島津TOC—VCPH分析儀測定養(yǎng)殖廢水中的總有機碳

石洪玥+賈婷婷+周勝杰+梁健+方珍珍+孫學亮+陳成勛+白東清

摘 要：總有機碳（TOC）是以水樣中含碳量來表征有機物的含量，是對環(huán)境水體中有機物含量的一種估量，也是有機污染的綜合指標之一，其作為水體重要指標越來越受到重視。采集天津地區(qū)的水產(chǎn)養(yǎng)殖場養(yǎng)殖廢水水樣，通過測定樣品總碳（TC）和無機碳（IC）含量，計算二者的差值可得到總有機碳（TOC）含量。島津TOC-VCPH分析儀操作簡單、靈敏度高、成本較低，可在水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的水質(zhì)監(jiān)測中應用。

關(guān)鍵詞：總有機碳（TOC） 養(yǎng)殖廢水 島津TOC-VCPH分析儀

中圖分類號：X832 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）02（c）-0113-03

Abstract：Total organic carbon（TOC） is the carbon content of water samples to represent the content of organic matter， is the amount of organic matter in the environment and is an estimate of organic pollution， also one of the comprehensive indicators. It as an important indicator of water more and more attention. Collecting ordinary water sample in aquaculture farms of Tianjin. TOC concentration could be obtained by subtracting the TIC（Total Inorganic Carbon） concentration from the TC（Total Carbon） concentration. Shimadzu TOC-VCPH analyzer is simple， high sensitivity， low cost， can be applied to water quality monitoring in aquaculture waste water.

Key Words：Total organic carbon（TOC）； Aquaculture waste water； Shimadzu TOC-VCPH analyzer

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)得到了迅猛的發(fā)展。然而在滿足了人們物質(zhì)需求的同時，也帶來了相應的環(huán)境問題。原有的粗放型養(yǎng)殖方式對養(yǎng)殖廢水不加以處理直接排放，加劇了養(yǎng)殖區(qū)鄰近水域的水體富營養(yǎng)化程度和水質(zhì)污染，并引發(fā)一系列有害的生態(tài)環(huán)境問題。海水工廠化養(yǎng)殖廠通常坐落于海岸以便于海水引入養(yǎng)殖池。含有大量污染物質(zhì)的池水排入近海，污染的海水又重新注入池內(nèi)，引起池水污染，形成惡性循環(huán)。當受污染的水進入池內(nèi)，輕則影響生物的生長，重則引起病害發(fā)生。

水體的有機污染是水質(zhì)污染的主要問題。人們一般以有機綜合指標來定量地反映有機污染程度，總有機碳（TOC）是以水樣中含碳量來表征有機物的含量，是對環(huán)境水體中有機物含量的一種估量，也是有機污染的綜合指標之一。TOC是評價水體被有機物質(zhì)污染程度的重要指標，代表水體中所含有機物質(zhì)的總和，直接反映了水體被有機物質(zhì)污染的程度。目前，TOC測量已經(jīng)廣泛地應用到江河、湖泊以及海洋監(jiān)測等方面，對于地表水、飲用水、工業(yè)用水以及制藥用水等方面的質(zhì)量控制，TOC同樣是重要的測量參數(shù)。實際上TOC測量已經(jīng)成為世界上水質(zhì)量控制的主要檢測手段[1]。

為了探索水中總有機碳（TOC）分析儀的測定效果，選取天津養(yǎng)殖場不同養(yǎng)殖池養(yǎng)殖廢水為樣本，測定其總有機碳（TOC）和無機碳（TIC），并分析評價水中總有機碳（TOC）分析儀在養(yǎng)殖廢水監(jiān)測中的應用。

1 測定原理

TOC分析儀，是將水溶液中的總有機碳氧化為CO2，然后用非色散紅外檢測器（NDIR，Nondispersive Infrared）其含量，得到信號峰形，然后對峰面積進行積分，利用峰面積與CO2含量成正比的對應關(guān)系，從而對水溶液中總有機碳進行定量測定[2]。

