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经济实用地分析卤水和盐水样品的总有机碳TOC

发布时间:2020-03-17作者:智汇小新

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挑战

许多行业都需要掌握盐水或卤水溶液中的有机杂质的含量,以保证产品质量、过程控制、资产保护。能够准确评估这些溶液的质量,是决定应用适用性的关键。上述行业包括海水淡化、石油和天然气、氯碱和制药/生物制药等。


典型的卤水溶液是水基样品,含有微粒和溶解的碳氢化合物,以及溶解的氯化钠(NaCl)或其它盐。海水一般是3.5 - 4.5%的卤水溶液,氯碱样品是高达28%的卤水溶液。


选择总有机碳(TOC,Total Organic Carbon)作为衡量卤水质量的参数,是评估有机杂质的有效方法。所选的分析仪器必须满足化学兼容性,而且必须确定氧化效率。


在测量TOC时,盐基质给分析仪器带来了挑战。在UV-NDIR类系统中,侵蚀性的样品基质会损害红外源,大幅降低其工作效率。在燃烧类技术中,会发生催化剂中毒及燃烧管变得不透明。设备一旦遭受卤水溶液的侵害,就需要进行彻底的维护和修理。


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解决方案

Sievers® InnovOx分析仪采用超临界水氧化(SCWO,Supercritical Water Oxidation)技术,能够定量分析高浓度盐基质中的TOC,具有高准确度、精确度和灵敏度。超临界水氧化技术通过去除无机干扰物来使氧化率最大化。例如,分析仪通过增加分析量,达到饱和NaCl(6M)溶液的50 μg/L(ppb)碳的检测限(LOD,Limit of Detection)。分析仪能够耐受溶解的和悬浮的固体颗粒,能够抵抗分析过程中产生的盐酸的腐蚀。分析仪还具有其他优势,其中包括:


  • 无需催化剂,无燃烧管结垢或退化

  • 低耗材成本,只需更换管子、密封件、卤素捕集器

  • 无需气泵,分析仪可以使用环境空气来操作

  • 可以用Sievers InnovOx Online在线型分析仪来实时产生过程数据,或用Sievers InnovOx ES实验室型分析仪来产生离线数据组


在以下的卤水分析中,Sievers InnovOx(实验室型或在线型)用邻苯二甲酸氢钾(KHP,Potassium Hydrogen Phthalate)来校准。分析仪在不可去除有机碳(NPOC,Non-purgeable Organic Carbon)的模式下运行样品。

  1. 在氯碱膜电解过程中使用28% NaCl,TOC限值小于10 ppm

  2. 在制药/生物制药浸出和提取物应用中,用6M NaCl溶液,其中TOC污染必须极小

  3. 海水处理


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结果

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在氯碱膜电解过程中,用28% NaCl

用自动进样器在无人操作的情况下对含有5 ppm TOC的氯碱卤水样品进行140次分析,运行时间约为12小时。表1是数据总结,其中σ是标准偏差,RSD是相对标准偏。

表1中的结果显示,仪器的相对精确度优于4%。在如此长时间的运行中,分析不受干预,分析仪无需维护,这进一步说明Sievers InnovOx不受28%NaCl基质的影响。


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高纯度卤水(6M NaCl)的低浓度TOC定量分析(制药/生物制药浸出和提取物应用)

分别将0.25、0.40、0.60 ppm的蔗糖加标到6M NaCl溶液中,然后用Sievers InnovOx进行分析,由此来确定高纯度卤水中的TOC回收率的精确度和准确度。表2中的结果显示,相对于加标值,回收率的偏差在5% 以内。甚至在低于0.50 ppm时,相对精确度也好于15%。在0.25 - 0.60 ppm范围内的回收性能进一步表明,Sievers InnovOx适用于分析6M NaCl中的小于1 ppm 的TOC。


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海水处理

在海水处理应用中,海水经过几个步骤的处理,在每个处理步骤之后检查有机物含量,以确保最佳性能和出水质量。分析结果如表3所示。

表3中的结果显示,相对精确度优于6%。有机物含量随工艺步骤而降低,表明有机物被有效去除。这就证明了Sievers InnovOx适用于测量有机物。即使当TOC浓度小于1 ppm时,分析仪都具有良好的适用性。


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技术

Sievers InnovOx分析仪采用超临界水氧化(SCWO,Supercritical Water Oxidation)技术,将有机碳分子氧化成二氧化碳,然后用非色散红外(NDIR,Non-Dispersive Infrared)检测技术对其进行定量分析。 在超临界水氧化过程中,样品在水的热力学临界点以上被加热加压。在此条件(375˚C和220 bar)下,水成为超临界液体,有机物高度可溶,而无机盐不可溶。这些条件能够提高氧化效率,使分析仪能够有效测量侵蚀性和复杂基质中的TOC。


Sievers InnovOx除了测量溶解的TOC外,还能测量含有悬浮物质的样品中的TOC微粒(<800 μm)。


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建议

在用吸样来监测多个位置时,可以使用Sievers InnovOx ES实验室型分析仪,此款仪器可以配置可选的空气过滤器。此选项可以使用环境空气作为分析仪的载气,无需加压的氮气或仪器气体。自动进样器最多可以配置120个35 mL样品管,或者63个40 mL或60 mL样品瓶。此外,在应用中还可以使用可选的搅拌台和清洗台。我们建议使用上述选项来保持样品的均匀性,而且便于日常清洁自动进样器的针,以及防止卤水腐蚀设备。


当需要连续的实时数据时,可以使用Sievers InnovOx在线型分析仪来分析卤水。我们建议配置PTFE样品阀来防止卤水腐蚀。此外,应在防护罩内安装吹扫空气加湿器,以防腐蚀性环境气体和水溅起。


公司简介

宜科(天津)电子有限公司是中国工业自动化的领军企业,于2003年在天津投资成立,销售和服务网络覆盖全国。作为中国本土工业自动化产品的提供商和智能制造解决方案的供应商,宜科在汽车、汽车零部件、工程机械、机器人、食品制药、印刷包装、纺织机械、物流设备、电子制造等诸多领域占据领先地位。宜科为智慧工厂的整体规划实施提供自系统层、控制层、网络层到执行层自上而下的全系列服务,产品及解决方案涵盖但不局限于云平台、MES制造执行系统、工业现场总线、工业以太网、工业无线通讯、机器人及智能设备组成的自动化生产线、自动化电气控制系统集成、智能物流仓储系统等,以实现真正智能化的生产制造,从而带来生产力和生产效率的大幅提升,以及对生产灵活性和生产复杂性的管理能力的大幅提升。多年来,宜科以创新的技术、卓越的解决方案和产品坚持不懈地为中国制造业的发展提供全面支持,并以出众的品质和令人信赖的可靠性、领先的技术成就、不懈的创新追求,在业界独树一帜。帮助中国制造业转型升级,加速智能制造进程,成为中国工业4.0智慧工厂解决方案当之无愧的践行者。

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