總有機碳在實驗室純水系統中的在線監測
實驗室純水在分子生物學科研領域有著舉足輕重的作用。衡量純水的指標一般有電阻率、總有機碳（TOC）、細菌及熱源等等。其中有機碳含量會直接影響實驗的檢測結果和重復性，并會破壞純水系統的反滲透膜和樹脂功能，增加細菌生長。為了確保水中的有機物保持在實驗要求以內，科研工作人員需要對實驗室純水系統中的總有機碳即TOC進行監測。總有機碳的監測必須能夠提供可靠準確的參數，使研究人員的實驗不受到有機物的影響。以下給大家介紹這方面的一些常識。

水中的有機物
原水中的有機物可通過自然或人為產生，自然產生的有機物可由腐蛀的植物或酸性液體產生，此外，細菌、生物及其副產品都可增加水中的有機物。人為添加的有機物包括工業及家用肥料，如清潔劑、溶劑、油、化肥及殺蟲劑。當過濾器處理水中雜質的同時，塑料管道及水缸會增加水中的有機物，其它處理如加氯及臭氧系統亦可增加水中的有機物。
處理原水中的雜質，可通過反滲透、微濾、離子交換、吸附及紫外光等方法。大部分的雜質可用一種或多種處理方法去除，但總有機碳和這些雜質有什么關系呢？
總有機碳
總有機碳分為顆粒有機碳（POC），溶解有機碳（DOC）和揮發性有機碳（VOC）。在線監測的總有機碳（TOC）不區分POC/DOC/VOC。盡管總有機碳不提供準確的有機物組合，但總有機碳參數是zui接近的有機物指標，因此總有機碳參數可保證水中的總有機碳在實驗要求的范圍以下。一旦水中TOC含量已經達到域值，在線監測便能及時提示用戶。
的監測是可提供快捷、高靈敏度、低成本的在線監測，如何才能達到以上的要求，我們先看看不同種有機碳監控方式。
不同種類的總有機碳監測
大型工業系統中的總有機碳監測系統是精密而昂貴的，而且體積較大，不適合用于實驗室純水系統。
在1994 年英國ELGA公司首先推出*臺擁有總有機碳在線監測的實驗室純水系統后，其它純水系統制造公司亦相繼推出不同設計的系統。
所有的在線監測都采用同一個基本原理：純水經過 185 nm 波長的紫外光燈會制造氧化有機物，此氧化過程將有機碳轉化為二氧化碳，而二氧化碳會令水的電導率提升，總有機碳的參數就可從電導率的轉變進行測量。
與ELGA 的超純水系統PURELAB Ultra 內置的總有機碳監測相比，其它制造商提供的總有機碳監測系統無論從價位還是可測試范圍都比較低，且較易損壞。除此之外，還有許多由設計方面產生的一系列弱點。
ELGA 的總有機碳監測監測把所有的水通過在線的紫外燈及電阻表，作出測試及監控，達到顯示參數的連續性。總有機碳參數亦會實時顯示在版面上。

而其它實驗室純水機制造商的總有機碳監測都采用旁路測試。它們在每一段預定時間內把純水從旁路引到紫外光反應盒內，待水中的有機物氧化成二氧化碳。由二氧化碳產生的電阻率差異在反應盒內或另一外置的電阻表測量。但事實上由純水開始進入反應盒內，到相差的電阻率測試，必有數分鐘的距離。所以，如用此種總有機碳監測，顯示的數據便不是連續性的。
TOC 要求 ELGA TOC 監測PURELAB Ultra 其它TOC 監測 其它品牌
種類 連續性 在線連續性 旁路，非連續性
價格 低 低 中
消耗品 低 沒有 高
反應時間 快 < 1 min 快，連續性 慢（高至九分鐘）
準確性 2 ppb or 10 % 2 ppb at <10 ppb 2 ppb
量度范圍 1 – 10 ppb 1 – 200 ppb 1 – 999 ppb
測試用水量 盡低 沒有 低
樣本量 盡大 所有產水 小
死水位置 沒有 沒有 有
校正 有 有 有
數據 版面顯示及打印 版面顯示及打印 版面顯示及打印
表1 : ELGA 的總有機碳監測及其它總有機碳監測的功能比較
總有機碳監測的反應時間
實驗室的總有機碳系統相對于工業系統來說其出水量較少，因此需要連續顯示產水前的總有機碳數值，才可確保用戶實驗過程中不會受有機物質的影響。要達到有連續測試的功效，電阻表是的選擇。ELGA 的總有機碳監測就是這樣的在線及實時監控系統，所有的純水都通過測試。
相反，如選用旁路的工業總有機碳監測系統，就不能達到理想的效果。另外，用旁路的總有機碳監測亦需時間將樣本從純水管道引入反應盒（1 – 3 分鐘）以及完成氧化過程（3 分鐘）后，總有機碳的數值才能顯示到面板上。也就是說，如果純水中的有機物有任何變化，從探測到有數值顯示到面板需 3 至 9 分鐘，用戶是不可能實時得知水中有機物的増加或減少。
為了引證在線及實時探測的重要性，我們用了ELGA 及其它總有機碳的監測儀作了一個比較。實驗測試在原水中先注入 3 毫升 (100 ppm) 的有機物甲乙酮，然后在純水出口前取樣本測試。純水中的有機物甲乙酮都經過測試及記錄，注入甲乙酮的位置是根據測試取樣點而定的。
圖 1 及表 2 提供了一些實驗測試的數據。將有機物(甲乙酮)注入原水中，當制備純水時，注入的有機物會進入純水系統內。圖1內綠色的線代表純水出口探測到的有機物。出水點在兩分鐘后見到注入的有機物大量増加。如果用戶現在取水，純水已受有機物的污染。
圖 1 內藍色線代表ELGA PURELAB Ultra 的總有機碳監測而紅色線代表其它的總有機碳監測。每一個圖都顯示不同時間注入不同量的有機物，ELGA 及其它的總有機碳監測顯示出的數值及反應時間均有很大的分別。 ELGA 的總有機碳監測在所有測試中都可迅速及準確地探測水中的有機物，而其它的總有機碳監測則需含有機物的樣本流到反應盒后才可達到測試結果。如測試 1, 2, 3的圖表中, ELGA 都可測試到相對準確的有機物，其它的監測則沒法測到。測試 4 中即使其它監測亦可探測到有機物但亦需在注入后 6 分鐘才有顯示，如用戶在這段時間內用水就沒法得知純水是否已受到有機物污染。

測驗 注入有機物量 延遲探測顯示（秒） 有機物數值(ppb) 注入位置
(ppb) ELGA 其它 ELGA 其它 
1. 25 < 5 沒有探測 20 沒有顯示 開始氧化前
2. 23 < 5 沒有探測 20 沒有顯示 氧化中
3. 24 < 5 320 20 5 引入樣本中
4. 24 < 5 440 20 24 引入樣本中
表 2 : 實驗測試探測的數據 
由此我們可以看出，除了ELGA 以外的所有總有機碳監測，遇到突發的有機物污染都沒法實時顯示在面板上提示用戶。它們一般需要zui少 5 分鐘才可探測到有機物的轉變。而有機物對很多實驗都有影響，用戶都要求實驗室純水系統擁有準確的總有機碳監測。但到現時為止，只有ELGA 的總有機碳監測可提供一個在線，實時及準確的探測，及時提醒用戶，讓用戶確實知道使用中的純水是否受到有機物的污染。