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（總）碳檢測(cè)

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發(fā)布時(shí)間：2025-07-29 12:24:20 更新時(shí)間：2025-07-28 12:24:20

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測(cè)中心

總碳檢測(cè)：全面了解環(huán)境與工業(yè)中的碳含量分析

總碳（Total Carbon, TC）檢測(cè)是指對(duì)樣品中所有形態(tài)碳元素總量的測(cè)定。在環(huán)境保護(hù)、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、土壤研究、工業(yè)生產(chǎn)過程控制、能源利用效率評(píng)估以及地質(zhì)勘探等多個(gè)領(lǐng)域，準(zhǔn)確測(cè)定樣品中的總碳含量至關(guān)重要?？偺及藰悠分写嬖诘乃杏袡C(jī)碳（Organic Carbon, OC）和無機(jī)碳（Inorganic Carbon, IC）。有機(jī)碳源于生物體及其降解產(chǎn)物、化石燃料等，是水體富營養(yǎng)化、土壤肥力評(píng)估的關(guān)鍵指標(biāo)；無機(jī)碳則主要以碳酸鹽、碳酸氫鹽和溶解二氧化碳的形式存在。掌握總碳的水平，有助于評(píng)估環(huán)境質(zhì)量、監(jiān)控污染物排放、研究碳循環(huán)過程以及優(yōu)化生產(chǎn)工藝，為環(huán)境保護(hù)、資源管理和可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

檢測(cè)項(xiàng)目

總碳檢測(cè)的核心項(xiàng)目是精確測(cè)定給定樣品中碳元素的總質(zhì)量或濃度。根據(jù)樣品的特性和檢測(cè)目的，具體項(xiàng)目可細(xì)化為：

總碳濃度測(cè)定： 定量分析單位體積（如水樣）或單位質(zhì)量（如土壤、沉積物、固體廢棄物、燃料、化工產(chǎn)品等）樣品中所含的總碳量，通常以mg/L（液體）、mg/kg或%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，固體/燃料等）表示。
固體/液體/氣體樣品的總碳分析： 檢測(cè)對(duì)象廣泛，涵蓋環(huán)境水體（地表水、地下水、廢水）、飲用水、海水、土壤、沉積物、巖石礦物、化石燃料（煤、石油、天然氣及其產(chǎn)品）、生物質(zhì)、化工原料與產(chǎn)品、大氣顆粒物、工業(yè)排放氣體等。

檢測(cè)儀器

進(jìn)行總碳檢測(cè)主要依賴以下高精度分析儀器：

總有機(jī)碳/總碳（TOC/TC）分析儀： 這是目前最主流、最便捷的總碳檢測(cè)儀器，尤其適用于水樣分析。其特點(diǎn)是將樣品中的碳通過高溫燃燒或濕法催化氧化方式完全轉(zhuǎn)化為二氧化碳（CO?），然后使用非分散紅外檢測(cè)器（NDIR）或其他高靈敏度檢測(cè)器（如電導(dǎo)率檢測(cè)器、質(zhì)譜）精確測(cè)定生成的CO?量，從而計(jì)算出總碳含量。現(xiàn)代TOC分析儀通常具備直接測(cè)定TC、TIC（總無機(jī)碳）并計(jì)算TOC（TOC = TC - TIC）的功能。
元素分析儀（Elemental Analyzer, EA）： 主要用于固體和液體樣品中C、H、O、N、S等元素的總量分析。樣品在高溫（>1000℃）純氧環(huán)境下充分燃燒，生成的混合氣體經(jīng)分離純化后，通常采用熱導(dǎo)檢測(cè)器（TCD）或紅外檢測(cè)器檢測(cè)CO?，從而得到總碳含量。元素分析儀精度高，尤其適用于復(fù)雜基質(zhì)的固體樣品（如土壤、沉積物、植物、煤炭、聚合物等）和粘稠液體。
燃燒爐-紅外碳硫分析儀： 主要用于快速測(cè)定金屬、礦石、陶瓷、煤炭等固體材料中的總碳（及硫）含量。樣品在高溫氧氣流中燃燒，產(chǎn)生的CO?由紅外檢測(cè)器測(cè)定。

