挑戰(zhàn) 

       食品和飲料（F＆B，F(xiàn)ood and Beverage）生產(chǎn)商 在生產(chǎn)過(guò)程中面臨著質(zhì)量、效率、環(huán)保等多方面的 挑戰(zhàn)，其中包括： 

1.生產(chǎn)商必須提高生產(chǎn)效率 

2. 生產(chǎn)商必須滿(mǎn)足食品安全現(xiàn)代化法案（FSMA， Food Safety Modernization Act）的規(guī)定，以確保消費(fèi)者的安全 

3. 生產(chǎn)商面臨減少水和資源使用量的壓力 

4. 生產(chǎn)效率和消費(fèi)者安全方面的產(chǎn)品召回帶來(lái)影響 

       2015 年底發(fā)布了 FSMA Z終規(guī)則和規(guī)定，要求食品飲料公司在生產(chǎn)過(guò)程中采取預(yù)防性控制措施，而 非反應(yīng)性措施，來(lái)改善產(chǎn)品安全和質(zhì)量控制。對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行清潔和滅菌，能夠使食品飲料公司更加 主動(dòng)地防范質(zhì)量問(wèn)題。例如，在不同產(chǎn)品共用的生 產(chǎn)設(shè)備上消除不同產(chǎn)品之間的交叉污染，對(duì)于產(chǎn)品安全和質(zhì)量至關(guān)重要，特別是對(duì)含有過(guò)敏原的食品 的安全和質(zhì)量至關(guān)重要。 

       在進(jìn)行滅菌（或消毒）之前，必須先徹底清除生產(chǎn)設(shè)備上的污垢和產(chǎn)品殘留物，才能確保有效滅菌。 對(duì)不干凈的設(shè)備進(jìn)行滅菌，不僅浪費(fèi)時(shí)間和金錢(qián)， 還會(huì)損害該設(shè)備上生產(chǎn)的下一批產(chǎn)品的質(zhì)量。

       美國(guó)加州的一家年產(chǎn) 350 多種產(chǎn)品的食品飲料公司， 打算采用新的工藝工具來(lái)改善產(chǎn)品質(zhì)量和安全。該公司位于環(huán)保意識(shí)很強(qiáng)的加州，因此公司還打算提高生產(chǎn)效率、減少用水量。目前公司采用 ATP 拭 子測(cè)試來(lái)檢測(cè)微生物污染，但不斷遇到質(zhì)量問(wèn)題， 導(dǎo)致產(chǎn)品損失。公司意識(shí)到設(shè)備清潔驗(yàn)證的重要性， 想要找到一種快速、簡(jiǎn)便、可靠的方法來(lái)改善清潔 過(guò)程的質(zhì)量控制。

解決方案 

       該公司用配置 Turbo 模式的 Sievers* M9 TOC 分 析 儀 成 功 地 進(jìn) 行 了 總 有 機(jī) 碳 （ TOC ， Total  Organic Carbon）分析，以監(jiān)測(cè)原位清潔（CIP， Clean-in-place）周期后的淋洗樣品，從而確認(rèn) 生產(chǎn)設(shè)備的清潔度。公司進(jìn)一步改進(jìn)清潔過(guò)程， 在對(duì)設(shè)備滅菌之前進(jìn)行 TOC 分析，以免浪費(fèi)時(shí) 間對(duì)不清潔的設(shè)備進(jìn)行滅菌。雖然其他技術(shù)（如 ATP 拭子測(cè)試）也能檢測(cè)設(shè)備上的微生物污染， 卻對(duì)于殘留污垢來(lái)說(shuō)缺乏測(cè)試的準(zhǔn)確度和選擇性， 而且容易產(chǎn)生“假正”的誤報(bào)。在清潔驗(yàn)證過(guò)程中 增加 TOC 分析，能夠使用戶(hù)更全面地了解設(shè)備 的清潔度，排除殘留污垢對(duì)設(shè)備的污染。 

