總有機(jī)碳在實(shí)驗(yàn)室純水系統(tǒng)中的在線監(jiān)測(cè)
實(shí)驗(yàn)室純水在分子生物學(xué)科研領(lǐng)域有著舉足輕重的作用。衡量純水的指標(biāo)一般有電阻率、總有機(jī)碳（TOC）、細(xì)菌及熱源等等。其中有機(jī)碳含量會(huì)直接影響實(shí)驗(yàn)的檢測(cè)結(jié)果和重復(fù)性，并會(huì)破壞純水系統(tǒng)的反滲透膜和樹(shù)脂功能，增加細(xì)菌生長(zhǎng)。為了確保水中的有機(jī)物保持在實(shí)驗(yàn)要求以內(nèi)，科研工作人員需要對(duì)實(shí)驗(yàn)室純水系統(tǒng)中的總有機(jī)碳即TOC進(jìn)行監(jiān)測(cè)?？傆袡C(jī)碳的監(jiān)測(cè)必須能夠提供可靠準(zhǔn)確的參數(shù)，使研究人員的實(shí)驗(yàn)不受到有機(jī)物的影響。以下給大家介紹這方面的一些常識(shí)。

水中的有機(jī)物
原水中的有機(jī)物可通過(guò)自然或人為產(chǎn)生，自然產(chǎn)生的有機(jī)物可由腐蛀的植物或酸性液體產(chǎn)生，此外，細(xì)菌、生物及其副產(chǎn)品都可增加水中的有機(jī)物。人為添加的有機(jī)物包括工業(yè)及家用肥料，如清潔劑、溶劑、油、化肥及殺蟲(chóng)劑。當(dāng)過(guò)濾器處理水中雜質(zhì)的同時(shí)，塑料管道及水缸會(huì)增加水中的有機(jī)物，其它處理如加氯及臭氧系統(tǒng)亦可增加水中的有機(jī)物。
處理原水中的雜質(zhì)，可通過(guò)反滲透、微濾、離子交換、吸附及紫外光等方法。大部分的雜質(zhì)可用一種或多種處理方法去除，但總有機(jī)碳和這些雜質(zhì)有什么關(guān)系呢？
總有機(jī)碳
總有機(jī)碳分為顆粒有機(jī)碳（POC），溶解有機(jī)碳（DOC）和揮發(fā)性有機(jī)碳（VOC）。在線監(jiān)測(cè)的總有機(jī)碳（TOC）不區(qū)分POC/DOC/VOC。盡管總有機(jī)碳不提供準(zhǔn)確的有機(jī)物組合，但總有機(jī)碳參數(shù)是zui接近的有機(jī)物指標(biāo)，因此總有機(jī)碳參數(shù)可保證水中的總有機(jī)碳在實(shí)驗(yàn)要求的范圍以下。一旦水中TOC含量已經(jīng)達(dá)到域值，在線監(jiān)測(cè)便能及時(shí)提示用戶。
的監(jiān)測(cè)是可提供快捷、高靈敏度、低成本的在線監(jiān)測(cè)，如何才能達(dá)到以上的要求，我們先看看不同種有機(jī)碳監(jiān)控方式。
不同種類的總有機(jī)碳監(jiān)測(cè)
大型工業(yè)系統(tǒng)中的總有機(jī)碳監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是精密而昂貴的，而且體積較大，不適合用于實(shí)驗(yàn)室純水系統(tǒng)。
在1994 年英國(guó)ELGA公司首先推出*臺(tái)擁有總有機(jī)碳在線監(jiān)測(cè)的實(shí)驗(yàn)室純水系統(tǒng)后，其它純水系統(tǒng)制造公司亦相繼推出不同設(shè)計(jì)的系統(tǒng)。
所有的在線監(jiān)測(cè)都采用同一個(gè)基本原理：純水經(jīng)過(guò) 185 nm 波長(zhǎng)的紫外光燈會(huì)制造氧化有機(jī)物，此氧化過(guò)程將有機(jī)碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳，而二氧化碳會(huì)令水的電導(dǎo)率提升，總有機(jī)碳的參數(shù)就可從電導(dǎo)率的轉(zhuǎn)變進(jìn)行測(cè)量。
