Sievers M9 TOC 实验型分析仪的基本工作原理

       M9实验室型 TOC 分析仪借助Sievers TOC技术提供久经考验的可靠性和准确性。除了分析性能和合规性，M9实验室型还具有自动化功能，可以帮助您节省时间，并提供阶段1电导率同步测试选项以及Turbo模式下的4秒分析时间。M9 TOC分析仪和软件符合21 CFR Part 11，并且满足或超越现行的数据完整性指导原则。对于制药行业，Sievers验证支持包(VSP)可帮助您从容应对M9验证流程，从而实现更加高效的仪表实施。针对软件的全新Sievers VSP专为通过验证Sievers DataPro2软件以解决数据完整性和21 CFR Part 11的问题而撰写。

       TOC 的分析方法是将一定量的样品水中的有机分子完全氧化成二氧化碳（CO₂），然后测量结果 CO₂的浓度，并将此浓度视为碳浓度。测量 TOC 的技术有多种，各个厂家生产的仪器之间的主要差别在于氧化有机物和测量结果 CO₂ 浓度的方法有所不同。

M9 TOC实验室型分析仪的工作原理图

氧化  

       样品进入分析仪后，将 6M 磷酸（H₃PO₄，在用户界面上显示为酸剂）以设定的流量注入样品， 将样品的 pH 值降至 2。再向酸化样品中加入 15％的过硫酸铵（(NH₄)₂S₂O₈，在用户界面上显 示为氧化剂），以促使有机物氧化，以便准确测量总碳（TC，Total Carbon）和无机碳（IC， Inorganic Carbon）。样品通过混合线圈，到达分流管。

       如果使用无机碳去除器（ICR，Inorganic Carbon Remover），需要向样品中增加酸剂，以去 除过多的 IC。ICR 可以通过真空脱气来去除过多的 IC。 

       分流管将样品分成两股相同但彼此分离的水流。一股水流用于测量 IC，另一股水流用于测量 TC。 

       TC 流进入氧化反应器，样品在那里被暴露于紫外线下。紫外线加上过硫酸铵（添加量视具体 应用而定）会氧化样品中的有机化合物，将碳原子转化成 CO₂。反应器是缠绕在紫外灯外的螺 旋石英管。紫外灯放射 185 和 254 纳米的紫外线，从而形成由水光解（见方程式 1）和过硫 酸铵（见方程式 2、3）产生的羟基自由基形式的强氧化剂：

H₂O + hv → (185 nm) OH·+ H· （1）

S₂O₈^2- + hv → (254 nm) 2 SO₄·- （2）

SO4·^- + H2O → HSO₄^- + OH· （3）

羟基自由基（OH·）完全氧化有机物，将有机物中的碳原子转化成 CO₂.

有机化合物 + OH·→ CO₂ + H₂O （4）

        当样品中的 TOC 浓度很低时（小于 1 ppm），通常无需加过硫酸铵，使用光解水（见方程式 1）产生的羟基自由基就能实现完全氧化。

       IC 流经过延时线圈，延时线圈使 IC 流流过分析仪的总时间同 TC 流流过分析仪的时间相等。

       当 TC 流从氧化反应器中流出，且 IC 流从延时线圈中流出时，会流向各自的 CO₂ 传输模块。 CO₂ 传输模块是 SUEZ 公司的专利产品，可以利用选择性透气薄膜将 CO₂ 从样品中分离出来。 薄膜将分析仪的样品回路与去离子水回路分开。分析仪的去离子水回路是闭合环路，由两个电导池（分别用于测量 TC 流和 IC 流）、去离子水泵、去离子水容器、离子交换树脂床组成。

监测

       利用膜电导率检测法来定量测量样品中的 IC 和 TC。样品中的 CO₂ 穿过薄膜，进入集成去离子水环路提供的去离子水中，同时干扰性化合物和其它氧化副产物因受到薄膜的阻挡而留在 样品回路一侧。CO₂ 与水反应产生碳酸，碳酸分解成氢离子和碳酸氢根离子：

CO₂ + H₂O → H₂CO₃→ H⁺ + HCO₃^- (5)

       去离子水被泵持续抽过分析仪的去离子水回路，同时从 CO₂ 传输模块中收集 H⁺ 和 HCO₃^- 离子， 以及 H₂CO₃ 和 CO₂ 分子，并将其送到电导池进行测量。然后，离子交换树脂消除 HCO₃^- 和其它离子，Z后水被抽回 CO₂ 传输模块，再重复上述步骤。

       TC 和 IC 电导池都带有电热调节器，所有的电导率读数都经过温度校正。TC 和 IC 样品流中的 CO₂ 可以通过各自的电导池进行测量，可以用电导率读数来计算 TC 和 IC 的浓度。得到测 量值后，TOC 就等于下列差值：

_{TOC = TC - IC (6)}