Máy đo tổng lượng cacbon hữu cơ TOC  – TOC Analyzer

Công cụ hiệu quả trong việc kiểm tra chất lượng nước – Lựa chọn máy TOC

• Máy đo tổng lượng cacbon hữu cơ TOC (gọi tắt là Máy đo TOC) đo tổng lượng cacbon hữu cơ trong mẫu lỏng hoặc mẫu nước.
• Trong các ứng dụng môi trường, TOC là một chỉ tiêu quan trọng của lượng các chất hữu cơ tự nhiên trong nguồn nước uống và có liên quan tới việc hình thành các chất gây ung thư.
• Trong các ứng dụng ngành dược phẩm và công nghệ sinh học, TOC là một chỉ tiêu đánh giá nồng độ nội độc tố và vi khuẩn.
• TOC đồng thời cũng là một chỉ số đánh giá trong việc giám sát các quy trình sản xuất và quy trình làm sạch.

Trên thị trường hiện nay có một vài loại máy đo tổng lượng cacbon hữu cơ TOC dùng trong các ứng dụng cho ngành dược phẩm và môi trường.

I/ Các phương pháp phân tích đo tổng lượng cacbon hữu cơ TOC:

Các máy đo TOC có thể đo được tổng lượng cacbon (TC), tổng lượng cacbon hữu cơ (TOC), tổng lượng cacbon vô cơ (IC), lượng cacbon hữu cơ có thể bay hơi (POC), và lượng cacbon hữu cơ không thể bay hơi (NPOC).

• Trong kỹ thuật đo TOC, đầu tiên loại bỏ IC rồi sau đó đo TOC.
• Trong kỹ thuật đo TC-IC, TOC = TC – IC
• Trong kỹ thuật đo TOC – NPOC, TOC = NPOC + POC

Dù dùng kỹ thuật nào thì quá trình phân tích cũng đều phải trải qua 3 bước: axit hóa, oxy hóa và phát hiện.

1.  Quá trình axit hóa

Mẫu phân tích được axit hóa để loại bỏ các khí tạo thành từ IC và POC. Các khí này được giải phóng và đi vào đầu dò để tính TOC bằng kỹ thuật TC – IC hoặc được giải phóng vào không khí để đo TOC bằng kỹ thuật TOC-NPOC.

2. Quá trình oxy hóa

Các máy đo TOC oxy hóa cacbon thành CO₂ bằng nhiều phương pháp khác nhau như:

• Đốt cháy ở nhiệt độ cao (ví dụ model: Lotix Combustion TOC Analyzer hoặc model: Torch Combustion TN Analyzer hãng sản xuất: TELEDYNE TERMAK – Mỹ);
•  Đốt cháy ở nhiệt độ cao có chất xúc tác,
• Phương pháp oxy hóa bằng hơi nước siêu tới hạn – SCWO;
• Phương pháp oxy hóa bằng persulfate ; hoặc oxy hóa bằng persulfate có gia nhiệt để tăng tốc độ và khả năng phản ứng gọi là phương pháp UV/ Persulfate (ví dụ model: Fusion UV/Persulfate Analyzer hãng sản xuất: TELEDYNE TERMAK – Mỹ);

3. Phát hiện

•  Phương pháp phát hiện CO₂ dựa vào khả năng dẫn điện trước và sau quá trình oxy hóa .
• Phương pháp dùng đầu dò hồng ngoại không tán xạ (NDIR) để đo trực tiếp TOC: Cacbon được oxi hóa bằng phương pháp UV/persulfat, CO₂ tạo thành sẽ quét qua đầu dò NDIR.
• Phương pháp hiện đại hơn được sử dụng đó là áp suất tĩnh nén (static pressure concentration). Lượng khí CO₂ sinh ra sau khi oxy hóa đi vào đầu đọc được nén lại và định lượng bằng một phép đo duy nhất. Dòng máy Fusion analyzer và Torch Combustion analyzer của Teledyne Tekmar hoạt động theo nguyên tắc này.

II/ Một vài yếu tố cần cân nhắc khi chọn mua máy đo tổng lượng Cacbon TOC

1. Loại máy

• Các máy đo TOC có thể chia làm 3 loại như sau: máy đo trực tiếp on-line, máy xách tay và máy dùng cho phòng thí nghiệm.
• Các máy đo TOC on-line thường được ứng dụng trong ngành dược phẩm và cho các quá trình giám sát chất lượng nước liên tục.