       在過(guò)去 15 年甚至更長(zhǎng)時(shí)間，制藥和生物技術(shù)行業(yè)普遍采用淋洗和擦拭清潔樣品的 TOC 分析法， 來(lái)確認(rèn)是否從生產(chǎn)設(shè)備上徹底清除了活性藥物化合物、輔料、清洗劑等。食品和飲料本身是有機(jī)化合物，或含有有機(jī)成分（如香料、色料等）， 因此食品飲料行業(yè)將淋洗樣品的 TOC 分析法作 為確定設(shè)備清潔度的GX工具。通過(guò)測(cè)量 TOC， 就能夠檢測(cè)到生產(chǎn)設(shè)備上的任何產(chǎn)品或清潔劑的殘留物。

結(jié)果 

       表 1 顯示了在 CIP Z后淋洗的Z后一分鐘內(nèi)測(cè)量到的加州生產(chǎn)廠(chǎng)的吸樣樣品的 TOC 值。所顯示的數(shù)據(jù)來(lái)自用自來(lái)水清洗后的同一設(shè)備上生產(chǎn)的兩種不同的產(chǎn)品。

表 1：淋洗樣品的 TOC 測(cè)量結(jié)果表明，在產(chǎn)品 B 的 CIP 周期后，設(shè)備不干凈。

       對(duì)該設(shè)備進(jìn)行的 ATP 拭子測(cè)試結(jié)果表明，在產(chǎn)品 A 和產(chǎn)品 B 的 CIP 周期之后，設(shè)備上已沒(méi)有微生 物污染。但 TOC 結(jié)果清楚顯示，在產(chǎn)品的 CIP 周 期之后，該設(shè)備上仍有有機(jī)污染物或產(chǎn)品殘留物。 操作人員目視檢查后確認(rèn)，生產(chǎn)設(shè)備仍然不干凈， 需要進(jìn)行進(jìn)一步清潔才能確保產(chǎn)品質(zhì)量和安全。 

       在采用 TOC 分析技術(shù)之前，該公司僅僅根據(jù) ATP 拭子測(cè)試結(jié)果來(lái)決定是否進(jìn)行滅菌。這就可能導(dǎo)致 在不干凈的設(shè)備上生產(chǎn)下一批產(chǎn)品，造成產(chǎn)品損失。 TOC 結(jié)果能夠清楚顯示設(shè)備上是否有有機(jī)殘留物， 因此食品飲料企業(yè)非常愿意用 TOC 分析法來(lái)確保 產(chǎn)品質(zhì)量和安全。此外，監(jiān)測(cè)生產(chǎn)設(shè)備上的 TOC 數(shù)據(jù)趨勢(shì)，能夠使企業(yè)主動(dòng)及時(shí)地解決清潔和維護(hù) 問(wèn)題，避免設(shè)備故障或產(chǎn)品不潔。

降低用水量和節(jié)省成本 

       人口增長(zhǎng)、氣候干旱、環(huán)境問(wèn)題使得企業(yè)越來(lái) 越重視降低用水量。清潔工藝是食品飲料企業(yè)在減 少用水量時(shí)首要考慮的問(wèn)題之一。企業(yè)進(jìn)行 TOC 分析來(lái)驗(yàn)證生產(chǎn)設(shè)備的清潔度，就可以在不犧牲質(zhì) 量的情況下縮短 CIP 周期。例如，TOC 測(cè)量時(shí)的 數(shù)據(jù)分析可以幫助企業(yè)優(yōu)化 CIP 周期，確認(rèn)縮短的清潔周期是否足以清除設(shè)備上的所有污垢。縮短 CIP 周期，即使每次縮短幾秒鐘，都可以積少成多， 大大減少用水量、節(jié)約成本。 

       在食品飲料生產(chǎn)設(shè)備的清潔過(guò)程中，另一個(gè)問(wèn)題就是如何確認(rèn)設(shè)備在空閑一段時(shí)間后的清潔度。該加 州生產(chǎn)廠(chǎng)估計(jì)，如果減少對(duì)空閑超過(guò)規(guī)定時(shí)間的設(shè) 備進(jìn)行清潔的次數(shù)，每月節(jié)省的水費(fèi)、勞動(dòng)力成本、 化學(xué)品支出總計(jì)可高達(dá) 1 萬(wàn)美元。該家工廠(chǎng)很快就會(huì)采用淋洗樣品的 TOC 分析法來(lái)確定空閑后的 設(shè)備是否仍然干凈，以避免進(jìn)行不必要的 CIP 周期。 

