CN116848406A - 用于获得样品的碱度测量结果的方法 - Google Patents

用于获得样品的碱度测量结果的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116848406A
CN116848406A CN202280014703.2A CN202280014703A CN116848406A CN 116848406 A CN116848406 A CN 116848406A CN 202280014703 A CN202280014703 A CN 202280014703A CN 116848406 A CN116848406 A CN 116848406A
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon
fluid sample
analyzer
amount
alkalinity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202280014703.2A
Other languages
English (en)
Inventor
V·V·拉杰什卡兰
卡里·伯顿·杰克逊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hach Co
Original Assignee
Hach Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hach Co filed Critical Hach Co
Publication of CN116848406A publication Critical patent/CN116848406A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/27—Association of two or more measuring systems or cells, each measuring a different parameter, where the measurement results may be either used independently, the systems or cells being physically associated, or combined to produce a value for a further parameter
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/18—Water
    • G01N33/182—Specific anions in water
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28—Electrolytic cell components
    • G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/302—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells pH sensitive, e.g. quinhydron, antimony or hydrogen electrodes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28—Electrolytic cell components
    • G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/308—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells at least partially made of carbon
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N31/00—Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods
    • G01N31/005—Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods investigating the presence of an element by oxidation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N31/00—Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods
    • G01N31/22—Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods using chemical indicators
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/18—Water
    • G01N33/1826—Organic contamination in water
    • G01N33/1846—Total carbon analysis
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems
    • G01N27/42—Measuring deposition or liberation of materials from an electrolyte; Coulometry, i.e. measuring coulomb-equivalent of material in an electrolyte
    • G01N27/44—Measuring deposition or liberation of materials from an electrolyte; Coulometry, i.e. measuring coulomb-equivalent of material in an electrolyte using electrolysis to generate a reagent, e.g. for titration

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)

Abstract

用于获得碱度测量结果的方法和设备包括：引入流体样品；使用比色试剂来测量所述流体样品的磷酸盐量；测量所述流体样品的pH值，其中所述流体样品的pH值与所述流体样品的氢氧化物量相关；引入酸以将所有的无机碳转化为二氧化碳；向SP3取代的碳电极施加正电势；在向所述SP3取代的碳电极施加所述正电势之前或基本上同时并且在所述反应室中引入含有金属催化剂的至少一种酸试剂，将所述碳酸盐和所述部分氧化的物种转化为二氧化碳；通过检测由所述氧化产生的二氧化碳的量来确定总有机碳；由有机碳物种的氧化确定总有机碳，以及基于所述磷酸盐量、所述氢氧化物量和由所述无机碳生成的二氧化碳的量来确定获得的碱度。

Description

用于获得样品的碱度测量结果的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年3月31日提交的并且名称为“DERIVED ALKALINITY(获得的碱度)”的美国临时专利申请序列No.63/168,569的优先权，其内容通过引用并入本文。
背景技术
本申请一般地涉及确定水性样品中的碱度，并且更具体地，涉及使用所述样品的磷酸盐、氢氧化物、二氧化碳和被氧化的物种的测量结果来测量碱度。
确保水纯度在许多应用中至关重要，例如在提供饮用水的市政中以及在诸如制药、化学品和其他制造领域的许多其他行业中至关重要。对于水的处理可能需要对样品进行适当的pH值和碱度测量。此外，水中存在有机化合物可能暗示在过滤和/或其他部件和系统中有故障，如果不核查，则可能会损坏昂贵的工业系统，影响产品质量，不利于公众健康，并且甚至影响利润率。作为示例，饮用水质可能需要使用消毒试剂进行处理。消毒试剂的量取决于碱度和总有机碳的准确测量，以防止过度使用试剂而导致消毒副产物。
发明内容
总之，一个实施例提供了一种用于获得碱度测量结果的方法，所述方法包括：在分析仪的反应室中引入含有无机碳的流体样品，其中所述反应室包括电化学隔室，并且其中所述电化学隔室包括掺杂有导电性提升组合物的SP3取代的固态的碳电极；使用所述分析仪的磷酸盐分析仪、使用比色试剂来测量所述流体样品的磷酸盐量；使用所述分析仪的pH值传感器来测量所述流体样品的pH值，其中所述流体样品的pH值与所述流体样品的氢氧化物量相关；引入酸试剂以将所述无机碳转化为二氧化碳，其中所述无机碳包括碳酸盐和碳酸氢盐；使用所述分析仪的发生器向所述SP3取代的碳电极施加正电势，所述正电势足以氧化所述流体样品中的有机物以产生碳酸盐和部分氧化的有机物；在向所述SP3取代的碳电极施加所述正电势之前或基本上同时并且在所述反应室中引入含有金属催化剂的至少一种酸试剂，所述至少一种酸试剂将所述碳酸盐和所述部分氧化的物种转化为二氧化碳；通过使用所述分析仪的至少一个检测器检测由所述氧化产生的二氧化碳的量，来确定总有机碳；以及基于所述磷酸盐量、所述氢氧化物量和由所述无机碳生成的二氧化碳的量，来确定获得的碱度。
另一实施例提供了一种用于获得碱度测量结果的装置，所述装置包括：壳体，所述壳体包括：反应室，其中所述反应室包括电化学隔室，并且其中所述电化学隔室包括掺杂有导电性提升组合物的SP3取代的碳电极；至少一个检测器；磷酸盐分析仪；pH值传感器；和发生器；用于获得碱度测量结果的所述装置被配置为：在分析仪的所述反应室中接收含有无机碳的流体样品；使用所述分析仪的所述磷酸盐分析仪、使用比色试剂来测量所述流体样品的磷酸盐量；使用所述分析仪的所述pH值传感器来测量所述流体样品的pH值，其中所述流体样品的pH值与所述流体样品的氢氧化物量相关；引入酸试剂以将所述无机碳转化为二氧化碳，其中所述无机碳包括碳酸盐和碳酸氢盐；使用所述分析仪的所述发生器向所述SP3取代的碳电极施加正电势，所述正电势足以氧化所述流体样品中的有机物以产生碳酸盐和部分氧化的有机物；在向所述SP3取代的碳电极施加所述正电势之前或基本上同时在所述反应室中引入含有金属催化剂的至少一种酸试剂，所述至少一种酸试剂将所述碳酸盐和所述部分氧化的有机物转化为二氧化碳；通过使用所述分析仪的所述至少一个检测器检测由所述氧化产生的二氧化碳的量，来确定总有机碳；以及基于所述磷酸盐量、所述氢氧化物量和由所述无机碳生成的二氧化碳的量，来确定获得的碱度。
又一实施例提供了一种用于测量样品中的碱度的产品，所述产品包括存储代码的存储装置，所述代码能够由处理器执行，并且所述代码包括：在分析仪的反应室中引入含有无机碳的流体样品的代码，其中所述反应室包括电化学隔室，并且其中所述电化学隔室包括掺杂有导电性提升组合物的SP3取代的固态的碳电极；使用所述分析仪的磷酸盐分析仪、使用比色试剂来测量所述流体样品的磷酸盐量的代码；使用所述分析仪的pH值传感器来测量所述流体样品的pH值的代码，其中所述流体样品的pH值与所述流体样品的氢氧化物量相关；引入酸试剂以将所述无机碳转化为二氧化碳的代码，其中所述无机碳包括碳酸盐和碳酸氢盐；使用所述分析仪的发生器向所述SP3取代的碳电极施加正电势的代码，所述正电势足以氧化所述流体样品中的有机物以产生碳酸盐和部分氧化的有机物；在向所述SP3取代的碳电极施加所述正电势之前或基本上同时并且在所述反应室中引入含有金属催化剂的至少一种酸试剂的代码，所述至少一种酸试剂将所述碳酸盐和所述部分氧化的物种转化为二氧化碳；通过使用所述分析仪的至少一个检测器检测由所述氧化产生的二氧化碳的量来确定总有机碳的代码；以及基于所述磷酸盐量、所述氢氧化物量和由所述无机碳生成的二氧化碳的量来确定获得的碱度的代码。
