岛津TOC—VCPH分析仪测定养殖废水中的总有机碳

石洪玥+贾婷婷+周胜杰+梁健+方珍珍+孙学亮+陈成勋+白东清

摘 要：总有机碳（TOC）是以水样中含碳量来表征有机物的含量，是对环境水体中有机物含量的一种估量，也是有机污染的综合指标之一，其作为水体重要指标越来越受到重视。采集天津地区的水产养殖场养殖废水水样，通过测定样品总碳（TC）和无机碳（IC）含量，计算二者的差值可得到总有机碳（TOC）含量。岛津TOC-VCPH分析仪操作简单、灵敏度高、成本较低，可在水产养殖废水的水质监测中应用。

关键词：总有机碳（TOC） 养殖废水 岛津TOC-VCPH分析仪

中图分类号：X832 文献标识码：A 文章编号：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

隨着经济的发展，水产养殖业得到了迅猛的发展。然而在满足了人们物质需求的同时，也带来了相应的环境问题。原有的粗放型养殖方式对养殖废水不加以处理直接排放，加剧了养殖区邻近水域的水体富营养化程度和水质污染，并引发一系列有害的生态环境问题。海水工厂化养殖厂通常坐落于海岸以便于海水引入养殖池。含有大量污染物质的池水排入近海，污染的海水又重新注入池内，引起池水污染，形成恶性循环。当受污染的水进入池内，轻则影响生物的生长，重则引起病害发生。

水体的有机污染是水质污染的主要问题。人们一般以有机综合指标来定量地反映有机污染程度，总有机碳（TOC）是以水样中含碳量来表征有机物的含量，是对环境水体中有机物含量的一种估量，也是有机污染的综合指标之一。TOC是评价水体被有机物质污染程度的重要指标，代表水体中所含有机物质的总和，直接反映了水体被有机物质污染的程度。目前，TOC测量已经广泛地应用到江河、湖泊以及海洋监测等方面，对于地表水、饮用水、工业用水以及制药用水等方面的质量控制，TOC同样是重要的测量参数。实际上TOC测量已经成为世界上水质量控制的主要检测手段[1]。

为了探索水中总有机碳（TOC）分析仪的测定效果，选取天津养殖场不同养殖池养殖废水为样本，测定其总有机碳（TOC）和无机碳（TIC），并分析评价水中总有机碳（TOC）分析仪在养殖废水监测中的应用。

1 测定原理

TOC分析仪，是将水溶液中的总有机碳氧化为CO2，然后用非色散红外检测器（NDIR，Nondispersive Infrared）其含量，得到信号峰形，然后对峰面积进行积分，利用峰面积与CO2含量成正比的对应关系，从而对水溶液中总有机碳进行定量测定[2]。

氧化原理有高温催化燃烧与湿化学法两种。由于氧化方式不同，TOC分析仪也对应地分为燃烧法与湿法两种型号。该文使用燃烧法TOC机型，即岛津总有机碳分析仪TOC-VCPH。主要氧化方法是指在高温下，在铂金催化剂存在的情况下，将样品氧化[3]。

按测定TOC值的不同原理又可分为差减法和直接法两种。该试验中，养殖场养殖废水中易挥发性有机物含量较大，因此采用差减法测定。

2 材料与方法

（1）试验样品。采集于天津海升水产养殖有限公司养殖池，样品选择有舌鳎养殖池（S）、大菱鲆养殖池（D）和河鲀（H）养殖池，每种鱼类分别取大小两种规格（舌鳎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个养殖池，每个养殖池出水口取水样，用水样瓶采集后于4 ℃冰箱内保存，24 h内带回实验室进行测定。以邻苯二甲酸氢钾作有机标准试剂有机碳标准溶液，内标法建立工作曲线，加标回收率在90%～105%之间。24 h内以TOC-VCPH对样品进行分析测定。整个分析过程的质量保证和质量控制[4]（QA/QC）依照《环境水质监测质量保证手册》执行。

（2）仪器与试剂配制。有TOC分析采用岛津分析仪（Shinadzu）总有机碳分析仪TOC-VCPH进行测定，所需药品有超纯水、邻苯二甲酸氢钾（KHC8H4O4）（优级纯）、碳酸钠（Na2CO3）（分析纯）、碳酸氢钠（NaHCO3）（分析纯）、盐酸（分析纯）和磷酸（分析纯）。

①标准贮备液的制备。有机碳标准储备溶液（C=1 000 mg/L）制备，称取2.125 4 gKHC8H4O4在烘箱内120 ℃干燥3 h，用超纯水溶解后于1 000 mL的容量瓶中定容，溶液有机碳浓度为1 000 mg/L。无机碳标准储备溶液（C=1 000 mg/L）制备，称取3.500 g干燥后的NaHCO3和无水Na2CO3，用超纯水溶解后于1 000 mL的容量瓶中定容，溶液无机碳浓度为1 000 m/L。