生產(chǎn)設(shè)備故障排除 

       該加州食品飲料生產(chǎn)廠(chǎng)使用配置吸樣模式的 Sievers M9 TOC 分析儀來(lái)監(jiān)測(cè)整個(gè)設(shè)備的多個(gè)取樣點(diǎn)，他們發(fā)現(xiàn)有一段生產(chǎn)設(shè)備在 CIP 周期中未能被正確淋洗。生產(chǎn)廠(chǎng)從生產(chǎn)容器的上游和下游 的幾個(gè)端口取樣，用 TOC 測(cè)量結(jié)果來(lái)確定故障位置（見(jiàn)圖1）。生產(chǎn)廠(chǎng)找到問(wèn)題所在之后，就能夠更改未來(lái) CIP 周期中的水流，并進(jìn)行工程方面的改變。

圖1：生產(chǎn)容器上游和下游的吸樣樣品的 TOC 分析顯示了故障的位置。

投資回報(bào) 

       該加州食品飲料生產(chǎn)廠(chǎng)在 36 小時(shí)的生產(chǎn)時(shí)段中生產(chǎn)多達(dá) 50 批產(chǎn)品。如果在生產(chǎn)時(shí)段中發(fā)生問(wèn)題、造成產(chǎn)品損失，就會(huì)浪費(fèi)掉至少 20 萬(wàn)美元。 在確定滅菌前的設(shè)備清潔度時(shí)， TOC 測(cè)量法比其他方法都更加準(zhǔn)確，能夠?qū)a(chǎn)品損失的風(fēng)險(xiǎn)Z小化。因此工廠(chǎng)在生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行 TOC 分析的投資回報(bào)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于購(gòu)買(mǎi)分析儀的成本，一個(gè)生產(chǎn)時(shí)段后即可收回成本。 

       此外，一個(gè)生產(chǎn)時(shí)段之后，通常需要 3 到 7 天才能確認(rèn)產(chǎn)品可以安全銷(xiāo)售。在此期間生產(chǎn)不能停 止，通常還會(huì)完成 2 到 3 個(gè)生產(chǎn)時(shí)段的生產(chǎn)。如果diyi個(gè)生產(chǎn)時(shí)段中有未糾正的問(wèn)題，在發(fā)現(xiàn)問(wèn) 題之前就會(huì)累計(jì)造成 60 多萬(wàn)美元的產(chǎn)品損失。 TOC 分析是一種簡(jiǎn)便的方法，能夠以近乎實(shí)時(shí)的速度檢測(cè)出清潔周期中的任何問(wèn)題，避免發(fā)生產(chǎn)品和資金的嚴(yán)重?fù)p失。 

       用 TOC 分析法來(lái)優(yōu)化 CIP 周期、減少水量，還能 提高生產(chǎn)效率，每月節(jié)省數(shù)萬(wàn)美元的勞動(dòng)力成本、 水費(fèi)、化學(xué)品支出等。 

Sievers M9 TOC 分析儀 

       在此應(yīng)用中，所選用的 TOC 分析儀應(yīng)具有較寬的動(dòng)態(tài)范圍、能夠分析自來(lái)水基體（因?yàn)樵S多食品飲 料廠(chǎng)用自來(lái)水清潔設(shè)備）、能夠快速提供可用于決 策的可靠數(shù)據(jù)。該加州生產(chǎn)廠(chǎng)選用的 Sievers M9  TOC 分析儀，可以分析 0.03 ppb 至 50 ppm TOC 的樣品，采用 EPA（美國(guó)環(huán)保局）和標(biāo)準(zhǔn)方法 （Standard Methods）所批準(zhǔn)的方法來(lái)分析城市自來(lái)水。該款分析儀每年只需校準(zhǔn)一次，無(wú)需載氣。 此外，M9 還能運(yùn)行在線(xiàn)樣品和吸樣樣品，這就使 其能夠用于很多取樣位置，以及整個(gè)設(shè)施的淋洗水流。 

       操作人員用配置 Turbo 模式的 M9 對(duì) CIP 淋洗進(jìn)行 在線(xiàn)分析，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的淋洗過(guò)程。此外， 還可以在整個(gè)淋洗周期的各個(gè)點(diǎn)、同一設(shè)備部分的各個(gè)取樣位置、以及多個(gè)設(shè)備部分上進(jìn)行吸樣取樣。 將在線(xiàn)分析和吸樣（旁線(xiàn) at-line）分析結(jié)合起來(lái)， 就能清楚地看到清潔過(guò)程的效率，看到 CIP 周期或設(shè)備本身問(wèn)題的早期征兆。

