されないが、原水、工業用水などの水体に使用することができる。
四、紫外(UV)−湿式(過硫酸塩)酸化−非分散赤外線検出(NDIR)
この方式は紫外線酸化と湿式酸化の両者の協同作用であり、相互補完、相互促進、酸化分解効果はいずれかの方法より優れている。高含量TOC水体には紫外線酸化が使用できないため、両者の協同で汚染の重い水体を測定することができる。その適用性が強く、測定可能範囲が広い特徴により普及度が高く、技術が成熟している。
五、抵抗法
この方法は近年応用が始まった技術であり、その原理は温度補償を前提として、サンプルの紫外線酸化前後の抵抗率の差を測定して実現した。しかし、この方法は測定された水体源に対して要求が厳しく、比較的清浄な工業用水と純水しか使用できず、応用方向が単一である。
六、紫外線法
TOCに対する紫外吸収スペクトルの検出分析は1972年にさかのぼることができ、Dobbsらは254 nmにおける紫外吸光度値(A)と都市下水処理二次水及び河川水のTOCとの線形関係について研究した。数十年の発展を経て、高速、非接触測定、再現性が良く、メンテナンス量が少ないなどの利点があるため、この方法の応用は急速に発展した。
七、コンダクタンス法
この方法に係る主要なデバイスはコンダクタンスプールであり、参照電極、測定電極、気液分離器、イオン交換樹脂、反応コイル、NaOHコンダクタンス液などからなる。コンダクタンスセルの利点は、低価格で普及しやすいが、安定性が悪いことである。
八、オゾン酸化法
オゾンの強い酸化性を利用して、オゾン酸化をTOCの検出技術として採用して、反応速度が速くて、二次汚染がなくて、及び高い応用価値がある。そのため、この方法の応用の将来性は非常に大きい。