與ELGA 的超純水系統(tǒng)PURELAB Ultra 內(nèi)置的總有機(jī)碳監(jiān)測(cè)相比，其它制造商提供的總有機(jī)碳監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無(wú)論從價(jià)位還是可測(cè)試范圍都比較低，且較易損壞。除此之外，還有許多由設(shè)計(jì)方面產(chǎn)生的一系列弱點(diǎn)。
ELGA 的總有機(jī)碳監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)把所有的水通過(guò)在線的紫外燈及電阻表，作出測(cè)試及監(jiān)控，達(dá)到顯示參數(shù)的連續(xù)性。總有機(jī)碳參數(shù)亦會(huì)實(shí)時(shí)顯示在版面上。

而其它實(shí)驗(yàn)室純水機(jī)制造商的總有機(jī)碳監(jiān)測(cè)都采用旁路測(cè)試。它們?cè)诿恳欢晤A(yù)定時(shí)間內(nèi)把純水從旁路引到紫外光反應(yīng)盒內(nèi)，待水中的有機(jī)物氧化成二氧化碳。由二氧化碳產(chǎn)生的電阻率差異在反應(yīng)盒內(nèi)或另一外置的電阻表測(cè)量。但事實(shí)上由純水開(kāi)始進(jìn)入反應(yīng)盒內(nèi)，到相差的電阻率測(cè)試，必有數(shù)分鐘的距離。所以，如用此種總有機(jī)碳監(jiān)測(cè)，顯示的數(shù)據(jù)便不是連續(xù)性的。
TOC 要求 ELGA TOC 監(jiān)測(cè)PURELAB Ultra 其它TOC 監(jiān)測(cè) 其它品牌
種類 連續(xù)性 在線連續(xù)性 旁路，非連續(xù)性
價(jià)格 低 低 中
消耗品 低 沒(méi)有 高
反應(yīng)時(shí)間 快 < 1 min 快，連續(xù)性 慢（高至九分鐘）
準(zhǔn)確性 2 ppb or 10 % 2 ppb at <10 ppb 2 ppb
量度范圍 1 – 10 ppb 1 – 200 ppb 1 – 999 ppb
測(cè)試用水量 盡低 沒(méi)有 低
樣本量 盡大 所有產(chǎn)水 小
死水位置 沒(méi)有 沒(méi)有 有
校正 有 有 有
數(shù)據(jù) 版面顯示及打印 版面顯示及打印 版面顯示及打印
表1 : ELGA 的總有機(jī)碳監(jiān)測(cè)及其它總有機(jī)碳監(jiān)測(cè)的功能比較
總有機(jī)碳監(jiān)測(cè)的反應(yīng)時(shí)間
實(shí)驗(yàn)室的總有機(jī)碳系統(tǒng)相對(duì)于工業(yè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)其出水量較少，因此需要連續(xù)顯示產(chǎn)水前的總有機(jī)碳數(shù)值，才可確保用戶實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不會(huì)受有機(jī)物質(zhì)的影響。要達(dá)到有連續(xù)測(cè)試的功效，電阻表是的選擇。ELGA 的總有機(jī)碳監(jiān)測(cè)就是這樣的在線及實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，所有的純水都通過(guò)測(cè)試。
相反，如選用旁路的工業(yè)總有機(jī)碳監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，就不能達(dá)到理想的效果。另外，用旁路的總有機(jī)碳監(jiān)測(cè)亦需時(shí)間將樣本從純水管道引入反應(yīng)盒（1 – 3 分鐘）以及完成氧化過(guò)程（3 分鐘）后，總有機(jī)碳的數(shù)值才能顯示到面板上。也就是說(shuō)，如果純水中的有機(jī)物有任何變化，從探測(cè)到有數(shù)值顯示到面板需 3 至 9 分鐘，用戶是不可能實(shí)時(shí)得知水中有機(jī)物的増加或減少。