前述内容是概述，并因此可以含有对细节的简化、概括和省略；相应地，本领域技术人员将了解，该概述仅是说明性的并且没有意图以任何方式进行限制。
结合随附附图参考以下描述，以便更好地理解实施例及实施例的其他和进一步的特征和优点。将在所附权利要求中指出本发明的范围。
附图说明
图1图示了获得流体样品中的碱度的示例方法。
图2图示了常规的TOC分析仪系统。
图3图示了根据一个实施例的示例SP3取代的碳电极TOC分析仪。
图4图示了获得碱度的方法和系统的示例流程图。
图5图示了使用流入物和流出物测量的对流体样品的示例前馈和反馈。
具体实施方式
将容易理解的是，除了所描述的示例实施例之外，如本文的附图中一般描述和图示的实施例的部件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下如图所呈现的对示例实施例的更详细的描述并无意图限制所要求保护的实施例的范围，而仅仅代表示例实施例。
贯穿整个说明书中对“一个实施例”或“一实施例”(或类似表述)的引用意味着结合该实施例所描述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个实施例中。因此，贯穿整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”或类似表述不一定都指同一实施例。
此外，所描述的特征、结构或特性可以在一个或多个实施例中以任何合适的方式组合。在下面的描述中，提供了许多具体细节以给出对实施例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，可以在没有这些具体细节中的一个或多个细节的情况下，或者利用其他方法、部件、材料等来实践各种实施例。在其他情况下，没有详细地示出或描述众所周知的结构、材料或操作。以下描述仅旨在通过示例的方式并且简单地图示说明某些示例实施例。
常规的碱度测量可能有一些局限性。碱度是水性(aqueous)样品的缓冲能力。碱度是在源头、分配、工业和市政过程水基质中测量的重要参数。在常规方法中，可以将强酸逐渐添加到样品溶液中以用于进行滴定。对于酚酞(Phenolphthalein)和总碱度(TotalAlkalinity)的终点可以分别是pH8.3或pH4.5。由于强酸的处理、存在和储存，滴定存在安全风险。此外，常规仪器可能具有性能和维护问题。
另外，由于在水源中发现的有机前体(organic precursor)与被添加以用于杀死微生物的消毒剂之间的反应，可能会形成有害的消毒副产物(harmful disinfectionbyproduct，DBP)。碱度测量的用途中的一种用途是降低以总有机碳(total organiccarbon，TOC)形式存在的有机前体的浓度。这是通过诸如腐殖酸(humic acid)之类的有机前体的沉淀来实现的。
例如，在存在诸如氯之类的消毒剂的情况下，这些有机前体对于在水基质中形成有害的消毒副产物(DBP)负有责任。对碱度和作为TOC的有机物的同时测量将支持根据规定减少TOC并随后减少DBP的形成。另外，此处所描述的方法允许对于原水TOC和碱度样品在同一位置进行采集。
目前存在多种总有机碳(TOC)方法和技术。然而，许多现有技术需要使用危险试剂(例如，强酸和氧化剂等)，并且需要在恶劣的环境(例如，在紫外光下、在高温烘箱中等)下进行，以便正确地进行氧化反应。这些问题促使开发更安全且更具成本效益的电化学装置，该电化学装置能够氧化有机碳并且确定水性溶液中的TOC水平。
一种这样的装置是由德克萨斯州的College Station的O.I.Analytical(即，9210e在线TOC分析仪(9210e On-line TOC Analyzer))生产和分销的TOC分析仪，该装置利用掺杂有硼的薄金刚石膜电极来进行有机材料的氧化以产生二氧化碳(这例如，通过在硼掺杂的金刚石(boron doped diamond，BDD)电极的表面上生成羟基自由基(hydroxylradicals)和臭氧而实现)。与碳基材料或其他金属材料(例如，银、金、汞、镍等)相比，使用硼用作更好的电极材料，这是因为这些材料氧化性差并且可能最终自身被氧化。O.I.TOC分析仪包括能够检测由硼掺杂的金刚石电极所产生的二氧化碳的一个或多个传感器。在一实施例中，可以使用厚膜SP3取代的碳区域，其优点被名称为“SP3 SUBSTITUTED CARBONELECTRODE TOC ANALYSIS USING METALLIC CATALYST(使用金属催化剂的SP3取代的碳电极TOC分析)”并且于2017年7月29日提交的美国专利No.10,724,984描述，该美国专利的内容通过引用以其整体并入本文。
然而，利用BDD电极的现有的TOC分析仪可能无法测量所有被氧化的碳物种。更具体地，对碳物种的羟基自由基氧化可以产生两种氧化产物——碳酸盐和草酸盐，这两种氧化产物的比例一般取决于分子中的碳原子的数量(例如，C1(甲醇)只能形成碳酸盐(100％)；C2(乙醇)形成碳酸盐(～67％)和草酸盐(～33％)；等等)。在CO2气体分析仪中通过添加酸将碳酸盐转化为CO2气体来测量碳酸盐。然而，尚不清楚当前的BDD TOC方法是否能够完全测量草酸盐比例，因此这可能导致测量不完整(即，对总TOC含量估计不足)。另外，由于电极上的薄膜涂层会经历分层，因此薄膜电极的寿命较短。