氧化原理有高溫催化燃燒與濕化學法兩種。由于氧化方式不同，TOC分析儀也對應地分為燃燒法與濕法兩種型號。該文使用燃燒法TOC機型，即島津總有機碳分析儀TOC-VCPH。主要氧化方法是指在高溫下，在鉑金催化劑存在的情況下，將樣品氧化[3]。

按測定TOC值的不同原理又可分為差減法和直接法兩種。該試驗中，養(yǎng)殖場養(yǎng)殖廢水中易揮發(fā)性有機物含量較大，因此采用差減法測定。

2 材料與方法

（1）試驗樣品。采集于天津海升水產(chǎn)養(yǎng)殖有限公司養(yǎng)殖池，樣品選擇有舌鰨養(yǎng)殖池（S）、大菱鲆養(yǎng)殖池（D）和河鲀（H）養(yǎng)殖池，每種魚類分別取大小兩種規(guī)格（舌鰨750 g和100 g左右；大菱鲆1 000 g和200 g左右；河鲀300 g和10 g左右）各3個養(yǎng)殖池，每個養(yǎng)殖池出水口取水樣，用水樣瓶采集后于4 ℃冰箱內(nèi)保存，24 h內(nèi)帶回實驗室進行測定。以鄰苯二甲酸氫鉀作有機標準試劑有機碳標準溶液，內(nèi)標法建立工作曲線，加標回收率在90%～105%之間。24 h內(nèi)以TOC-VCPH對樣品進行分析測定。整個分析過程的質(zhì)量保證和質(zhì)量控制[4]（QA/QC）依照《環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測質(zhì)量保證手冊》執(zhí)行。

（2）儀器與試劑配制。有TOC分析采用島津分析儀（Shinadzu）總有機碳分析儀TOC-VCPH進行測定，所需藥品有超純水、鄰苯二甲酸氫鉀（KHC8H4O4）（優(yōu)級純）、碳酸鈉（Na2CO3）（分析純）、碳酸氫鈉（NaHCO3）（分析純）、鹽酸（分析純）和磷酸（分析純）。

①標準貯備液的制備。有機碳標準儲備溶液（C=1 000 mg/L）制備，稱取2.125 4 gKHC8H4O4在烘箱內(nèi)120 ℃干燥3 h，用超純水溶解后于1 000 mL的容量瓶中定容，溶液有機碳濃度為1 000 mg/L。無機碳標準儲備溶液（C=1 000 mg/L）制備，稱取3.500 g干燥后的NaHCO3和無水Na2CO3，用超純水溶解后于1 000 mL的容量瓶中定容，溶液無機碳濃度為1 000 m/L。

②標準曲線的繪制。儀器將標準儲備溶液自動稀釋成標準系列進行標準樣品測定，并繪制TC、IC校準曲線，儲存于儀器中，以備調(diào)用[5]。

（3）差減法測定TOC值的方法原理。水樣分別被注入高溫燃燒管（900 ℃）和低溫反應管（150 ℃）中。經(jīng)高溫燃燒管的水樣受高溫催化氧化，使有機化合物和無機碳酸鹽均轉(zhuǎn)化成為CO2。經(jīng)反應管的水樣受酸化而使無機碳酸鹽分解成為CO2，其所生成的CO2依次導入非分散紅外檢測器，從而分別測得水中的總碳（TC）和無機碳（IC）?？偺寂c無機碳之差值，即為總有機碳（TOC）。計算公式為：TOC（mg/L）=TC-IC[2]。

3 結(jié)果與分析

表1為不同養(yǎng)殖池排水口所采水樣中TOC的含量。從表1中可以看出，IC值均小于TC值，可采用差減法計算。所采水樣TOC值范圍在17～36 mg/L之間，遠小于污水廠排污口TOC值及工業(yè)廢水TOC值，我國目前的TOC環(huán)境標準值范圍為20～60 mg/L，該養(yǎng)殖場養(yǎng)殖廢水TOC值符合排污標準。同種魚類不同規(guī)格養(yǎng)殖池出水口的TOC值相差不大，同種規(guī)格魚類不同養(yǎng)殖池間TOC含量略有差異。

