總有機碳（Total Organic Carbon，簡稱TOC）是以碳含量表示水體中有機物質(zhì)總量的綜合指標，是以有機物必不可少成分之一代表了水體中所含有機物質(zhì)的總和，直接反映了水體被有機物質(zhì)污染的程度。
　目前，TOC測量已經(jīng)廣泛地應用到江河、湖泊以及海洋、地表水等監(jiān)測，對于飲用水、工業(yè)用水、生活污水、生產(chǎn)廢水等方面的質(zhì)量控制，TOC同樣是重要的測量參數(shù)。實際上，TOC測量已經(jīng)成為世界上水質(zhì)量控制的主要檢測手段。
　　2000年，國家環(huán)境保護總局發(fā)布的《環(huán)境監(jiān)測儀器發(fā)展指南》中“TOC分析儀”被列為重點發(fā)展的儀器；“十五”、“十一五”期間的（863計劃）都把TOC列為重點研究內(nèi)容，中國的TOC分析儀研制進入新的研發(fā)階段。

　　煙臺大學環(huán)保儀器研究所總工徐滋秋教授從七十年代末開始從事節(jié)能、環(huán)保工作至今，研制了一系列具有完全自主知識產(chǎn)權的TOC分析儀。為了探討國產(chǎn)TOC分析儀器的現(xiàn)狀與發(fā)展問題，近日，儀器信息網(wǎng)工作人員對徐滋秋教授進行了采訪。
　　徐滋秋教授首先介紹了我國TOC分析儀的發(fā)展脈絡：“中國TOC分析儀的研究起步并不晚。20世紀50年代初引入TOC分析方法，60年代未70年代初，引入TOC分析儀；80年代前期，TOC分析儀在中國的研制和使用進入高潮；80年代后期，由于企業(yè)事業(yè)排水收費以CODCr為依據(jù)，TOC分析儀的研制和使用進入寒冬；90年代末，中國需要進行水質(zhì)自動監(jiān)測，由于CODCr自動測定裝置的局限性和發(fā)達國家的經(jīng)驗，重新把TOC分析儀的運用列入計劃，中國的TOC分析儀研制、使用進入新的高峰。”
　　其中，20世紀70年代初至80年代中，化工部北京化工研究院、沈陽化工研究院、魯南化工儀器廠對燃燒催化氧化/甲烷轉(zhuǎn)換氫火焰離子化法TOC分析儀進行了研制；吉林化學工業(yè)公司研究院對燃燒催化氧化/電導法TOC分析儀進行了研制，魯南化工儀器廠研制并小批量生產(chǎn)了燃燒催化氧化/電導法TOC-201儀器；煙臺電子科研所則進行了智能化研究，并小批量生產(chǎn)帶數(shù)據(jù)處理器的TOC-3儀器；上海第二分析儀器廠研制了燃燒催化氧化/紅外吸收法TOC-105型儀器；北京分析儀器廠研制、小批量生產(chǎn)了燃燒催化氧化/紅外檢測法GDH-901型TOC分析儀。
　　由徐滋秋、煙臺大學環(huán)境與材料工程學院徐惠忠、煙臺市環(huán)境保護科學研究所張彭浪等組成的團隊20世紀末開始TOC-2000系列儀器研制；TOC-2000D實驗室多功能型可測TC、IC、TOC、VOC、POC；TOC-2000ZS防爆在線型可應用于石化、焦化等企業(yè)存在爆炸氣體的現(xiàn)場檢測TC、TOC；TOC-2000ZX在線型可用于地表水、生活污水、生產(chǎn)廢水的TOC測控；TOC-2000TCB在線型用于地表水、生活污水、生產(chǎn)廢水的TOC及相應的COD、BOD測定；TOC-2008ZD在線純水型可用于核能、半導體、醫(yī)藥等行業(yè)純凈工藝水的溫度、電導、TOC檢測。