研究进展已经发现，向样品添加锰催化剂或其他金属催化剂使得草酸盐能够被转化为CO2气体，然后可以测量该CO2气体。然而，这些常规方法仍然需要使用臭氧来生成活性成分(即，羟基自由基)，这需要昂贵的臭氧发生器。此外，该技术所需的气体是氧气，这需要在分析系统中具有氧气浓缩器。
常规的仪器和方法不能在同一位置同时地确定碱度和有机物两者。同时测量的这种局限限制了对被添加到系统中的化学品的量的控制。例如，可以添加过高水平的碳酸氢钠来降低TOC。在没有同时监测的情况下，DBP水平可能会超出规定或制度限制。
因此，实施例提供了用于同时地确定碱度和TOC的方法和系统。在一实施例中，实时控制可以优化化学品添加。被优化的化学品水平可以去除有机前体。被优化的化学品水平可以减少DBP形成。该优化可以被用于多种水源组合物。实施例提供了一种用于氧化水性溶液中的有机碳并且结合确定流体样品的获得的碱度来测量由氧化过程产生的总有机碳的方法。在一实施例中，将含有有机碳的流体样品引入到总有机碳分析仪的反应室中。反应室可以包括电化学隔室(electrochemical cell)，其具有掺杂有导电性提升组合物(例如硼等)的SP3取代的碳电极。在一实施例中，可以使用比色法(colorimetric method)来测量流体样品的磷酸盐的量。在一实施例中，可以测量或确定流体样品的pH值，以确定该流体样品的氢氧化物量。然后，实施例可以向电极施加正电势，以将流体样品中的任何有机物氧化至其对应的氧化过程。实施例可以将金属催化剂(例如，锰、铁、镍、铬、能够氧化流体样品中的有机物的另一过渡金属等)引入到该流体样品中。这些金属催化剂将被氧化成较高价的Mn(VII)。这些较高价的锰物种有助于将中间部分氧化的物种(例如，草酸盐等)转化为二氧化碳，然后可以通过至少一个二氧化碳检测器/传感器来检测和/或测量该二氧化碳。在该过程中，Mn(VII)转化回到Mn(II)。这种方法确保了完全回收所有的被氧化的碳物种。该系统和方法可以获得碱度以减少处理化学品并且减少消毒副产物的形成。
通过参考附图将最好地理解所图示的示例实施例。以下描述仅旨在通过示例的方式并且简单地图示说明某些示例实施例。
现在参考图1，实施例可以测量水性样品中存在的总有机碳的含量。在101处，含有有机碳的水性流体样品(例如，来自源头的水、含有被溶解的样本的溶液等)可以被引入到TOC和碱度分析仪中。在一实施例中，TOC分析仪包括适当的壳体，该壳体被密封以形成封闭系统，在该封闭系统中，通过氧化过程生成的二氧化碳在检测之前不能从该系统逸出。在一实施例中，壳体包括被配置成容纳水性流体样品的反应室。壳体还可以包括头部空间，该头部空间可以被配置成捕捉气相的二氧化碳。在一实施例中，分析仪可以是停流(stopped-flow)设计。停流设计可以被配置成捕捉流体样品并且针对不连续地流动通过该分析仪的体积执行步骤。
在一实施例中，反应室可以包括电化学隔室。该电化学隔室可以包括多个电极(例如，工作电极、参考电极、反电极等)，其中工作电极可以是能够氧化水性样品中的有机物以产生二氧化碳的SP3取代的固态的碳电极。在一实施例中，SP3取代的固态的碳电极可以掺杂有导电性诱导材料(例如硼等)，该导电性诱导材料能够提高SP3取代的固态的碳电极的导电带。为了简单起见，本文的大部分讨论将硼称为导电性诱导材料，然而应当理解的是，也可以使用能够提高SP3取代的固态的碳电极的导电带的其他合适的原子。在一实施例中，电极可以被浸没在样品的水性流体样品中并与其接触。
在102处，在一实施例中，可以测量流体样品中的磷酸盐的量。可以使用比色法来执行磷酸盐测量。例如，比色试剂可以与流体样品的至少一部分组合。流体样品的磷酸盐和比色试剂可以形成显色复合物。在使用比色试剂的情况下，复合物可以在特定波长处给出吸收带。比色测量可以使用分光光度计(spectrophotometer)等来测量。
在103处，在一实施例中，可以测量流体样品的pH值。pH值传感器可以是专用碳电极、标准玻璃pH值电极等。可以使用样品的pH值来确定流体样品中的氢氧化物的量。在一实施例中，pH值传感器和相关联的电路可以是添加到现有的TOC分析仪或装置的附加件或部件。换句话说，pH值测量可以是对具有现有TOC测量装置的设施的改造组成部分。在一实施例中，改造可以包括用于执行如本文所讨论的使用流入物和流出物测量的水处理的前馈和反馈调节的部件。
在104处，在一实施例中，可以引入酸试剂以在流体样品中将无机碳转化成二氧化碳。在一实施例中，无机碳可以含有碳酸盐和/或碳酸氢盐。在氧化之前在样品中作为碳酸盐和碳酸氢盐存在的无机碳以二氧化碳的形式被喷射到NDIR隔室(NDIR cell)中。呈单独的二氧化碳形式的无机碳与氢氧化物的量和磷酸盐的量一起被用于确定获得的碱度。通过酸注入可以促进来自无机碳的二氧化碳的喷射和产生(参见图4)。
在105处，在一实施例中，可以将正电势施加到SP3取代的固态的碳电极。可以使用发电机或其他电力产生源(例如，外部蓄电池等)来施加电势，以在SP3取代的固态的碳电极的表面处产生二氧化碳。在一实施例中，正电势可以是足够大以将流体样品中的有机化合物充分氧化成碳酸盐和草酸盐的氧化产物的电势。例如，电势可以是0.5伏至20伏。在一实施例中，可以利用恒流器(galvanostat)来保持通过电化学隔室的电流恒定。