4 總有機碳（TOC）分析儀在養(yǎng)殖廢水監(jiān)測中的應用及注意事項

總有機碳（TOC）是水中有機物所含碳的總量，所以能完全反映有機物對水體的污染水平。它與化學需氧量（COD）和生物需氧量（B0D）一起都是用來表示水中有機污染物的綜合指標，且TOC所反映水中的有機污染物更為全面、合理[6]。利用TOC分析儀測定分析時間短，只需2～3 min就可測定出污水中有機物排放情況，能夠及時準確地反映污水中有機污染程度。因此，國外許多國家將TOC在線自動監(jiān)測儀置于工廠總排污口，隨時監(jiān)測廢水的排污情況[7]。該試驗將總有機碳分析儀監(jiān)測系統(tǒng)應用于工廠化養(yǎng)殖廢水監(jiān)測中，可以全面、準確、及時地了解養(yǎng)殖廢水的TOC值，實時監(jiān)測排污量。在監(jiān)測過程中，TOC測定還需注意以下幾點。

（1）進樣量。進樣量過小會影響重現(xiàn)性和降低方法靈敏度。但進樣量又不能太多，否則將影響氣化效率，也不利于石英反應管，尤其還往往會引起殘余濕分干擾或出現(xiàn)回峰滯后。低量碳時，進樣量以30～50 μL為宜；碳量在幾十個毫克每升以上時，進樣量可在10～30 μL范圍內(nèi)選擇。該試驗選擇的進樣量為30 μL。

（2）樣品稀釋。待測養(yǎng)殖廢水中TOC含量較高，對于不同廢水樣品，在測定過程中要適當加以稀釋，使其測定值在標準曲線的線性范圍內(nèi)，從而保證測定值的準確。該試驗養(yǎng)殖廢水中懸浮物較多，同樣做適當稀釋后進樣。

（3）IC對TC測定的影響。若樣品中無機碳含量較高，仍用差減法計算TOC，會造成很大的誤差，進而影響TOC值的測定。此情況下，應預先對樣品進行前處理。該試驗經(jīng)預實驗測定后，IC值小于TC值，選擇差減法計算TOC值符合標準。

（4）鹽度對TC測定的影響。有研究表明，當NaCI的濃度為TOC濃度1 000倍時，NaCI對TOC測定影響仍較小。而且測定過程中所得峰形正常，基線平直，無拖尾、基線漂移等現(xiàn)象[6]。該試驗中，所選養(yǎng)殖池的養(yǎng)殖魚類均為海水魚類，養(yǎng)殖池水鹽度為12～17，不會對TC值的測定造成影響。

參考文獻

[1] 黃韻行.總有機碳分析儀測定水質(zhì)中TOC的方法比較[J].環(huán)境，2010（S2）：75-76.

[2] 劉慧敏.總有機碳分析儀測定常見水的TOC[J].民營科技，2011（10）：7.

[3] 吳華忠，何文絢，陳為健，等.島津TOC-VCPH分析儀測定地表水和廢水中的總有機碳[J].閩江學院學報，2009，30（2）：80-83.

[4] 中國環(huán)境監(jiān)測總站《環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測質(zhì)量保證手冊》編寫組.環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測質(zhì)量保證手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，1994.

[5] 吳啟航，崔明超.總有機碳分析儀測定常見水的TOC[J].中國測試，2009，35（3）：90-92.

[6] 孫宗光，齊文啟.總有機碳的測定及其在環(huán)境監(jiān)測中的應用[J].現(xiàn)代科學儀器，1998（6）：45-48.

[7] 鐘江寧，劉橋，蔣梁中.島津TOC-4100型總有機碳測量儀及其在水質(zhì)監(jiān)測中的應用[J].機床與液壓，2005（1）：128-130.