結(jié)論 

       該加州食品飲料廠(chǎng)使用 Sievers M9 TOC 分析儀進(jìn)行 TOC 分析，改善了清潔過(guò)程的效率和質(zhì)量控制。 事實(shí)證明，TOC 分析法比其他方法更加準(zhǔn)確，更 能幫助廠(chǎng)家確認(rèn)設(shè)備的清潔度，從而幫助廠(chǎng)家做出正確決策、避免產(chǎn)品損失。在食品飲料生產(chǎn)中采用 TOC 分析法還有更多的優(yōu)勢(shì)，這些優(yōu)勢(shì)都可以通過(guò)優(yōu)化 CIP 周期、排除生產(chǎn)過(guò)程故障來(lái)實(shí)現(xiàn)。

概況 

       很多成品Z終質(zhì)量完全由原材料的初始質(zhì)量決定， 如聚合物、有機(jī)和無(wú)機(jī)溶劑、清潔劑、紙和殺蟲(chóng)劑。 Z普遍的原材料是氯氣與氫氧化鈉等，由氯堿行業(yè)生產(chǎn)。 

       氯堿工藝就是通過(guò)電解近飽和、飽和以及超飽和的鹽水來(lái)制取氫氧化鈉和氯氣。在強(qiáng)電流下，鹽水分解產(chǎn)生氫氧化鈉、氯氣和氫氣。這就是氯堿工藝， 工藝過(guò)程越GX，產(chǎn)品質(zhì)量和利潤(rùn)就越高。 

       世界氯堿年產(chǎn)量已超過(guò)了 4500 萬(wàn)噸，其中北美和亞洲合計(jì)產(chǎn)出 1400 萬(wàn)噸，歐洲 1000 萬(wàn)噸，許多其 他區(qū)域提供余下的 2100 萬(wàn)噸。

生產(chǎn)方法 

       圖 1 即為氯堿制造的大致的流程，從原始的鹽水溶 液開(kāi)始。鹽水溶液濃度在 3.5% － 28.0%之間。對(duì) 此溶液用鹽使之飽和、過(guò)濾、然后置入電解池。通強(qiáng)電流后，溶液被電解生成氯氣、氫氣和產(chǎn)生苛性堿溶液。此過(guò)程生成的三種產(chǎn)物都被凈化，然后出售或用于其他內(nèi)部工藝。進(jìn)入電解池前，在鹽水處理工藝的任何工藝點(diǎn)（如灰色區(qū)域所示）都可以進(jìn)行總有機(jī)碳 TOC 檢測(cè)。 

圖 1 氯堿工藝

       在苛性堿溶液工藝區(qū)（橙色區(qū)域），可以進(jìn)行氫氧 化鈉溶液中無(wú)機(jī)碳（IC）的質(zhì)量保證檢測(cè)。

       飽和食鹽水在直接電流刺激下被電解，在陽(yáng)極產(chǎn)生 氯氣，在陰極產(chǎn)生氫氧化鈉和氫氣。 為了避免氫氧化鈉、氫氣，與氯氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在電解槽中插入一張有孔的隔膜將其隔為陽(yáng)極室和陰極室 （見(jiàn)圖 2）。

       隨著氫氧化鈉在陰極富集，水被分解成氫氣和氫氧根離子，化學(xué)方程式如 下： 2Na⁺ + 2H₂O + 2e^-→ H₂+ 2NaOH 要電解出氫氧化鈉必須防止氫氧化鈉和氯氣發(fā)生反應(yīng)。通常，有三種處理方式：在電解槽中加入汞池、隔膜法和使用隔膜池工藝。其中，隔膜池工藝是Z經(jīng)濟(jì)有效的電解制堿方法，因?yàn)樗碾奪少，在堿濃縮過(guò)程中需要的蒸汽也相對(duì)較少。 

       膜池工藝使用全氟磺酸膜，具有離子選擇性，以分隔陽(yáng)極與陰極反應(yīng)。只有鈉離子和少量的水可以通過(guò)這張膜。 這樣可以生產(chǎn)高質(zhì)量的氫氧化鈉（NaOH）。