在一实施例中，使用BDD电极的氧化过程可以包括在酸性/中性介质中通过一个电子、一个质子的过程产生羟基自由基。羟基自由基的产生效率取决于样品溶液的pH值。更具体地，pH值高于9时，几乎不产生羟基自由基或不产生羟基自由基。因此，在一实施例中，pH值可以被维持在～1，以使用一个或多个固体独立式SP3取代的固态的碳电极来以电化学的方式产生羟基自由基。由于基板与BDD之间的热膨胀系数不同，薄膜BDD可能会承受热应力，这限制了可以被施加到这些基板的电流密度。厚的SP3取代的固态的碳电极没有基板，并因此可以在较高电流下维持结构和电完整性。这样的实施例可以消除如在常规方法中所需要的添加碱性溶液和臭氧的需要。此外，厚的固体独立式SP3取代的固态的碳电极中缺少基板，消除了在薄膜BDD上发生的分层问题。
在106处，在一实施例中，可以将含有金属催化剂的至少一种酸试剂引入到反应室中的样品中。在一实施例中，该至少一种酸试剂可以与样品中的任何碳酸盐反应以产生二氧化碳气体。在一实施例中，相同或不同的酸试剂可以含有锰(例如，Mn(II))催化剂。在一实施例中，对于Mn(II)催化剂，可以将样品溶液的pH值维持在酸性水平，以将草酸盐氧化成二氧化碳。催化剂的添加有效地保证了氧化产物完全氧化成二氧化碳。在一实施例中，可以喷射流体样品。可以用惰性气体进行喷射。惰性气体可以是氮气。另外，可以加热流体样品。在一实施例中，该方法可以测量流体样品的初始pH值，并且随后直接用惰性气体净化该流体样品。
在107处，在一实施例中，可以测量由氧化过程产生的二氧化碳。在一实施例中，二氧化碳可以鼓泡进入收集室(例如，头部空间等)，在该收集室中可以使用一个或多个传感器来测量二氧化碳。在一实施例中，头部空间可以包括能够测量该头部空间中的气相二氧化碳的量的气相检测器(例如，二氧化碳传感器等)。在另一实施例中，可以使用液相检测器(例如，能够测量水性相中被溶解的二氧化碳的水平等)来代替气相检测器或与气相检测器组合，以得到对样品中的TOC的完整测量。在一实施例中，所测量的二氧化碳可以与水性样品中所存在的有机碳的量基本上成比例。
图2图示了示例的常规分析仪系统200。常规系统包括氧气模块201，该氧气模块201通过使用氧气浓缩器来由空气浓缩氧气来产生喷射气体。常规系统包括分别引入酸和碱的两个试剂引入机构202和203。使用样品电子器件204将样品引入到系统中。常规系统还包括臭氧发生器205，该臭氧发生器205产生要在反应器中使用的臭氧。将试剂、样品和臭氧传送至混合样品的反应器206。反应器引起碳的产生，然后可以利用CO2分析仪207测量碳。来自CO2分析仪207的废气然后在被排出之前被传送通过臭氧破坏器208。
使用本文所描述的和在图3中图示的系统，可以简化常规分析仪系统。例如，本文所描述的系统300的示例实施例可以使用空气而不是氧气作为喷射气体。因此，氧气模块201可以被去除，并且用气流控制单元301代替。这不仅去除了大的氧气模块201，而且还减少了用于生成常规系统所需的氧气所需的空气的量。此外，在如本文所描述的系统300中仅需要单一试剂。因此，试剂泵202和/或203中的一个可以从系统300去除(例如，在图3中，仅存在酸试剂泵302)。样品电子器件203也可以被简化。反应器206的混合器部分可以被去除，并且用如本文描述的SP3取代的固态的碳电极305代替。另外，如本文所描述的系统300不需要臭氧。因此，大的臭氧发生器205和臭氧破坏器208两者可以被去除。如本文所描述的系统300还可以得到更简单的CO2分析仪207，其在图3中被示出为304。此外，该系统需要更少和更小的部件，从而导致更小的整体壳体。
现在参考图4，图示了获得碱度方法和系统的示例流程图。如上面详细描述的，可以将流体样品注入到装置中。可以添加试剂或比色试剂，并使用比色法测量磷酸盐。在一实施例中，可以测量流体样品的pH值并且测量流体样品的氢氧化物的量。在一实施例中，酸可以将所有的无机碳转化为二氧化碳。可以测量二氧化碳以确定在流体样品氧化之前在该流体样品中存在的碳酸盐和/或碳酸氢盐的测量结果。在一实施例中，在酸注入步骤中，可以使用气体来喷射流体样品。在一实施例中，可以将酸和催化剂注入到流体样品中。在一实施例中，可以确定流体样品的TOC。在一实施例中，可以使用磷酸盐测量结果、氢氧化物测量结果和由无机碳生成的碳酸盐/碳酸氢盐的测量结果来确定获得的碱度(图1，步骤108)。
现在参考图5，图示了使用本文所描述的方法的示例前馈和反馈。在一实施例中，该装置和方法可以使用碱度、TOC和其他测量结果来监测流入物和流出物位置处的水质。该装置和方法可以确定所给定的一体积的待处理水的消毒化学品/试剂的程度，使得消毒副产物保持到最小或低于期望的或规定水平。在一实施例中，该装置可以测量流入物和/或流出物特性。例如，流入物测量可以包括UV254、藻类、天然有机物质(natural organicmatter，NOM)、TOC和碱度测量。流入物测量可以为系统提供前馈输入。例如，流出物测量可以包括UV254、消毒剂/氧化剂、消毒副产物、TOC和碱度测量。流出物测量可以为系统提供反馈输入。
在一实施例中，可以使用流入物和流出物特性来确定用于沉淀有机前体等的化学剂量，以便维持设施所需的水质。在一实施例中，可以使用流入物和流出物特性以确定对流体样品的处理试剂(诸如，碳酸钠、碱添加物以及其他等)的适当量。在一实施例中，该方法或装置可以将处理试剂添加到水源。处理试剂的添加可以在诸如沉淀罐之类的处理步骤之前或同时进行，并且在诸如澄清、消毒等后续水处理之前进行。
在一实施例中，该方法可以同时地测量碱度和TOC，以能够减少DBP形成。例如，如果碱度低且有机物高，则具有很高的倾向使得形成DBP。可以基于由该系统和方法所确定的碱度和TOC浓度来计算所需的化学品的量，以防止DBP形成。
在一实施例中，可以通过在线的监测和按需的化学品添加来实时地优化碱度水平，以最大程度减少DBP的形成。通过该系统和方法实现的碱度和TOC的同时测量可以产生缓冲容量和有机前体浓度，其可以被用于反馈回路中以实时地优化化学品添加，这将导致成本和化学品节省，同时实现DBP形成的有效减少。这种实时控制(real time control，RTC)可以用作主动工具来最大限度减少DBP的形成。