②标准曲线的绘制。仪器将标准储备溶液自动稀释成标准系列进行标准样品测定，并绘制TC、IC校准曲线，储存于仪器中，以备调用[5]。

（3）差减法测定TOC值的方法原理。水样分别被注入高温燃烧管（900 ℃）和低温反应管（150 ℃）中。经高温燃烧管的水样受高温催化氧化，使有机化合物和无机碳酸盐均转化成为CO2。经反应管的水样受酸化而使无机碳酸盐分解成为CO2，其所生成的CO2依次导入非分散红外检测器，从而分别测得水中的总碳（TC）和无机碳（IC）。总碳与无机碳之差值，即为总有机碳（TOC）。计算公式为：TOC（mg/L）=TC-IC[2]。

3 结果与分析

表1为不同养殖池排水口所采水样中TOC的含量。从表1中可以看出，IC值均小于TC值，可采用差减法计算。所采水样TOC值范围在17～36 mg/L之间，远小于污水厂排污口TOC值及工业废水TOC值，我国目前的TOC环境标准值范围为20～60 mg/L，该养殖场养殖废水TOC值符合排污标准。同种鱼类不同规格养殖池出水口的TOC值相差不大，同种规格鱼类不同养殖池间TOC含量略有差异。

4 总有机碳（TOC）分析仪在养殖废水监测中的应用及注意事项

总有机碳（TOC）是水中有机物所含碳的总量，所以能完全反映有机物对水体的污染水平。它与化学需氧量（COD）和生物需氧量（B0D）一起都是用来表示水中有机污染物的综合指标，且TOC所反映水中的有机污染物更为全面、合理[6]。利用TOC分析仪测定分析时间短，只需2～3 min就可测定出污水中有机物排放情况，能够及时准确地反映污水中有机污染程度。因此，国外许多国家将TOC在线自动监测仪置于工厂总排污口，随时监测废水的排污情况[7]。该试验将总有机碳分析仪监测系统应用于工厂化养殖废水监测中，可以全面、准确、及时地了解养殖废水的TOC值，实时监测排污量。在监测过程中，TOC测定还需注意以下几点。

（1）进样量。进样量过小会影响重现性和降低方法灵敏度。但进样量又不能太多，否则将影响气化效率，也不利于石英反应管，尤其还往往会引起残余湿分干扰或出现回峰滞后。低量碳时，进样量以30～50 μL为宜；碳量在几十个毫克每升以上时，进样量可在10～30 μL范围内选择。该试验选择的进样量为30 μL。

（2）样品稀释。待测养殖废水中TOC含量较高，对于不同废水样品，在测定过程中要适当加以稀释，使其测定值在标准曲线的线性范围内，从而保证测定值的准确。该试验养殖废水中悬浮物较多，同样做适当稀释后进样。

（3）IC对TC测定的影响。若样品中无机碳含量较高，仍用差减法计算TOC，会造成很大的误差，进而影响TOC值的测定。此情况下，应预先对样品进行前处理。该试验经预实验测定后，IC值小于TC值，选择差减法计算TOC值符合标准。

（4）鹽度对TC测定的影响。有研究表明，当NaCI的浓度为TOC浓度1 000倍时，NaCI对TOC测定影响仍较小。而且测定过程中所得峰形正常，基线平直，无拖尾、基线漂移等现象[6]。该试验中，所选养殖池的养殖鱼类均为海水鱼类，养殖池水盐度为12～17，不会对TC值的测定造成影响。

参考文献

[1] 黄韵行.总有机碳分析仪测定水质中TOC的方法比较[J].环境，2010（S2）：75-76.

[2] 刘慧敏.总有机碳分析仪测定常见水的TOC[J].民营科技，2011（10）：7.

[3] 吴华忠，何文绚，陈为健，等.岛津TOC-VCPH分析仪测定地表水和废水中的总有机碳[J].闽江学院学报，2009，30（2）：80-83.

[4] 中国环境监测总站《环境水质监测质量保证手册》编写组.环境水质监测质量保证手册[M].北京：化学工业出版社，1994.

[5] 吴启航，崔明超.总有机碳分析仪测定常见水的TOC[J].中国测试，2009，35（3）：90-92.

[6] 孙宗光，齐文启.总有机碳的测定及其在环境监测中的应用[J].现代科学仪器，1998（6）：45-48.

[7] 钟江宁，刘桥，蒋梁中.岛津TOC-4100型总有机碳测量仪及其在水质监测中的应用[J].机床与液压，2005（1）：128-130.