一种测量水体中总有机碳含量的方法技术

本发明专利技术公开了一种测量水体中总有机碳含量的方法，包括：向反应池中连续注入待测水体和臭氧，直到反应池中注满待测水体时，停止待测水体的注入；继续向反应池注入臭氧，直到臭氧将待测水体中的有机物完全反应掉为止；连续检测反应池中臭氧与待测水体从反应开始到结束这段时间t内所产生的化学发光信号的强度；根据记录的一组化学发光强度数据，计算化学发光总量S；利用公式计算待测水体中的总有机碳含量[TOC]0；其中，为化学发光反应效率；k

【技术实现步骤摘要】
一种测量水体中总有机碳含量的方法


[0001]本专利技术属于水质监测
，具体地说，是涉及一种用于测量待测水体中总有机碳含量的方法。

技术介绍

[0002]总有机碳(Total Organic Carbon，简称TOC)是表征水体中碳总量的指标，不仅能够反映水体富营养化的程度，还能够反映水体中生命活动的情况。因此，总有机碳的浓度变化对于海洋碳循环以及海洋生态系统的研究具有非常重要的作用。但是，总有机碳的产生、迁移、转化与循环等过程都相当复杂，获取准确的TOC数据是了解碳循环过程、影响生态环境机理的前提条件。然而，对于海洋环境而言，总有机碳的浓度是非常低的。一般来讲，大洋深处的总有机碳浓度通常为30～50μmol/L，甚至更低；而在近岸海域，总有机碳的浓度基本上也仅仅略高于100μmol/L。可见，只能采用痕量测量手段才能分析出海水中的TOC含量，因此准确测量出海水中的TOC浓度，其难度是比较大的。
[0003]目前国内外的TOC测量手段，大多采用高温燃烧氧化法或者紫外消解法，测量精度有限，且很难对待测水体实现原位测量，因此，测量结果的真实性会受到一定程度的影响。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对待测水体中的总有机碳，提供了一种全新的TOC含量测量方法，该方法基于臭氧溶液氧化化学发光反应机理，建立相关的化学发光反应动力学模型，能够对待测水体中的总有机碳含量实现准确检测。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]一种测量水体中总有机碳含量的方法，包括：向反应池中连续注入待测水体和臭氧，直到反应池中注满待测水体时，停止待测水体的注入；继续向反应池注入臭氧，直到臭氧将待测水体中的有机物完全反应掉为止；连续检测反应池中臭氧与待测水体从反应开始到结束这段时间t内所产生的化学发光信号的强度；根据记录的一组化学发光强度数据，计算化学发光总量S；利用公式计算待测水体中的总有机碳含量[TOC]0；其中，为化学发光反应效率；k
abs
为表观速率常数，由反应池的体积及臭氧通量确定。
[0007]在本申请的一些实施例中，所述表观速率常数k
abs
可以利用公式k
abs
＝k
D
c
o3
+k
·
OH
c
·
OH
计算获得；其中，k
D
为臭氧分子与待测水体直接进行氧化反应的效率系数；k
·
OH
为臭氧分子与待测水体进行氧化反应所产生的羟基自由基与待测水体中的有机物间接进行氧化反应的效率系数；为臭氧浓度；C
·
OH
为羟基自由基浓度。
[0008]在本申请的一些实施例中，所述可以利用反应池体积及臭氧通量计算生成；所述C
·
OH
可以利用反应池体积及臭氧分子与待测水体进行氧化反应所产生的羟基自由基的总量计算生成。
[0009]在本申请的一些实施例中，所述化学发光总量S利用公式计算获得；其中，表示在时间t内记录的一组化学发光强度数据。
[0010]在本申请的一些实施例中，所述化学发光总量S也可以采用计算积分曲线面积的方式获得；具体为：利用光电转换模块采集反应池内的化学发光信号，并转换成模拟电压信号；记录反应时间t内的模拟电压信号，形成一条以时间为横轴、电压值为纵轴的积分曲线；计算积分曲线下的面积，所述面积即为化学发光总量S。