在一实施例中，在一个系统中在流入物和流出物处对TOC和碱度的同时测量提供了用于计算有机物的减少百分比的能力，并且得到对δ碱度(delta alkalinity)的相关依赖性。通过这些计算实时地得到由于化学品添加而产生的沉淀过程的效率。可以实施动态实时化学品剂量控制以实现最高的沉淀效率
如果水平违反了规定限制，则流出物处的DBP测量结果可以提供警报、阈值、范围等。自动地或手动地管理在上游执行的化学处理过程，以使DBP水平低于所需的规定、期望或要求的限制。可以通过能够同时地测量TOC和碱度的系统来实现这种事件监测特征。
因此，本文描述的各种实施例代表了对常规的总的有机碳测量技术的技术改进。使用本文描述的技术，实施例可以接收含有有机碳的流体样品，并且氧化该样品以产生氧化产物，碳酸盐和草酸盐。然后，实施例可以将酸试剂和金属催化剂引入到样品，以将碳酸盐和草酸盐转化为二氧化碳，然后可以测量二氧化碳。此类技术提供了一种测量样品中的总有机碳含量的更准确的方法，并且提供了比现有方法更具成本效益的途径。
如本领域技术人员将了解的，各个方面可以被体现为系统、方法或装置程序产品。因此，各方面可以采用完全硬件实施例或包括软件的实施例的形式，其在本文中通常被称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，各方面可以采用在一个或多个装置可读媒体中体现的装置程序产品的形式，该装置可读媒体具有随其体现的装置可读程序代码。
需要注意的是，本文所描述的各种功能可以利用存储在诸如非信号存储装置之类的装置可读存储媒体上的指令来实施，其中由处理器执行所述指令。在本文档的上下文中，存储装置不是信号，并且“非瞬态”包括除信号介质之外的所有介质。
可以用一种或多种编程语言的任意组合来编写用于执行操作的程序代码。程序代码可以完全在单一装置上执行，部分地在单一装置上执行，作为独立软件包执行，部分地在单一装置上执行以及部分地在另一装置上执行，或者完全在其他装置上执行。在一些情况下，装置可以通过任何类型的连接或网络来连接，所述连接或网络包括局域网(local areanetwork，LAN)或广域网(wide area network，WAN)，或者可以通过其他装置(例如，通过使用互联网服务提供商的互联网)、通过无线连接(例如，近场通信)或通过硬线连接(例如，通过USB连接)进行连接。
本文参考附图描述了示例实施例，附图图示了根据各种示例实施例的示例方法、装置和产品。应当理解，可以至少部分地通过程序指令来实施动作和功能。这些程序指令可以被提供给装置(例如，如图1所图示的手持式测量装置)的处理器或其他可编程数据处理装置来生产机器，使得经由装置的处理器执行的指令实施所指定的功能/动作。
应注意，本文提供的值应被解释为包括通过使用术语“约”指示的等效值。等效值对于本领域普通技术人员来说是显而易见的，但至少包括通过对最后有效数字进行普通舍入而得到的值。
本公开内容是为了图示说明和描述的目的而提出的，但没有意图表示为穷尽的或限制性的。许多修改和变型对于本领域普通技术人员来说将是显而易见的。选择和描述示例实施例是为了解释原理和实际应用，并且使本领域的其他普通技术人员能够理解具有适合于所设想的特定用途的各种修改的各种实施例的公开内容。
因此，虽然本文已经参考随附附图描述了说明性示例实施例，但是应当理解，该描述不是限制性的，并且在不脱离本公开的范围或精神的情况下，本领域技术人员可以在其中实现各种其他改变和修改。

Claims (20)

1.一种用于获得碱度测量结果的方法，包括：
在分析仪的反应室中引入含有无机碳的流体样品，其中所述反应室包括电化学隔室，并且其中所述电化学隔室包括掺杂有导电性提升组合物的SP3取代的固态的碳电极；
使用所述分析仪的磷酸盐分析仪、使用比色试剂来测量所述流体样品的磷酸盐量；
使用所述分析仪的pH值传感器来测量所述流体样品的pH值，其中所述流体样品的pH值与所述流体样品的氢氧化物量相关；
引入酸试剂以将所述无机碳转化为二氧化碳，其中所述无机碳包括碳酸盐和碳酸氢盐；
使用所述分析仪的发生器向所述SP3取代的碳电极施加正电势，所述正电势足以氧化所述流体样品中的有机物以产生碳酸盐和部分氧化的有机物；
在向所述SP3取代的碳电极施加所述正电势之前或基本上同时并且在所述反应室中引入含有金属催化剂的至少一种酸试剂，所述至少一种酸试剂将所述碳酸盐和所述部分氧化的物种转化为二氧化碳；
通过使用所述分析仪的至少一个检测器检测由所述氧化产生的二氧化碳的量，来确定总有机碳；以及
基于所述磷酸盐量、所述氢氧化物量和由所述无机碳生成的二氧化碳的量，来确定获得的碱度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，引入至少一种酸试剂还包括用惰性气体进行喷射。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述惰性气体包括氮气。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括测量所述流体样品的初始pH值，并且随后直接用惰性气体净化所述流体样品。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括测量所述分析仪上游的流入物特性和所述分析仪下游的流出物特性。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述流入物特性选自由碱度和总有机碳组成的组。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述流出物特性选自由碱度和总有机碳组成的组。