　　“2000年12月8日，國家環(huán)境保護總局發(fā)布《環(huán)境監(jiān)測儀器發(fā)展指南》，‘有機污染物自動連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)’被列為的水質(zhì)重點研究儀器，‘TOC分析儀’被列為重點發(fā)展的儀器。國家經(jīng)貿(mào)委、國家稅務總局2002年5月8日在23號公告中，把TOC分析儀列為國家鼓勵發(fā)展的環(huán)境監(jiān)測設備。國家科技部“十五”期間國家高技術研究發(fā)展計劃（863計劃）把TOC列為《水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)關鍵技術及集成設備研制》項目的重點研究內(nèi)容，并由中國環(huán)境監(jiān)測總站齊文啟團隊承擔。國家科技部“十一五”期間國家高技術研究發(fā)展計劃（863計劃）把《海水中總有機碳（TOC）自動在線監(jiān)測儀的研制》列為海洋環(huán)境立體監(jiān)測技術項目，并由中國海洋大學化工學院王江濤團隊承擔。中國國家環(huán)境保護總局公布的HJ/T92-2002《水污染物排放總量監(jiān)測技術規(guī)范》中的65類企業(yè)排水中，除電池、電鍍、硫鐵礦外，其余62類企業(yè)的排水都要進行有機物的檢測，且必須檢測COD，占排污行業(yè)類別總數(shù)的95%以上；有18種類別的企業(yè)排水可選測TOC。國家計委、財政局、國家環(huán)保總局、國家經(jīng)貿(mào)委2002年2月28日（2003年7月1日實行）發(fā)布的第31號令《排污費征收標準管理辦法》規(guī)定了COD、BOD、TOC的污染當量值分別為1、0.5、0.49，又規(guī)定同一排放口中的COD、BOD、TOC只征收一項等新政策使中國的TOC分析儀進入新的研發(fā)階段。”
　　廣州怡文科技2003年開始研制紫外過硫酸鹽氧化/紅外檢測的EST-2005型TOC分析儀可用于地表水、生活污水及生產(chǎn)廢水的在線檢測。杭州泰林2008年6月上市的HTY-D1000及HTY-2500型TOC分析儀采用紫外氧化/電導檢測法，適合純凈工藝水的總有機碳測定。上海中環(huán)大地組裝生產(chǎn)日本TORAY的620C型TOC分析儀（燃燒—非色散紅外法），可用于河流、湖泊、海洋、工廠過程水、工廠排放水、生活飲用水的水質(zhì)監(jiān)測，以及水處理裝置的運行管理。
　　“TOC監(jiān)測項目的開展與TOC分析儀器的國產(chǎn)化研發(fā)，無疑對于我國的有機污染物監(jiān)測具有積極的動作用。但也應當清醒地認識到，目前的TOC熱也存在著許多隱憂，若不及早預防，很可能使我國的TOC自動分析儀國產(chǎn)化工作走上彎路。” 徐滋秋教授鄭重地說到，并就當前需要解決的認識問題與技術問題向我們作了具體的介紹。
　　1、確定適合的TOC分析儀國產(chǎn)化起點
　　“目前，我國絕大多數(shù)TOC研究單位是仿制或組裝國外產(chǎn)品。進口儀器往往不適應我國的水質(zhì)狀況、監(jiān)測標準，操作要求也較高，價格也較貴。”
　　從近幾年來我國引進與使用較多的國外TOC分析儀的性能特點來看，同檔次的產(chǎn)品相當、各有千秋；新研制的TOC分析儀也有低檔機、中檔機和機。
　　“我國地域廣闊，各地在水質(zhì)特點、經(jīng)濟實力、技術與人才等方面差異較大，因此，在國產(chǎn)化過程中，TOC分析儀的起點，不應局限在一個檔次，也不必一味追求次。”
　　2、根據(jù)實際應用選擇適當?shù)男褪脚c方法
　　“TOC分析儀有多種結(jié)構(gòu)型式，各有其特點與適用場合。在國產(chǎn)化研制過程中，各研制單位宜按照自己的優(yōu)勢與特長，有針對性地選擇適于我國國情的型式與方法。”
　　（1）氧化方法 現(xiàn)狀
　　TOC測定方法是由道氏化學公司發(fā)明，它的基本原理是：首先把水中有機物的碳氧化成CO2，消除干擾因素后由CO2檢測器測定，再由數(shù)據(jù)處理把CO2氣體含量轉(zhuǎn)換成水中有機物的濃度。對于水中的無機碳，采用單獨測定或酸化后去除。
