總有機碳（Total Organic Carbon，簡稱TOC）是以碳含量表示水體中有機物質總量的綜合指標，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的總和，直接反映了水體被有機物質污染的程度。
　目前，TOC測量已經廣泛地應用到江河、湖泊以及海洋、地表水等監測，對于飲用水、工業用水、生活污水、生產廢水等方面的質量控制，TOC同樣是重要的測量參數。實際上，TOC測量已經成為世界上水質量控制的主要檢測手段。
　　2000年，國家環境保護總局發布的《環境監測儀器發展指南》中“TOC分析儀”被列為重點發展的儀器；“十五”、“十一五”期間的（863計劃）都把TOC列為重點研究內容，中國的TOC分析儀研制進入新的研發階段。

　　煙臺大學環保儀器研究所總工徐滋秋教授從七十年代末開始從事節能、環保工作至今，研制了一系列具有完全自主知識產權的TOC分析儀。為了探討國產TOC分析儀器的現狀與發展問題，近日，儀器信息網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，由于企業事業排水收費以CODCr為依據，TOC分析儀的研制和使用進入寒冬；90年代末，中國需要進行水質自動監測，由于CODCr自動測定裝置的局限性和發達國家的經驗，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/甲烷轉換氫火焰離子化法TOC分析儀進行了研制；吉林化學工業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，并小批量生產帶數據處理器的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、煙臺大學環境與材料工程學院徐惠忠、煙臺市環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、焦化等企業存在爆炸氣體的現場檢測TC、TOC；TOC-2000ZX在線型可用于地表水、生活污水、生產廢水的TOC測控；TOC-2000TCB在線型用于地表水、生活污水、生產廢水的TOC及相應的COD、BOD測定；TOC-2008ZD在線純水型可用于核能、半導體、醫藥等行業純凈工藝水的溫度、電導、TOC檢測。
　　“2000年12月8日，國家環境保護總局發布《環境監測儀器發展指南》，‘有機污染物自動連續監測系統’被列為的水質重點研究儀器，‘TOC分析儀’被列為重點發展的儀器。國家經貿委、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展的環境監測設備。國家科技部“十五”期間國家高技術研究發展計劃（863計劃）把TOC列為《水質自動監測系統關鍵技術及集成設備研制》項目的重點研究內容，并由中國環境監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展計劃（863計劃）把《海水中總有機碳（TOC）自動在線監測儀的研制》列為海洋環境立體監測技術項目，并由中國海洋大學化工學院王江濤團隊承擔。中國國家環境保護總局公布的HJ/T92-2002《水污染物排放總量監測技術規范》中的65類企業排水中，除電池、電鍍、硫鐵礦外，其余62類企業的排水都要進行有機物的檢測，且必須檢測COD，占排污行業類別總數的95%以上；有18種類別的企業排水可選測TOC。國家計委、財政局、國家環保總局、國家經貿委2002年2月28日（2003年7月1日實行）發布的第31號令《排污費征收標準管理辦法》規定了COD、BOD、TOC的污染當量值分別為1、0.5、0.49，又規定同一排放口中的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。上海中環大地組裝生產日本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、生活飲用水的水質監測，以及水處理裝置的運行管理。
　　“TOC監測項目的開展與TOC分析儀器的國產化研發，無疑對于我國的有機污染物監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分析儀國產化起點
　　“目前，我國絕大多數TOC研究單位是仿制或組裝國外產品。進口儀器往往不適應我國的水質狀況、監測標準，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，各地在水質特點、經濟實力、技術與人才等方面差異較大，因此，在國產化過程中，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、根據實際應用選擇適當的型式與方法
　　“TOC分析儀有多種結構型式，各有其特點與適用場合。在國產化研制過程中，各研制單位宜按照自己的優勢與特長，有針對性地選擇適于我國國情的型式與方法。”
　　（1）氧化方法 現狀
　　TOC測定方法是由道氏化學公司發明，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，再由數據處理把CO2氣體含量轉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TOC儀以及煙臺研制、生產的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，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較大，經常啟/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，在現代的TOC連續分析儀中，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，經無數次的試用、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，無需二次轉換，精度高；但適合在TOC分析儀上使用的國產NDIR還不過關，體積大、價格高，是TOC分析儀國產化的大難題之一。”
