🧪 OWO / TOC — Ogólny węgiel organiczny
Oznaczanie ogólnego węgla organicznego (TOC/OWO) w wodzie metodą spalania katalitycznego w 680°C lub utleniania mokrego z detekcją CO₂ w detektorze NDIR.
Przegląd
Ogólny Węgiel Organiczny (OWO, ang. TOC — Total Organic Carbon) jest parametrem sumarycznym opisującym zawartość związków organicznych w wodzie, wyrażonym jako masa węgla organicznego w mg C/l. Jest uniwersalnym wskaźnikiem zanieczyszczenia organicznego — obejmuje wszystkie rozpuszczone i zawieszone związki organiczne, niezależnie od ich podatności na utlenianie biologiczne czy chemiczne.
Norma PN-EN 1484 podaje wytyczne dotyczące oznaczania OWO i rozpuszczonego węgla organicznego (RWO/DOC) w różnych typach wód: pitnej, podziemnej, powierzchniowej, morskiej i ściekach. Stosuje się dwie główne metody: spalanie katalityczne w wysokiej temperaturze (680°C) z detekcją NDIR oraz utlenianie mokre (nadsiarczan + UV) z detekcją NDIR.
Dopuszczalne stężenie OWO w wodzie pitnej: bez anomalii (Dz.U. 2017 poz. 2294) — praktycznie <5 mg C/l. Parametr obowiązkowy w monitoringu wody pitnej, wody ultraczystej (farmacja, elektronika) i ścieków.
Zasada metody
Oznaczanie OWO obejmuje: (1) usunięcie węgla nieorganicznego (TIC) — zakwaszenie próbki HCl/H₃PO₄ i przedmuchanie gazem nośnym (O₂ lub powietrze) w celu wydalenia CO₂ z rozpuszczonych węglanów/wodorowęglanów; (2) utlenienie węgla organicznego — w metodzie spalania katalitycznego próbka jest wtryskiwana do pieca z katalizatorem platynowym w 680°C, gdzie wszystkie związki organiczne ulegają całkowitemu spaleniu do CO₂; (3) detekcja CO₂ — gaz nośny z CO₂ przechodzi przez detektor NDIR (niedyspersyjny w podczerwieni), który mierzy stężenie CO₂ proporcjonalne do zawartości węgla organicznego.
Zastosowania
- Kontrola jakości wody pitnej (Dz.U. 2017 poz. 2294)
- Monitoring wody ultraczystej (farmacja, elektronika, półprzewodniki)
- Kontrola efektywności oczyszczalni ścieków
- Monitoring wód powierzchniowych i podziemnych
- Walidacja systemów uzdatniania wody (odwrócona osmoza, węgiel aktywny)
- Kontrola czystości wody do iniekcji (WFI) w przemyśle farmaceutycznym
Kluczowe parametry
| Parametr | Wartość |
|---|---|
| Zakres pomiarowy | 0,004–30 000 mg C/l (w zależności od analizatora) |
| Granica wykrywalności | 4 µg/l (spalanie katalityczne, Shimadzu TOC-L) |
| Dokładność | ±2–5% (w zależności od metody i zakresu) |
| Metody | Spalanie katalityczne (680°C) lub utlenianie mokre (UV/nadsiarczan) |
| Detektor | NDIR (niedyspersyjny w podczerwieni) |
| Czas analizy | 3–10 minut na próbkę |
Norma
- Numer normy
- PN-EN 1484:1999
- Tytuł (PL)
- Jakość wody — Wytyczne dotyczące oznaczania ogólnego węgla organicznego (OWO) i rozpuszczonego węgla organicznego (RWO)
- Title (EN)
- Water quality — Guidelines for the determination of total organic carbon (TOC) and dissolved organic carbon (DOC)
Procedura krok po kroku
1. Uruchomienie analizatora
Włączyć analizator TOC, piec spalania, detektor NDIR i przepływ gazu nośnego. Odczekać na stabilizację linii bazowej (30–60 min).
2. Kalibracja
Przygotować serię wzorców OWO z KHP: 0,5; 1,0; 2,0; 5,0; 10,0 mg C/l (dla wody pitnej). Uruchomić sekwencję kalibracyjną. Współczynnik korelacji r² > 0,999.