[0011]与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果是：本专利技术采用臭氧作为强氧化剂，与待测水体中的有机物进行化学发光反应，利用包含全部光谱信息的化学发光动力学曲线结构特征，建立动力学曲线积分数值与TOC含量的相关性数学模型，即，化学发光反应积分运算模块，利用该数学模型计算出待测水体中的TOC含量。这种总有机碳含量测量方法，操作简单，即使针对TOC含量极低的海水也能获得准确的测量结果，且具备原位测量的可行性，可以为海洋环境的观测提供基本真实、有效的TOC浓度数据。
[0012]结合附图阅读本专利技术实施方式的详细描述后，本专利技术的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
[0013]图1是基于化学发光法测量水体中总有机碳含量的测量体系原理图；
[0014]图2是基于图1所示测量体系而形成的总有机碳含量测量装置的一种实施例的整体架构示意图；
[0015]图3是图2中的反应池的一种实施例的结构示意图；
[0016]图4是积分曲线图；
[0017]图5A、图5B、图5C是图2所示的总有机碳原位测量装置工作在管路自清洗模式下的液体流向图。
具体实施方式
[0018]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细地描述。
[0019]需要说明的是，在本专利技术的描述中，术语“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0020]此外，还需要说明的是，在本专利技术的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0021]本实施例的总有机碳含量测量方法，采用臭氧作为强氧化剂，与待测水体进行氧化反应，生成羟基自由基；羟基自由基与待测水体中的有机物反应可以产生化学发光现象，
通过检测化学发光信号的强度，即可推导出待测水体中的总有机碳的含量。
[0022]为了对待测水体中的总有机碳含量实现准确测量，本实施例首先基于化学发光法建立总有机碳含量测量体系，如图1所示，包括进样单元、检测单元和运算单元等主要组成部分。其中，进样单元用于控制待测水体和臭氧向检测单元的输入。作为一种优选实施例，针对待测水体的输入，可以具体配置水样前处理模块和水泵。利用水样前处理模块对待测水体中的杂质进行前置滤除后，再通过水泵送入检测单元。针对臭氧的输入，可以具体配置臭氧发生器和气泵。臭氧发生器可以利用空气产生臭氧；气泵用于将臭氧发生器产生的臭氧泵入到检测单元中，以与送入检测单元的待测水体进行混合。检测单元用于为待测水体和臭氧的化学发光反应提供适宜的场所，例如配置遮光的反应池接收进样单元输入的待测水体和臭氧，使待测水体和臭氧在反应池中充分混合，完成氧化化学发光反应。同时，在检测单元中配置透镜组和光电转换模块，利用透镜组将反应池中的待测水体与臭氧进行化学发光反应所生成的光线汇聚后，射入光电转换模块PMT，以转换生成电信号，例如模拟电压信号，传输至运算单元，利用运算单元本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测量水体中总有机碳含量的方法，其特征在于，包括：向反应池中连续注入待测水体和臭氧，直到反应池中注满待测水体时，停止待测水体的注入；继续向反应池注入臭氧，直到臭氧将待测水体中的有机物完全反应掉为止；连续检测反应池中臭氧与待测水体从反应开始到结束这段时间t内所产生的化学发光信号的强度；根据记录的一组化学发光强度数据，计算化学发光总量S；计算待测水体中的总有机碳含量[TOC]0：其中，为化学发光反应效率；k
abs
为表观速率常数，由反应池的体积及臭氧通量确定。2.根据权利要求1所述的测量水体中总有机碳含量的方法，其特征在于，所述表观速率常数k
abs
利用以下公式计算获得：其中，k
D
为臭氧分子与待测水体直接进行氧化反应的效率系数；k
·
OH
为臭氧分子与待测水体进行氧化反应所产生的羟基自由基与待...

【专利技术属性】
技术研发人员：马然，李敏，张颖颖，刘岩，
申请(专利权)人：山东省科学院海洋仪器仪表研究所，
类型：发明
国别省市：