圖 2 氯堿生產(chǎn)

為什么檢測(cè)總有機(jī)碳？ 

       精良的氯堿工藝是建立在嚴(yán)格的變量控制基礎(chǔ)上的， 電化過(guò)程中的各種影響因子需被監(jiān)測(cè)和控制在一個(gè)穩(wěn)定水平。其中一項(xiàng)重要指標(biāo)就是鹽水溶液中的總有機(jī)碳含量。通常，溶液中的總有機(jī)碳含量不能超過(guò) 10ppm。低于這個(gè)值，離子膜可以正常使用，但如果高于這個(gè)值，過(guò)量的有機(jī)物則可能會(huì)使溶液發(fā)泡阻塞離子膜，局部脫水，嚴(yán)重的甚至灼燒離子膜。 一旦離子膜遭到破壞，就必須重?fù)Q一張以確保Z佳 效果。如果繼續(xù)使用原離子膜，就必須大幅加強(qiáng)電壓。不管用何種方法處理，一旦制堿過(guò)程受到干擾， 生產(chǎn)成本就會(huì)增加。

Sievers InnovOx方法學(xué) 

       Sievers 分析儀在總有機(jī)碳分析領(lǐng)域一直引ling創(chuàng)新的潮流，旨在為Z困難的基體提供Z有力的分析儀。 Sievers InnovOx 總有機(jī)碳分析儀在原有基礎(chǔ)上進(jìn)一步創(chuàng)新 ， 采 用 超 有 效 的 超 臨 界 水 氧 化 （Supercritical Water Oxidation，SCWO）技術(shù)， 能連續(xù)分析成百上千的水樣，而無(wú)需重新校準(zhǔn)，無(wú) 需系統(tǒng)維護(hù)，無(wú)更換部件。 

       Sievers InnovOx 分析儀的工作原理基于濕化學(xué)氧化技術(shù)，在水樣中加入酸和氧化劑。通過(guò)吹掃去除無(wú)機(jī)碳，然后在升高的溫度下樣品被過(guò)硫酸鹽氧化。 產(chǎn)生的二氧化碳被非色散紅外光度計(jì)檢測(cè)。

       分析儀內(nèi)部配有加溫裝 置使水樣和試劑溫度升高，促進(jìn)有效的氧化反 應(yīng)，并使液態(tài)水轉(zhuǎn)化成超臨界水。到這個(gè)階段 就產(chǎn)生了超臨界水氧化 （SCWO）現(xiàn)象。這一突破性技術(shù)實(shí)現(xiàn)了99% 的氧化效率，確保分析結(jié)果有很高的準(zhǔn)確度和 精確度。 

       同時(shí)，每次分析過(guò)程結(jié)束，InnovOx分析器都會(huì)自動(dòng)去除樣品基體中 的污物雜質(zhì)，以保證沒(méi)有鹽或者氧化副產(chǎn)物遺 留在反應(yīng)室、管道或閥中。

樣品數(shù)據(jù) 

       表1和圖3的數(shù)據(jù)顯示了氯化鈉溶液中總有機(jī)碳含量的回收率。這說(shuō)明InnovOx能夠有效分析TOC，不被溶液中的鹽離子影響。數(shù)據(jù)表明InnovOx能夠測(cè)定飽和鹽水溶液中的TOC。

表1 TOC 回收率

圖3 NaCl回收率

結(jié)論 

       氯堿行業(yè)負(fù)責(zé)為成千上萬(wàn)的消費(fèi)產(chǎn)品提供原材料。 產(chǎn)品的制造商需要一個(gè)可接受的純度起始水平，以保證Z終產(chǎn)品的質(zhì)量。氯堿行業(yè)通過(guò)使用TOC及幾個(gè)其他的關(guān)鍵指標(biāo)來(lái)監(jiān)測(cè)其制造工藝的純度。

       InnovOx分析儀重新定義了飽和鹽水分析的生產(chǎn)量和生產(chǎn)效率。以前使用燃燒法分析儀需要兩周才能完成分析的水樣，現(xiàn)在使用InnovOx一個(gè)晚上就能解決，成本非常小。得益于先進(jìn)的超臨界水氧化 （SCWO）技術(shù)，Sievers InnovOx總有機(jī)碳TOC分析儀可以對(duì)各種困難基體的水樣進(jìn)行分析，可靠、 方便、Z低維護(hù)。