3. Przygotowanie próbek
Dla OWO — próbkę wstrząsnąć (zawieszone cząstki). Dla RWO — filtrować przez 0,45 µm. Przenieść do viali szklanych (płukanych kwasem i wypłakanych wodą ultraczystą).
4. Zakwaszenie i przedmuchanie (usunięcie TIC)
Analizator automatycznie dodaje H₃PO₄ i przedmuchuje próbkę gazem nośnym (sparging), usuwając CO₂ z węglanów i wodorowęglanów.
5. Spalanie i detekcja
Próbka jest wtryskiwana do pieca spalania (680°C, katalizator Pt). Związki organiczne → CO₂. Gaz nośny transportuje CO₂ do detektora NDIR, który mierzy pole pod pikiem.
6. Odczyt wyniku
Oprogramowanie oblicza stężenie OWO na podstawie krzywej kalibracyjnej. Wynik w mg C/l. Każdy pomiar wykonuje się w replikach (zwykle 3×), podając średnią i odchylenie.
7. Kontrola jakości
Ślepa próba (woda ultraczysta), próbka kontrolna CRM, oznaczenia powtórzone co 10 próbek. Sprawdzić powtarzalność (CV <5%). Kontrola czystości viali.
Wymagany sprzęt i aparatura
| Sprzęt | Przykład | Orientacyjna cena |
|---|---|---|
| Analizator TOC | Shimadzu TOC-L, Analytik Jena multi N/C x300, Mettler Toledo 5000e, Sievers M9 | 80 000–250 000 PLN |
| Autosampler (podajnik próbek) | Shimadzu ASI-L, Analytik Jena APG | 30 000–80 000 PLN |
| Naczynka do próbek (viale 40 ml) | Szklane viale z septami PTFE/silikon | 3–10 PLN/szt. |
| Strzykawki do próbek (opcjonalnie) | Hamilton, do manualnego dozowania | 200–800 PLN |
| System oczyszczania wody | Millipore Milli-Q, Hydrolab — woda o TOC <0,05 mg/l | 20 000–60 000 PLN |
Odczynniki, podłoża i materiały eksploatacyjne
| Odczynnik | CAS | Szczegóły |
|---|---|---|
| Kwas fosforowy (H₃PO₄) 2 mol/l | 7664-38-2 | Do zakwaszania próbek w celu usunięcia węgla nieorganicznego (TIC). Czystość p.a. |
| Katalizator platynowy na nośniku Al₂O₃ | — | Wypełnienie kolumny spalania (wymiana co 3000–5000 analiz). Temperatura pracy 680°C. |
| Roztwór wzorcowy węgla organicznego (ftalan potasu KHP) | 877-24-7 | C₈H₅KO₄ — substancja podstawowa. 2,1254 g KHP w 1 l wody = 1000 mg C/l. Do kalibracji analizatora. |
| Roztwór wzorcowy węgla nieorganicznego (Na₂CO₃ + NaHCO₃) | — | Na₂CO₃ (3,497 g) + NaHCO₃ (4,412 g) w 1 l wody = 1000 mg C/l TIC. Do kalibracji TIC. |
| Gaz nośny — tlen lub powietrze syntetyczne | — | Czystość 99,999%. Ciśnienie robocze 100–200 kPa. |
| Woda ultaczczysta (TOC <0,05 mg/l) | — | Do przygotowania wzorców i ślepych prób. Z systemu Milli-Q lub równoważnego. |
Bezpieczeństwo i higiena pracy (BHP)
- Piec spalania (680°C) — ryzyko oparzenia. Nie dotykać elementów grzewczych.
- Kwas fosforowy (H₃PO₄) — żrący (H314). Stosować rękawice i okulary.
- Gaz nośny (tlen pod ciśnieniem) — butla ciśnieniowa. Zabezpieczyć przed przewróceniem. Nie smarować tłuszczem.
- Praca z butelkami ciśnieniowymi — stosować reduktor i zawór bezpieczeństwa.
- Okulary ochronne i fartuch laboratoryjny wymagane.