8.根据权利要求5所述的方法，还包括至少部分地基于所述流入物特性和所述流出物特性，来确定所需的消毒化学品的浓度。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括至少部分地基于所述获得的碱度和总有机碳，来计算消毒副产物的形成概率。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，总有机碳分析仪的所述反应室包括用于所述流体样品的停流设计。
11.一种用于获得碱度测量结果的装置，包括：
壳体，所述壳体包括：
反应室，其中所述反应室包括电化学隔室，并且其中所述电化学隔室包括掺杂有导电性提升组合物的SP3取代的碳电极；
至少一个检测器；
磷酸盐分析仪；
pH值传感器；和
发生器；
用于获得碱度测量结果的所述装置被配置为：
在分析仪的所述反应室中接收含有无机碳的流体样品；
使用所述分析仪的所述磷酸盐分析仪、使用比色试剂来测量所述流体样品的磷酸盐量；
使用所述分析仪的所述pH值传感器来测量所述流体样品的pH值，其中所述流体样品的pH值与所述流体样品的氢氧化物量相关；
引入酸试剂以将所述无机碳转化为二氧化碳，其中所述无机碳包括碳酸盐和碳酸氢盐；
使用所述分析仪的所述发生器向所述SP3取代的碳电极施加正电势，所述正电势足以氧化所述流体样品中的有机物以产生碳酸盐和部分氧化的有机物；
在向所述SP3取代的碳电极施加所述正电势之前或基本上同时在所述反应室中引入含有金属催化剂的至少一种酸试剂，所述至少一种酸试剂将所述碳酸盐和所述部分氧化的有机物转化为二氧化碳；
通过使用所述分析仪的至少一个检测器检测由所述氧化产生的二氧化碳的量，来确定总有机碳；以及
基于所述磷酸盐量、所述氢氧化物量和由所述无机碳生成的二氧化碳的量，来确定获得的碱度。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，引入至少一种酸试剂还包括用惰性气体进行喷射。
13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述惰性气体包括氮气。
14.根据权利要求11所述的装置，还包括测量所述流体样品的初始pH值，并且随后直接用惰性气体净化所述流体样品。
15.根据权利要求11所述的装置，还包括测量所述分析仪上游的流入物特性和所述分析仪下游的流出物特性。
16.根据权利要求15所述的装置，其中，所述流入物特性选自由碱度和总有机碳组成的组。
17.根据权利要求15所述的装置，其中，所述流出物特性选自由碱度和总有机碳组成的组。
18.根据权利要求15所述的装置，还包括至少部分地基于所述流入物特性和所述流出物特性，来确定所需的消毒化学品的浓度。
19.根据权利要求11所述的装置，还包括至少部分地基于所述获得的碱度和总有机碳，来计算消毒副产物的形成概率。
20.一种用于测量样品中的碱度的产品，包括：
存储代码的存储装置，所述代码能够由处理器执行，并且所述代码包括：
在分析仪的反应室中引入含有无机碳的流体样品的代码，其中所述反应室包括电化学隔室，并且其中所述电化学隔室包括掺杂有导电性提升组合物的SP3取代的固态的碳电极；
使用所述分析仪的磷酸盐分析仪、使用比色试剂来测量所述流体样品的磷酸盐量的代码；
使用所述分析仪的pH值传感器来测量所述流体样品的pH值的代码，其中所述流体样品的pH值与所述流体样品的氢氧化物量相关；
引入酸试剂以将所述无机碳转化为二氧化碳的代码，其中所述无机碳包括碳酸盐和碳酸氢盐；
使用所述分析仪的发生器向所述SP3取代的碳电极施加正电势的代码，所述正电势足以氧化所述流体样品中的有机物以产生碳酸盐和部分氧化的有机物；
在向所述SP3取代的碳电极施加所述正电势之前或基本上同时并且在所述反应室中引入含有金属催化剂的至少一种酸试剂的代码，所述至少一种酸试剂将所述碳酸盐和所述部分氧化的物种转化为二氧化碳；
通过使用所述分析仪的至少一个检测器检测由所述氧化产生的二氧化碳的量来确定总有机碳的代码；以及
基于所述磷酸盐量、所述氢氧化物量和由所述无机碳生成的二氧化碳的量来确定获得的碱度的代码。
CN202280014703.2A 2021-03-31 2022-03-31 用于获得样品的碱度测量结果的方法 Pending CN116848406A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202163168569P 2021-03-31 2021-03-31
US63/168,569 2021-03-31
PCT/US2022/022753 WO2022212650A1 (en) 2021-03-31 2022-03-31 A method for deriving an alkalinity measurement of a sample

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116848406A true CN116848406A (zh) 2023-10-03

Family

ID=81654617

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202280014703.2A Pending CN116848406A (zh) 2021-03-31 2022-03-31 用于获得样品的碱度测量结果的方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20220317080A1 (zh)
EP (1) EP4314805A1 (zh)
CN (1) CN116848406A (zh)
