Đo tổng Carbon Hữu Cơ (TOC) trong nước

TOC (total organic carbon, tổng carbon hữu cơ) được định nghĩa là tổng lượng carbon liên kết hóa trị với các hợp chất hữu cơ trong nước. Giá trị của TOC thường nằm trong khoảng từ 0.001 – 50 mg C/L.

Trong các thông số thể hiện chất lượng nước thải, TOC thường được đo lường và giám sát để đảm bảo nồng độ TOC nằm trong dải cho phép. Nguyên nhân cần giám sát thông số TOC là vì các thành phần hữu cơ có thể là nguồn cung cấp năng lượng hay thức ăn cho các vi khuẩn có hại trong nước, các vi khuẩn này có thể gây hại đến con người hoặc các loài thủy sản. Muốn đo được carbon hữu cơ, các phân tử hợp chất carbon phải được chuyển thành CO2, một loại phân tử có thể đo và định lượng.

TOC nằm trong Carbon Tổng (TC – total carbon). TC bao gồm các hợp chất như Tổng carbon vô cơ TIC ( gồm CO2^- ,  CO3^2-, và CO2 hòa tan) và TOC (gồm các thành phần carbon liên kết hóa trị với hợp chất hữu cơ).

Nói 1 cách ngắn gọn: TOC = TC - TIC

Để đo TOC trong nước, thành phần carbon vô cơ TIC cần được loại bỏ khỏi hỗn hợp (đây là phương pháp đo TOC trực tiếp); hoặc đo thành phần carbon vô cơ TIC và tổng carbon, lấy TC trừ cho TIC sẽ ra được giá trị TOC (đây là phương pháp đo TOC gián tiếp).

Với cả hai phương pháp đo trực tiếp và gián tiếp TOC, ta đều thấy có các bước trung gian xử lý mẫu trước khi ra được kết quả TOC, vì vậy độ không đảm bảo đo và sai số sẽ gia tăng tùy theo công nghệ đo và chất lượng lấy mẫu.

Một phương pháp khác mà không cần xử lý mẫu là phương pháp quang học. Hệ thống quang học có khả năng phát hiện ta các hợp chất hữu cơ trong nước nhiễm bẩn (Kim, C. and Ji, T. (2019)). Hệ thống quang học này bao gồm 1 bộ phát tia UV và 1 bộ thu. Tia UV được phát ra đi qua theo 2 đường: nước nhiễm bẩn (measuring beam) và đi qua không có vật cản (internal beam) như hình 1.

Hình 1: Đường đi của tia UV trong sản phẩm Spectrolyzer V3 của hãng S::can

Khi qua nước, cường độ của tia UV bị hấp thụ 1 phần do định luật Beer-Lambert. So sánh được sự sai khác này trong phổ quang học, nồng độ TOC sẽ được xác định như hình 2.

Hình 2: Phổ quang học giữa 2 tia (tia đo – measuring beam, và tia chuẩn reference or internal beam)

Trong 1 nghiên cứu khác của Kim, C. and Ji, T. (2019) về việc phân tích các thành phần hữu cơ trong nước  theo thời gian thực bằng phương pháp đo quang phổ, hệ số xác định R² của phương pháp đo này có thể lên tới 0.996 với dải đo TOC từ 0.3 đến 100mg/l.

Từ năm 2020, S::can đã cho ra đời Spectrolyser V3 là cảm biến quang đo được rất nhiều thông số trong nước thải, nước uống. Đây là một công nghệ mới trong đo TOC trực tiếp và theo thời gian thực, với độ chính xác có thể đạt được 2% giá trị đo.

 

 

Kim, C. and Ji, T. (2019). Real-time Spectroscopic Methods for Analysis of Organic Compounds in Water. Current Optics and Photonics, [online] 3(4), pp.336–341. doi:10.3807/COPP.2019.3.4.336.