　　有機碳的氧化分干法氧化（高溫燃燒法）和濕法氧化，徐滋秋教授就當前兩種方法所采用的技術、試劑等向我們做了介紹。
　　從溫度方面看：德國LAR公司的Quick TOC儀采用1200°C的超高溫無催化劑方式，島津的TOC-V采用680°C催化法；歐美絕大多數(shù)TOC儀以及煙臺研制、生產(chǎn)的TOC-2000D，采用950°C左右的高溫催化法。
　　在催化劑方面，目前德國耶拿的micro N/C和 multi N/C3000用氧化鈰作催化劑，德國Maihak以鈀和氧化鋁作催化劑；島津TOC-V用鉑作催化劑；還有多數(shù)TOC儀器廠商以氧化鈷作催化劑。
　　高溫氧化管的材料目前主要有兩種，高溫陶瓷（剛玉）材料1200°C以上不變形，制作要求高，需大批量生產(chǎn)，德國LAR的Quick、耶拿的micro N/C和 multi N/C3000、Maihak的TOCOR2和TOCOR20采用高溫陶瓷材料，它的缺點是溫度系數(shù)較大，經(jīng)常啟/停易裂紋、漏氣報廢，而且價格高，難以承受；石英材料1100°C以下不變形，加工較簡單、價格適中，大多數(shù)TOC分析儀選用石英材料。
　　濕法氧化是以氧化劑輔以外部能量把有機物中的碳氧化成CO2的方法。它的應用時間遠比高溫燃燒催化氧化法早，在現(xiàn)代的TOC連續(xù)分析儀中，絕大部分都是濕法氧化。當前濕法的氧化劑主要有過硫酸鉀、過硫酸鈉、過硫酸銨以及臭氧、雙氧水、過氧化鉀、光催化劑二氧化鈦等；外部能量主要有加熱、加壓、紫外光及微波。
　　過硫酸鹽在當今的濕法TOC分析儀中廣泛使用；美國STAR的TOC-3000型分析儀、美國GE的400型、800型、900型Sievers系列TOC分析儀采用臭氧氧化法；美國STAR的TOC-4000型分析儀、美國ThomTon的TOC-502P分析儀采用紫外光氧化法，煙臺的TOC-2008ZD和杭州泰林公司的HTY-D1000TOC分析儀也采用紫外光氧化。　　（2）檢測器 比較
　　CO2檢測的方法研究也很多，經(jīng)無數(shù)次的試用、改進、淘汰，目前使用多的是紅外，其次是電導然后是庫侖等。
　　“庫侖法檢測器在美國Coulometrics的System130、美國UIC的CMI燃燒催化氧化TOC儀和System230紫外過硫酸鹽氧化法TOC儀中使用。”
　　“電導檢測在美國ThomTon的TOC-502P分析儀及美國GE的400型、800型、900型Sievers系列TOC分析儀中使用。電導檢測器的優(yōu)點是靈敏度高、線性范圍寬、價格低，缺點是受外界溫度影響大。只要做好恒溫措施或溫度補償完全可以達到TOC分析儀的性能要求。煙臺的TOC-2008ZD和杭州泰林公司的HTY-D1000TOC分析儀也采用電導檢測器，但煙臺的電??。”
　　“NDIR的特點是直接測定CO2含量，無需二次轉(zhuǎn)換，精度高；但適合在TOC分析儀上使用的國產(chǎn)NDIR還不過關，體積大、價格高，是TOC分析儀國產(chǎn)化的大難題之一。”
　　（3）進樣器 難點
　　“自動進樣器特別是高精度進樣器、高精度蠕動泵不能制造，是全國精密加工技術普遍存在的問題，也是TOC分析儀國產(chǎn)化中的一個瓶頸。”
　　“水質(zhì)自動監(jiān)測儀一旦投入運行，零部件的損耗數(shù)量很大；采用進口儀器，常常由于零部件的價格過高，而出現(xiàn)‘買得起馬配不起鞍’的問題；因此，在國產(chǎn)化的研究中，應重視零部件的研制開發(fā)，絕不能搞進口零部件的簡單組裝之路。”
　　“任何一種方法，任何一種TOC自動測定裝置，都有自己的長處，也都有缺陷，不可能十全十美。用戶需要充分了解本部門的水質(zhì)狀況，選擇合理的機型，研制單位亦應根據(jù)不同的水質(zhì)狀況，開發(fā)出不同特點的儀器，才能滿足環(huán)保工作的需要。”