2. Loại mẫu phân tích

• Các máy đo TOC có thể thực hiện phân tích nhiều loại mẫu khác nhau. Dòng máy CheckPoint sensor thường được dùng cho các mẫu dược phẩm. Dòng máy M9, 500RL và 500RLe rất phù hợp để đo TOC của nước siêu tinh khiết trong khi dòng máy M5310 C Series lại phù hợp cho việc phân tích nước uống khu vực đô thị.
• Dòng máy TOC-4200 analyzer phù hợp với việc đo TOC ở nước ngầm và nước uống công cộng. Dòng CM130 analyzer của UIC, Inc. có thể đo TOC trong các mẫu nước công nghiệp, hoặc các mẫu dùng cho mục đích học tập hoặc nghiên cứu

3. Phương thức đo

• Hầu hết các loại máy phân tích đều có thể đo tổng lượng cacbon cũng như tổng lượng nito (TN) và tổng lượng sulfur (TS).

4. Các thông số đo

• Một trong các thông số quan trọng của máy TOC đó là dải đo. Dải đo của máy có mối liên quan trực tiếp tới phương pháp oxy hóa được sử dụng.
• Thông thường các mẫu được oxy hóa bằng UV/hoặc persulfate sẽ có khoảng đo thấp hơn : khoảng từ 0.3 ppb tới 50,000 ppb
• Các mẫu được oxy hóa bằng phương pháp đốt cháy ở nhiệt độ cao: từ dưới 1 μg tới trên 10,000 μg
• Đối với những mẫu được oxy hóa bằng hơi nước siêu tới hạn, khoảng đo sẽ dao động từ 0.5 ppm tới 50,000 ppm.

5. Sự tuân thủ theo đúng các quy định

• Một điểm đáng lưu ý nữa khi chọn mua máy TOC đó là sự phù hợp theo đúng các quy định có hiệu lực đối với các ứng dụng cụ thể.
• Đặc biệt với các máy dùng trong dược phẩm tuân theo đúng các quy định tối thiểu của Dược điển Hoa Kỳ (USP), Dược điển Châu Âu (EP), Dược điển Trung Quốc (CP) và Dược điển Ấn Độ (IP).

6. Ứng dụng của máy

* Công nghệ Dược phẩm:

• Dùng trong việc kiểm định nước tinh khiết và nước tiêm đáp ứng các chỉ tiêu USP, EP
• Dùng cho các ứng dụng làm sạch tiêu chuẩn; quá trình xử lý tiết kiệm thời gian, và cho phép phân tích các kết quả chính xác nhất
• Có rất nhiều ứng dụng trong công nghệ sinh học: tổng hợp thuốc, quản lý chất lượng thuốc, thực phẩm… để đảm bảo sức khỏe cho cộng đồng và chất lượng sản phẩm.

* Công nghệ môi trường:

• TOC trong nguồn nước bắt nguồn từ các vật chất hữu cơ tự nhiên ( các axit fuvic, amin, ure…) phân hủy và từ các nguồn tổng hợp khác (chất tẩy rửa, thuốc trừ sâu, trừ cỏ, phân bón, hóa chất công nghiệp, và các chất đã bị clo hóa..)
• Nước sau khi được clo hóa (sát trùng) các hợp chất đã bị clo hóa sẽ tác dụng với các hợp chất hữu cơ tự nhiên trong nước để tạo ra các sản phẩm phụ. Đã có nhiều nghiên cứu về việc lượng hợp chất hữu cơ quá cao trong nước sẽ dẫn đến việc tăng hàm lượng các chất gây ung thư trong quá trình xử lý nước.
• Hiện nay USEPA đã đưa ra các tiêu chuẩn về TOC để đánh giá lượng hợp chất hữu cơ trong nước để đánh giá nước sinh hoạt và nước sản xuất.

* Công nghiệp năng lượng:

• Sử dụng máy đo TOC sẽ tối ưu hóa được hệ thống cấp nước và kiểm soát ăn mòn do các hợp chất trong nước gây ra nhờ việc đo các chỉ số TOC, IC và TC cho toàn bộ nhà máy năng lượng.

* Công nghiệp vi điện tử:

• Phân tích TOC, IC và TC hỗ trợ việc quản lý các giai đoạn của các hệ thống làm sạch nước. Có thể dùng để tính toán chính xác lượng nước đầu vào, các sản phẩm thẩm thấu ngược, và nước sản xuất ở giai đoạn cuối cùng.