為了引證在線及實(shí)時(shí)探測(cè)的重要性，我們用了ELGA 及其它總有機(jī)碳的監(jiān)測(cè)儀作了一個(gè)比較。實(shí)驗(yàn)測(cè)試在原水中先注入 3 毫升 (100 ppm) 的有機(jī)物甲乙酮，然后在純水出口前取樣本測(cè)試。純水中的有機(jī)物甲乙酮都經(jīng)過(guò)測(cè)試及記錄，注入甲乙酮的位置是根據(jù)測(cè)試取樣點(diǎn)而定的。
圖 1 及表 2 提供了一些實(shí)驗(yàn)測(cè)試的數(shù)據(jù)。將有機(jī)物(甲乙酮)注入原水中，當(dāng)制備純水時(shí)，注入的有機(jī)物會(huì)進(jìn)入純水系統(tǒng)內(nèi)。圖1內(nèi)綠色的線代表純水出口探測(cè)到的有機(jī)物。出水點(diǎn)在兩分鐘后見(jiàn)到注入的有機(jī)物大量増加。如果用戶現(xiàn)在取水，純水已受有機(jī)物的污染。
圖 1 內(nèi)藍(lán)色線代表ELGA PURELAB Ultra 的總有機(jī)碳監(jiān)測(cè)而紅色線代表其它的總有機(jī)碳監(jiān)測(cè)。每一個(gè)圖都顯示不同時(shí)間注入不同量的有機(jī)物，ELGA 及其它的總有機(jī)碳監(jiān)測(cè)顯示出的數(shù)值及反應(yīng)時(shí)間均有很大的分別。 ELGA 的總有機(jī)碳監(jiān)測(cè)在所有測(cè)試中都可迅速及準(zhǔn)確地探測(cè)水中的有機(jī)物，而其它的總有機(jī)碳監(jiān)測(cè)則需含有機(jī)物的樣本流到反應(yīng)盒后才可達(dá)到測(cè)試結(jié)果。如測(cè)試 1, 2, 3的圖表中, ELGA 都可測(cè)試到相對(duì)準(zhǔn)確的有機(jī)物，其它的監(jiān)測(cè)則沒(méi)法測(cè)到。測(cè)試 4 中即使其它監(jiān)測(cè)亦可探測(cè)到有機(jī)物但亦需在注入后 6 分鐘才有顯示，如用戶在這段時(shí)間內(nèi)用水就沒(méi)法得知純水是否已受到有機(jī)物污染。

測(cè)驗(yàn) 注入有機(jī)物量 延遲探測(cè)顯示（秒） 有機(jī)物數(shù)值(ppb) 注入位置
(ppb) ELGA 其它 ELGA 其它 
1. 25 < 5 沒(méi)有探測(cè) 20 沒(méi)有顯示 開(kāi)始氧化前
2. 23 < 5 沒(méi)有探測(cè) 20 沒(méi)有顯示 氧化中
3. 24 < 5 320 20 5 引入樣本中
4. 24 < 5 440 20 24 引入樣本中
表 2 : 實(shí)驗(yàn)測(cè)試探測(cè)的數(shù)據(jù) 
由此我們可以看出，除了ELGA 以外的所有總有機(jī)碳監(jiān)測(cè)，遇到突發(fā)的有機(jī)物污染都沒(méi)法實(shí)時(shí)顯示在面板上提示用戶。它們一般需要zui少 5 分鐘才可探測(cè)到有機(jī)物的轉(zhuǎn)變。而有機(jī)物對(duì)很多實(shí)驗(yàn)都有影響，用戶都要求實(shí)驗(yàn)室純水系統(tǒng)擁有準(zhǔn)確的總有機(jī)碳監(jiān)測(cè)。但到現(xiàn)時(shí)為止，只有ELGA 的總有機(jī)碳監(jiān)測(cè)可提供一個(gè)在線，實(shí)時(shí)及準(zhǔn)確的探測(cè)，及時(shí)提醒用戶，讓用戶確實(shí)知道使用中的純水是否受到有機(jī)物的污染。