　　“我國的TOC分析儀生產(chǎn)企業(yè)還處在發(fā)展的初期階段，其研制隊伍、技術基礎等方面都存在著很多不足；TOC國家標準局限性較大，不能滿足TOC分析儀快速發(fā)展的步伐，需要我們有清醒的認識、確立正確的解決方法。”
　　1、建立我國TOC專業(yè)隊伍迫在眉睫
　　TOC專業(yè)隊伍包括研究人員、生產(chǎn)管理人員、維修保養(yǎng)人員、操作使用人員。國內(nèi)常見的TOC分析儀廠商，例如島津、美國IONICS公司等，他們之所以在30多年時間里能夠保持長盛不衰，其主要原因是擁有一支非常專業(yè)化的隊伍。
　　“TOC分析儀是集光、機、電、化學分析、數(shù)據(jù)處理為一體的多學科綜合產(chǎn)品，需要更長時間的知識積累才能勝任。我國80年代中后期，由于沒有TOC排放標準，TOC測定儀的研究、完善和提高等工作基本陷入停頓；而新世紀開始，我國的TOC專業(yè)隊伍又逐漸建立起來，素質(zhì)在穩(wěn)步提高。目前這支隊伍的特點是，外語水平好，消化國外先進技術的速度快；計算機知識豐富，對儀器智能化的檔次提高極為有利；年紀輕，開創(chuàng)新領域的意識強；弱點是知識面窄、動手能力差，對不同種類、不同型號TOC測定儀的特點了解不深，對我國水質(zhì)狀況沒有充分的認識。”
　　“目前我國的TOC測定儀研制絕大多數(shù)處于仿制階段。如果設計人員不能深刻認識進口儀器的特點和我國的國情，一旦設計錯誤又大量生產(chǎn)、安裝，必將造成較大的經(jīng)濟損失。如果不盡快培養(yǎng)出大批動手能力強，解決問題快的技術骨干，迅速掌握TOC測定儀的各種規(guī)律，即使的設計，也將無法正常生產(chǎn)，更不能長期可靠地運行。操作人員素質(zhì)的提高，是TOC分析儀正常運轉(zhuǎn)的必要條件。切莫重復2001年國產(chǎn)COD自動測定儀安裝后即出現(xiàn)大面積的‘死機’現(xiàn)象。”
　　2、TOC標準中亟待解決的問題
　　（1）計量檢定標準 單一
　　“既然TOC測定儀有檔次和方法之分，因而對其檢定標準就不能過分局限。目前，國內(nèi)有關TOC分析儀的檢定標準有JJG821-2005《總有機碳分析儀》檢定規(guī)程和HJ/T104-2003《總有機碳水質(zhì)自動分析儀技術要求》，其中存在一些問題值得探討。”
　　JJG821-2005規(guī)定，有機碳檢測的示值誤差不大于±5%。現(xiàn)有進口TOC測定儀在使用說明書或產(chǎn)品介紹中大都沒有此項指標。正常情況下，樣品水中的碳含量越低，誤差越大。例如日本島津TOC-500產(chǎn)品說明書中40ppb的誤差為16.3 %；其次，進口的TOC測定儀大多數(shù)采用滿度偏差（ FS ） 表示重復性，JJG821-2005與HJ/T104-2003中采用的是相對標準偏差（ RSD） 來表示重復性。當用低濃度試樣來測定儀器的重復性時，滿度偏差明顯小于相對標準偏差。
　　“HJ/T104-2003《總有機碳（TOC）水質(zhì)自動分析儀技術要求》“量程漂移”在3.4定義為試樣連續(xù)測試，在9.4.3性能試驗方法為零點試驗前后分別測定3次；“實際水樣比對試驗”在7.1性能要求為±5%，在9.4.7性能試驗方法為相對誤差值的平均值，定義與方法不統(tǒng)一。部分指標超過中國現(xiàn)階段的制造水平，不切合實際；從2003年7月1日實施以來，還沒有一臺TOC分析儀通過這個標準。”
　　（2）檢測標準 方法不全
　　標準ISO8245-1999的氧化方式就包括燃燒氧化法、適當?shù)难趸瘎┭趸ā⒆贤饩€輻射氧化法和其他高能輻射氧化法；CO2有多種不同的檢測方式，例如紅外吸收、滴定、熱導、電導、庫侖、CO2傳感器和氫火焰離子檢測器（把CO2還原成甲烷后）。