　　（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分析儀國產化中的一個瓶頸。”
　　“水質自動監測儀一旦投入運行，零部件的損耗數量很大；采用進口儀器，常常由于零部件的價格過高，而出現‘買得起馬配不起鞍’的問題；因此，在國產化的研究中，應重視零部件的研制開發，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狀況，選擇合理的機型，研制單位亦應根據不同的水質狀況，開發出不同特點的儀器，才能滿足環保工作的需要。”
　　“我國的TOC分析儀生產企業還處在發展的初期階段，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專業隊伍迫在眉睫
　　TOC專業隊伍包括研究人員、生產管理人員、維修保養人員、操作使用人員。國內常見的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化的隊伍。
　　“TOC分析儀是集光、機、電、化學分析、數據處理為一體的多學科綜合產品，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專業隊伍又逐漸建立起來，素質在穩步提高。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，對我國水質狀況沒有充分的認識。”
　　“目前我國的TOC測定儀研制絕大多數處于仿制階段。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、安裝，必將造成較大的經濟損失。如果不盡快培養出大批動手能力強，解決問題快的技術骨干，迅速掌握TOC測定儀的各種規律，即使的設計，也將無法正常生產，更不能長期可靠地運行。操作人員素質的提高，是TOC分析儀正常運轉的必要條件。切莫重復2001年國產COD自動測定儀安裝后即出現大面積的‘死機’現象。”
　　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，國內有關TOC分析儀的檢定標準有JJG821-2005《總有機碳分析儀》檢定規程和HJ/T104-2003《總有機碳水質自動分析儀技術要求》，其中存在一些問題值得探討。”
　　JJG821-2005規定，有機碳檢測的示值誤差不大于±5%。現有進口TOC測定儀在使用說明書或產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產品說明書中40ppb的誤差為16.3 %；其次，進口的TOC測定儀大多數采用滿度偏差（ 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）水質自動分析儀技術要求》“量程漂移”在3.4定義為試樣連續測試，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，定義與方法不統一。部分指標超過中國現階段的制造水平，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、適當的氧化劑氧化法、紫外線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 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。國家環境保護總局行業標準《水污染物排放總量監測技術規范》的總有機碳也必須是燃燒氧化-非分散紅外吸收法，自動在線監測也是燃燒氧化-紅外吸收法。
　　“TOC在線自動連續分析儀大多數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）中規定了TOC的排放限值，但造紙工業、船舶、船舶工業、海洋石油開發工業、紡織染整工業、肉類加工工業、合成氨工業、鋼鐵工業、航天推進劑使用、兵器工業、磷肥工業、燒堿、聚氯乙烯工業等12個行業所排放的污水并不執行本標準，而是各自執行相應的國家行業標準。
　　而在《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）、《醫療機構水污染物排放標準》（GB/8468）、《生活飲用水衛生標準》（GB5749-2006）都沒有把TOC列入標準。
　　徐滋秋教授認為：“現行的技術標準在實施的同時，需要繼續組織力量進一步研究，使之更加科學、合理、可行，留出足夠的發展空間和機會。進口機的性能指標是中國TOC分析儀的發展方向，但作為中國現代標準制訂基礎就可能把剛起步的產業扼殺在搖籃之中。”
　　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儀器行業發展。
　　后記
　　近幾年，國家對水環境安全的重視度在逐漸增加，全國范圍內也興起了TOC分析儀研制與購買的熱潮，這對我國國產TOC分析儀生產企業是一個絕好的發展機遇。但徐滋秋教授仍不無憂慮的說到：“現在中國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，國產儀器幾乎銷不動。”
　　我國TOC分析儀器技術和工業水平與國外相比還存在不小的差距，國產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國產化中存在的一些問題，例如關鍵部件、研發人員、標準等。