檢測(cè)方法

總碳檢測(cè)的核心原理是將樣品中所有形態(tài)的碳完全轉(zhuǎn)化為可定量測(cè)定的二氧化碳。主要方法包括：

高溫燃燒氧化法：
- 原理： 將樣品（液體需先干燥或直接注入；固體直接稱重）置于高溫（通常680℃以上，可達(dá)950-1200℃）的燃燒管中，在富氧或催化劑（如鉑）存在下，樣品中的有機(jī)碳和無機(jī)碳均被氧化成CO?。
- 檢測(cè)： 燃燒產(chǎn)生的氣體經(jīng)除水、除雜后，流經(jīng)非分散紅外（NDIR）檢測(cè)器，檢測(cè)CO?的濃度，儀器根據(jù)標(biāo)定曲線計(jì)算總碳含量。
- 特點(diǎn)： 氧化完全，適用性廣（尤其擅長處理難氧化、高鹽分或含顆粒物樣品），是TOC/TC分析儀和元素分析儀的核心方法。
濕法氧化（過硫酸鹽紫外氧化）法：
- 原理： 主要應(yīng)用于水樣分析。在酸性條件下（常加磷酸），樣品中的無機(jī)碳（主要是HCO??和CO?2?）首先被轉(zhuǎn)化為CO?逸出（或單獨(dú)測(cè)定TIC）。然后加入過硫酸鉀（K?S?O?）等強(qiáng)氧化劑，并在紫外光（UV）照射下催化，將樣品中的有機(jī)碳氧化為CO?。
- 檢測(cè)： 氧化生成的CO?同樣通過NDIR或電導(dǎo)率法檢測(cè)。
- 特點(diǎn)： 反應(yīng)溫度較低（通常<100℃），無需高溫爐，儀器結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，適用于清潔水樣。但對(duì)于某些難氧化有機(jī)物或含高濃度氯化物的水樣，氧化效率可能不如高溫法徹底。

樣品前處理： 對(duì)于固體樣品（土壤、沉積物等），通常需要干燥、研磨、過篩、均質(zhì)化；高有機(jī)質(zhì)或高碳酸鹽樣品可能需酸化預(yù)處理去除IC后再測(cè)TC（即測(cè)TOC）；液體樣品根據(jù)濁度、顆粒物含量等可能需要過濾、均質(zhì)、稀釋、酸化（測(cè)TIC時(shí)）等步驟。

檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

為確保總碳檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性、可比性和可靠性，國內(nèi)外制定了多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)方法。常用標(biāo)準(zhǔn)包括：

水質(zhì)領(lǐng)域：
- 國際/美國： ISO 8245:1999《水質(zhì) 總有機(jī)碳(TOC)和溶解性有機(jī)碳(DOC)測(cè)定指南》；EPA Method 415.3《通過燃燒或濕氧化測(cè)定總有機(jī)碳》；ASTM D7573《用高溫催化燃燒和紅外檢測(cè)法測(cè)定水樣中總碳和有機(jī)碳的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》。
- 中國： HJ 501-2009《水質(zhì) 總有機(jī)碳的測(cè)定燃燒氧化-非分散紅外吸收法》；GB 13193-91《水質(zhì) 總有機(jī)碳(TOC)的測(cè)定非色散紅外線吸收法》（已更新，但部分沿用）；HJ 695-2014《土壤有機(jī)碳的測(cè)定燃燒氧化-滴定法》（雖主要測(cè)有機(jī)碳，但方法涉及TC原理）。
土壤、固體廢棄物等領(lǐng)域：
- 國際/美國： ISO 10694:1995《土壤質(zhì)量干燃燒后測(cè)定有機(jī)碳和總碳（元素分析法）》； ASTM D5373《煤炭實(shí)驗(yàn)室樣品中碳、氫和氮的儀器測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》（可測(cè)TC）。
- 中國： NY/T 1121.6-2006《土壤檢測(cè) 第6部分：土壤有機(jī)質(zhì)的測(cè)定》（重鉻酸鉀氧化法為主，非直接測(cè)TC）；LY/T 1237-1999《森林土壤有機(jī)質(zhì)的測(cè)定及碳氮比的計(jì)算》等。對(duì)于總碳，常參考元素分析標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)特定方法。
燃料、化工產(chǎn)品等領(lǐng)域： ASTM D5291、ISO 29541（煤炭中碳?xì)涞獪y(cè)定）；ASTM D5373（煤）；GB/T 476-2008《煤中碳和氫的測(cè)定方法》等。

選擇檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，必須嚴(yán)格依據(jù)樣品的類型（水、土、固廢、燃料等）、待測(cè)組分（TC、TOC、TIC）、預(yù)期的精度要求以及相關(guān)法規(guī)或規(guī)范的具體規(guī)定。標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格執(zhí)行是獲得準(zhǔn)確、可靠總碳數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。