　　而中國國家標準GB13193-91《水質(zhì) 總有機碳（TOC）的測定非分散紅外線吸收法》，只有一種檢測器、一種氧化方法。國家環(huán)境保護總局行業(yè)標準《水污染物排放總量監(jiān)測技術規(guī)范》的總有機碳也必須是燃燒氧化-非分散紅外吸收法，自動在線監(jiān)測也是燃燒氧化-紅外吸收法。
　　“TOC在線自動連續(xù)分析儀大多數(shù)是紫外過硫酸鹽氧化法，例如德國WTW的on-Line、日本TEK的TOC-780、美國HACH的Astro TOC UV、荷蘭SKALAR的Formacs Low Temperature TOC、英國Pollution的PROTOC300等都是紫外過硫酸鹽氧化法（因為燃燒氧化法需經(jīng)常清洗管路，維護量大），它們都不符合GB13193-91標準。非分散紅外檢測器的靈敏度不足以檢測ppb級的純水，必須使用的電導檢測器也不符合GB13193-91標準。”
　　GB13193-91測定濃度范圍為0.5～60mg/L，對于高濃度樣品可以進行稀釋后測定，其檢測下限為0.5mg/L。當水樣中常見共存離子超過SO42-400mg/L、Cl-400mg/L、PO43-100mg/L、NO3-100mg/L、S2-100mg/L時，對測定有干擾，應作適當處理后再進行分析測定。現(xiàn)代的TOC分析儀早已超過這些限定。
　　（3）限量標準 重視度不夠
　　我國在《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）中規(guī)定了TOC的排放限值，但造紙工業(yè)、船舶、船舶工業(yè)、海洋石油開發(fā)工業(yè)、紡織染整工業(yè)、肉類加工工業(yè)、合成氨工業(yè)、鋼鐵工業(yè)、航天推進劑使用、兵器工業(yè)、磷肥工業(yè)、燒堿、聚氯乙烯工業(yè)等12個行業(yè)所排放的污水并不執(zhí)行本標準，而是各自執(zhí)行相應的國家行業(yè)標準。
　　而在《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）、《醫(yī)療機構(gòu)水污染物排放標準》（GB/8468）、《生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB5749-2006）都沒有把TOC列入標準。
　　徐滋秋教授認為：“現(xiàn)行的技術標準在實施的同時，需要繼續(xù)組織力量進一步研究，使之更加科學、合理、可行，留出足夠的發(fā)展空間和機會。進口機的性能指標是中國TOC分析儀的發(fā)展方向，但作為中國現(xiàn)代標準制訂基礎就可能把剛起步的產(chǎn)業(yè)扼殺在搖籃之中。”
　　中國的標準普遍比較滯后，而且比較混亂，標準中未被列出，也就不會引起相關用戶的重視，TOC標準不全面直接影響了中國TOC儀器行業(yè)發(fā)展。
　　后記
　　近幾年，國家對水環(huán)境安全的重視度在逐漸增加，全國范圍內(nèi)也興起了TOC分析儀研制與購買的熱潮，這對我國國產(chǎn)TOC分析儀生產(chǎn)企業(yè)是一個絕好的發(fā)展機遇。但徐滋秋教授仍不無憂慮的說到：“現(xiàn)在中國TOC分析儀市場狀況是：全國的TOC市場國外品牌大約占去了95%以上的份額，國產(chǎn)儀器幾乎銷不動。”
　　我國TOC分析儀器技術和工業(yè)水平與國外相比還存在不小的差距，國產(chǎn)儀器廠商要做到能夠與跨國儀器公司同臺競爭，除了國家給予必要的扶植之外，根本問題還是加大力度解決目前TOC國產(chǎn)化中存在的一些問題，例如關鍵部件、研發(fā)人員、標準等。