WO (1) WO2022212650A1 (zh)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101161861B1 (ko) * 2009-12-30 2012-07-03 (주)티앤아이 총 유기탄소 측정장치 및 그 방법
CN109313160B (zh) * 2016-06-23 2021-02-23 哈希公司 用于使用碱度传感器测定含水样品的碱度的方法
US10724984B2 (en) 2017-07-29 2020-07-28 Hach Company SP3 substituted carbon electrode TOC analysis using metallic catalyst
KR102245751B1 (ko) * 2019-08-09 2021-04-27 강원대학교 산학협력단 무기탄소 성분 및 pH 및 온도 측정을 통한 알칼리도 측정방법 및 그 장치

Also Published As

Publication number Publication date
EP4314805A1 (en) 2024-02-07
US20220317080A1 (en) 2022-10-06
WO2022212650A1 (en) 2022-10-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Guo et al. Comparison of emerging contaminant abatement by conventional ozonation, catalytic ozonation, O3/H2O2 and electro-peroxone processes
Xiao et al. Electrochemical process combined with UV light irradiation for synergistic degradation of ammonia in chloride-containing solutions
US20220306498A1 (en) Electrochemically activated persulfate for advanced oxidation processes
Palma-Goyes et al. The effect of different operational parameters on the electrooxidation of indigo carmine on Ti/IrO2-SnO2-Sb2O3
EP3809129B1 (en) A total organic carbon analyzer
Wang et al. UV photoelectrochemical process for the synergistic degradation of total ammonia nitrogen (TAN)
KR101274983B1 (ko) 센서를 이용한 잔류염소농도의 측정방법과 측정장치 및 그를 이용한 정수처리시스템
KR20210034091A (ko) 물의 조성을 측정하기 위한 시스템 및 방법
Heim et al. Ozone I: characteristics/generation/possible applications
JP4175002B2 (ja) 酸化・還元剤の注入量制御方法
Takahashi et al. Estimation of hydroxyl radicals produced by pulsed discharge inside bubble in water using indigo carmine as chemical probe
CN116848406A (zh) 用于获得样品的碱度测量结果的方法
JP2001083083A (ja) 全窒素の測定方法及び測定装置
Issa et al. Simple catalytic approach for removal of analytical interferences caused by hydrogen peroxide in a standard chemical oxygen demand test
CN112777691B (zh) 一种推进剂污水的处理方法
JP2002107352A (ja) 水質分析装置
Yang et al. Efficient degradation of propranolol with electrochemically activated peracetic acid process: Mechanisms, degradation pathway, and toxicity evaluation
CN116500091A (zh) 一种基于神经网络的水质toc高效检测方法及其装置
Izyumov et al. Studying the decomposition of monoethanolamine in water using efficient oxidation processes
CN217868511U (zh) 紫外线辐照装置
JP4078223B2 (ja) 全窒素測定方法
Bollyky Ozone in water
JP6222651B2 (ja) 酸化態窒素濃度の測定方法及び測定装置
CN114890605A (zh) 紫外线辐照装置及去除溶液中尿素的方法
JP2014200782A (ja) 過酸化水素分解装置、分解方法、検出装置及び検出方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination