کل کربن آلی (TOC) در آب:

کل کربن آلی (TOC) در آب به صورت تجزیه دستگاهی انجام می گیرد و معمولا برای نمونه های کم محتوای آلی به کار می رود. کل کربن آلی (TOC) در آب پارامتری کپه ای است برای تعیین غلظت کربن مقید در ترکیبات آلی آب است. در آزمایش toc ابتدا باید کربن معدنی را از نمونه حذف و سپس کربن باقی مانده که معرف کربن آلی است اندازه گیری کرد. برای حذف کربن معدنی در ابتدا باید نمونه را اسیدی کرد تا کربنات و بی کربنات آن به کربن دی اکسید (CO2) تبدیل شوند. سپس با هوادهی یا دیگر فرآیند های گاز زدایی (CO2) را از نمونه خارج کرد. آزمایش کل کربن آلی (TOC) با دقت بالا با استفاده از دستگاه TOC در آزمایشگاه شرکت آب راهبر محاسب آزمایش می شود.

برای اندازه گیری غلظت کل کربن آلی (TOC) در آب ، باید مواد آلی نمونه را اکسید کرد تا کربن آلی آن به گاز (CO2) تبدیل شود. در دستگاه های TOC  analyzerبرای اکسایش کربن آلی معمولا یکی از فرآیند های زیر انجام می گردد :

1. اکسایش با احتراق کاتالیزی در دمای بالا (HTC) و High-temperature catalytic combustion
2. نور اکسایش Photo-oxidation
3. اکسایش گرماشیمی Thermochemical oxidation
4. اکسایش نورشیمی Photochemical oxidation

در اکسایش HTC ، نمونه به داخل کوره ، با دمای زیاد (بیش از 700 درجه )  حاوی کاتالیزگر تزریق می شود. در نتیجه کربن آلی آن به گاز (CO2) تبدیل می شود. در نوراکسایش نور UV باعث اکسایش کربن آلی می شود. در اکسایش گرماشیمی یا نورشیمی علاوه بر گرما یا نور که اکسنده اصلی هستند ، اکسنده شیمیایی نیز افزوده می شود که باعث افزایش قدرت TOC  analyzer   می شود.

اندازه گیری کل کربن آلی (TOC) در آب با آنالیزور TOC

TOC  analyzer مدرن ، آشکارسازی و اندازه گیری (CO2) با آشکارساز های(دتکتور) رسانندگی یا فروسرخ ناپاشیده (NDIR) انجام می گیرد.  با آشکارساز های(دتکتور) رسانندگی ، اختلاف رسانندگی نمونه قبل و بعد از اکسایش مواد آلی و در آشکارسازی (NDIR)میزان جذب نور فروسرخ (با طول موج حدود 4.26 mm) توسط (CO2) اندازه گیری می شود و بر مبنای این اندازه گیری ها نهایتا غلظت کربن آلی تعیین می شود. TOC  analyzer مدرن قادر هستند در مدت زمان کم حدودا 5 الی 10 دقیقه غلظت کربن آلی را با دقت کمتر از 1 ppb اندازه گیری کنند.

TOC را می توان به 2 قسمت کربن آلی محلول(DOC)  کربن آلی معلق(POC) تقسیم کرد. TOC نمونه آب پس از عبور از صافی (با اندازه 0.45 تا1) معرف DOC است. حاصبل تفریق DOC از TOC برابر است با POC. اگر برای هر منبع خاص آب ، بتوان رابطه ای بین مقادیر TOC , CODو BOD یافت. آنگاه بدون انجام آزمایش می توان مقادیر BOD وCOD را برآورد کرد.

كربن آلي موجود در آب كه تحت شرايط اين استاندارد مي توان آن را جداسازي نمود.

مقادیر نوعی TOC آب های سطحی و زیر زمینی به ترتیب  در محدوده ی 1 تا 20 میلیگرم بر لیتر و 0.1 تا 2 میلیگرم بر لیتر است. TOC در آب های رنگی تالاب ها ممکن است به 100 تا 200 میلیگرم بر لیتر  هم برسد.مقادیر نوعی TOC در آب های طبیعی در شکل 1 نشان داده شده است. TOC در آب های آشامیدنی بین 100 تا 2500 میکروگرم بر لیتر می باشد. در فاضلاب ها ممکن است تا 100 میلیگرم بر لیتر نیز باشد.

شکل 1- محدودۀ غلظت TOC آب های طبیعی.

اگر محتوای آلی آب قابل ملاحظه باشد، با انجام آزمایش COD و از روی مقدار دی کرومات مصرف شده، می­ توان با تقریب  TOC نمونه را برآورد کرد؛ بدین منظور، واکنش زیر معرفی می شود:

اکی والان دی کرومات مصرف شده در واکنش بالا، معادل اکی والان کربن آلی اکسید شده است.

دستگاه اندازه گیری TOC ANALYZER برند SHIMADZU که نمونه های TOC در آزمایشگاه آبرام توسط این دستگاه اندازه گیری می شود.

مثال تعیین TOC از روی نتایج آزمایش COD:

برای تعیین COD نمونه آب آلوده ای، 10 mL محلول پتاسیم در کرومات با نرمالیته 0.100 eq/L  به 20 mL نمونه اضافه شد. در تیترسنجی برگشتی از FAS با نرمالیته eq/L 0.105 استفاده شد. حجم های FAS مصرف شده برای نمونه و شاهد، به ترتیب 5.02 mL و 9.25 mL بودند. COD حساب کرده و بعد از آن TOC نمونه را تعیین کنید.

حل:

تعیین COD با استفاده از رابطه زیر:

1- تعیین اکی والان دی کرومات مصرف شده در آزمایش COD با استفاده از داده ­های بالا :

2- تعیین اکی والان کربن آلی اکسید شده: اکی والان دی کرومات مصرف شده معادل اکی والان کربن اکسید شده است.

3- تعیین وزن اکی والان کربن آلی: ظرفیت کربن در ترکیب آلی صفر و در کربن دی اکسید 4+ است؛ لذا به ازای هر اتم کربن آلی که اکسیده (تبدیل به کربن دی اکسید) شود؛ چهار الکترون منتقل می­ شود.

4- تعیین جرم کربن آلی اکسید شده:

5- تعیین TOC