一種測定水質總有機碳的快速檢測劑的製備與使用方法與流程
2023-10-11 15:05:59
本發明涉及一種測定水質總有機碳的快速檢測劑的製備與測定使用方法，具體是一種現場快速檢測水體中總有機碳的方法，屬於環境監測技術領域。
背景技術：
總有機碳(toc)是水中有機物所含碳的總量，它比化學需氧量(cod)和生物需氧量(bod)更能確切表示水中有機汙染物的綜合指標。目前，toc檢測主要包括差減法和直接法。差減法是首先測定水樣的無機碳，再測定總碳，兩者差值得水樣的toc，但該法精密度低，操作複雜，測量周期較長，誤差大。直接法是先前處理吹出酸化水樣中的無機碳，再消解測定toc。toc樣品前處理方式主要是溼式氧化法和燃燒氧化法，溼式氧化法主要包括加熱氧化、紫外‐過硫酸鹽氧化和羥基自由基氧化，產生的二氧化碳大都通過非分散紅外儀器實現檢測。燃燒—非分散紅外法對有機物的氧化比較完全，但其靈敏度較低、儀器昂貴，水樣前處理裝置比較複雜，且自動清洗困難，給日常維護和管理帶來許多不便。fujishima等發現光催化劑在光照下產生表面羥基或水吸附後形成表面活性中心具有強氧化性的特點(fujishimaa，hondak，electrochemicalphotolysisofwateratasemiconductorelectrode，nature，1972，238：37‐38)，使有機物被氫氧自由基氧化成二氧化碳，對腐植酸等難氧化物質也能夠完全氧化，通過非分散紅外法檢測，具有較高的回收率。臭氧氧化法是利用臭氧具有強氧化能力，具有反應速度快、無二次汙染優點，缺點是臭氧利用率較低，氧化能力不足。prengle等開展了對臭氧氧化效率提高的研究(prenglehw，markce，newtechnology：ozone/uvchemicaloxidationwastewaterprocessformetalcomplexes，organicspeciesanddisinfection，aichesymposiumseries，1978，74：178‐228)，引進uv催化技術和加入雙氧水的方法。荷蘭生產的biotector970率先採用了羥基自由基氧化廢水中的有機物，可在線檢測生物反應器中toc變化，數據不受鹽類的影響(楊丹，潘建明，總有機碳分析技術的研究現狀及進展，浙江師範大學學報(自然科學版)，2008，(4)：441‐444)。葉大林等開發了一種總有機碳測試的自動進樣裝置(葉大林，夏信群，一種總有機碳測試的自動進樣裝置，浙江：cn205027772u，2016)，以驅動注射器代替人工操作，取樣、進樣自動化高，避免人為操作的誤差，但裝置系統複雜。齊文啟等建立了uv/過硫酸鹽氧化法檢測toc的方法(齊文啟，孫宗光，陳偉軍等，總有機碳及其自動在線監測儀的研製，現代科學儀器，2005，(6)：27‐36)，使定量水樣自動進入二氧化碳發生器中，加入磷酸除去水樣中的無機碳，再將去除無機碳後的水樣和過硫酸鉀混合併注入到螺旋反應管，在uv和加熱作用下將水樣中的有機物消解處理，將其混合液放入二氧化碳發生器中，再導入紅外檢測器，測定二氧化碳生成量，toc檢出限為0.5mg/l，使用和維護方便，可實現數據共享及遠程控制，但該儀器組成結構複雜，需要多個控制系統配合，成本昂貴。德國elementar公司生產的liquitoc能保證一次進樣測量而避免兩次進樣分析的誤差累加，操作程序多，檢測成本高。diflandre等建立了紫外光譜技術對納升級樣品的toc檢測技術(deflandreb，gagnéjp，estimationofdissolvedorganiccarbonconcentrationsinnanolitersamplesusinguvspectroscopy，waterresearch，2001，35：3057‐3062)，通過測量納升級水樣在254nm波長下吸光度，計算水樣中toc含量。該技術簡單、快捷、價格低，但懸浮物、膠態物質、ph等對測定有較大影響，此法僅僅對成分單一或組分簡單的水體適用。對於複雜水體如廢水樣，往往需要進行必要的預處理。
上述檢測方法都需要複雜、昂貴的檢測儀器測量二氧化碳，操作繁瑣，只能在實驗室內進行，而且對操作人員的專業技能有較高要求。截止到目前為止，尚未發現有關比色法或分光光度法檢測toc的文獻報導。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一套供野外或實驗現場使用的地表水、生活汙水、工業廢水等樣品中總有機碳(toc)的快速檢測劑和檢測方法。
為了達到上述目的，本發明發現在鹼性溶液中，有機物與過硫酸鹽反應生成二氧化碳，繼而與氫氧化鈣反應生成光學性質穩定的碳酸鈣懸濁液，由此反應原理製備總有機碳檢測粉劑，並建立檢測分析方法，具體製備方法如下：
按質量比稱取氫氧化鈣：氫氧化鈉：過硫酸鹽＝3～10：10～40：50～100，混合均勻，研磨成粉，得總有機碳檢測劑。
上述過硫酸鹽指過硫酸銨，或過硫酸鉀，或過硫酸鈉；
上述氫氧化鈣，氫氧化鈉和過硫酸鹽均為市售分析純化學品。
該檢測粉劑使用方法如下：取5～10ml待測水樣於玻璃試管內，加入2滴2mol/l硫酸溶液，劇烈搖動1分鐘，加入0.1～0.5g總有機碳檢測劑，搖動溶解，將試管置於聚亞胺加熱器上，煮沸5～10分鐘後，將試管置於冷水中冷卻5～10分鐘，搖勻後將液體轉移到比色池，利用比色計或分光光度計測量，即得待測水樣中總有機碳含量。
上述待測水樣指地表水、生活汙水和工業廢水。
上述2mol/l硫酸溶液為市售優級純濃硫酸配製。
上述聚亞胺加熱器為市售產品。
本發明的創新點和特色如下：
1，傳統的總有機碳(toc)標準檢測方法(hj/t71‐2001)須配合非色散紅外吸收儀使用，操作複雜，檢測成本高，且須首先排除無機碳幹擾，而本發明僅為一種檢測粉劑，替代標準方法中的磷酸和過硫酸鉀液體試劑，利用比色計或分光光度計測量，無機碳共存不幹擾檢測。
2，本發明的總有機碳檢測劑製備方法簡單，質量穩定，運輸、攜帶方便，操作使用簡單、檢出限為1mg/ltoc，可用於地表水、汙水中toc的快速檢測，尤其適合於野外或現場使用。
具體實施方式
實施例1
總有機碳檢測劑的製備
稱取10g氫氧化鈣、20g氫氧化鈉、100g過硫酸鉀，混合後，研磨成粉，得總有機物檢測劑。
實施例2
採用本發明的實施例1得到的總有機碳檢測劑測定湖水toc濃度
取10ml某湖水於玻璃試管，加入2滴2mol/l硫酸溶液，劇烈搖動1分鐘，加入0.2g總有機碳檢測劑，搖勻溶解後，將試管置於聚亞胺加熱器(pih02型，工作電壓24v、功率25w，上海綠帝環保科技有限公司生產)，加熱至沸騰，5分鐘後將試管置於冷水中冷卻5分鐘，搖勻後將液體轉移到比色池，以水為參比，利用分光光度計在500nm波長下測定吸光度，代入總有機碳標準曲線，計算湖水中toc濃度是8.2mg/l，與hj/t71‐2001標準檢測方法結果8.9mg/l一致，檢測全過程不足15分鐘，明顯短於hj/t71‐2001標準檢測方法的30分鐘，而且操作更為簡單，數據可靠，因此，該檢測劑適合於地表水toc快速現場檢測。
實施例3
採用本發明的實施例1得到的總有機碳檢測劑測定汙水中toc濃度
取某汙水處理廠出水10ml於玻璃試管，加入2滴2mol/l硫酸溶液，劇烈搖動1分鐘，加入0.2g總有機碳檢測劑，搖勻溶解後，將試管置於聚亞胺加熱器(pih02型，工作電壓24v、功率25w，上海綠帝環保科技有限公司生產)，加熱至沸騰，5分鐘後將試管置於冷水中冷卻5分鐘，搖勻後將液體轉移到比色池，以水為參比，利用分光光度計在500nm波長下測定吸光度，代入總有機碳標準曲線，並計算碳基toc濃度為48.0mg/l，與hj/t71‐2001標準檢測方法結果51.7mg/l一致。