總有機(jī)碳TOC分析儀采用差值電導(dǎo)率檢測(cè)技術(shù)，通過(guò)紫外氧化將水樣中的有機(jī)碳高效轉(zhuǎn)化為二氧化碳，并準(zhǔn)確測(cè)量其導(dǎo)致的電導(dǎo)率變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)TOC含量的精確、快速分析。產(chǎn)品具有檢測(cè)限低、靈敏度高、響應(yīng)速度快及穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，操作界面簡(jiǎn)潔，易于使用。TOC分析儀專(zhuān)為高純水體系的有機(jī)污染監(jiān)控而設(shè)計(jì)，廣泛應(yīng)用于對(duì)水質(zhì)有嚴(yán)格要求的行業(yè)。它是制藥行業(yè)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)純化水、注射用水（WFI）以及清潔驗(yàn)證的可靠工具，確保符合各國(guó)藥典規(guī)范。在微電子及半導(dǎo)體領(lǐng)域，可用于監(jiān)測(cè)超純水水質(zhì)，是保障芯片良率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。同時(shí)，也適用于電力行業(yè)中的核電、超高壓鍋爐補(bǔ)給水等系統(tǒng)的水質(zhì)控制，以及科研實(shí)驗(yàn)室的日常分析工作，為各領(lǐng)域的精細(xì)水質(zhì)管理與產(chǎn)品質(zhì)量控制提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支持。

挑戰(zhàn) 

       食品和飲料（F＆B，F(xiàn)ood and Beverage）生產(chǎn)商在生產(chǎn)過(guò)程中面臨著質(zhì)量、效率、環(huán)保等多方面的 挑戰(zhàn)，其中包括： 

       1.生產(chǎn)商必須提高生產(chǎn)效率 

       2. 生產(chǎn)商必須滿(mǎn)足食品安全現(xiàn)代化法案（FSMA， Food Safety Modernization Act）的規(guī)定，以確保消費(fèi)者的安全 

       3. 生產(chǎn)商面臨減少水和資源使用量的壓力 

       4. 生產(chǎn)效率和消費(fèi)者安全方面的產(chǎn)品召回帶來(lái)影響 

       2015 年底發(fā)布了 FSMA Z終規(guī)則和規(guī)定，要求食品飲料公司在生產(chǎn)過(guò)程中采取預(yù)防性控制措施，而 非反應(yīng)性措施，來(lái)改善產(chǎn)品安全和質(zhì)量控制。對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行清潔和滅菌，能夠使食品飲料公司更加主動(dòng)地防范質(zhì)量問(wèn)題。例如，在不同產(chǎn)品共用的生產(chǎn)設(shè)備上消除不同產(chǎn)品之間的交叉污染，對(duì)于產(chǎn)品安全和質(zhì)量至關(guān)重要，特別是對(duì)含有過(guò)敏原的食品的安全和質(zhì)量至關(guān)重要。在進(jìn)行滅菌（或消毒）之前，必須先徹底清除生產(chǎn)設(shè)備上的污垢和產(chǎn)品殘留物，才能確保有效滅菌。 對(duì)不干凈的設(shè)備進(jìn)行滅菌，不僅浪費(fèi)時(shí)間和金錢(qián)， 還會(huì)損害該設(shè)備上生產(chǎn)的下一批產(chǎn)品的質(zhì)量。 美國(guó)加州的一家年產(chǎn) 350 多種產(chǎn)品的食品飲料公司， 打算采用新的工藝工具來(lái)改善產(chǎn)品質(zhì)量和安全。該公司位于環(huán)保意識(shí)很強(qiáng)的加州，因此公司還打算提高生產(chǎn)效率、減少用水量。目前公司采用 ATP 拭子測(cè)試來(lái)檢測(cè)微生物污染，但不斷遇到質(zhì)量問(wèn)題， 導(dǎo)致產(chǎn)品損失。公司意識(shí)到設(shè)備清潔驗(yàn)證的重要性， 想要找到一種快速、簡(jiǎn)便、可靠的方法來(lái)改善清潔過(guò)程的質(zhì)量控制。

解決方案 

       該公司用配置 Turbo 模式的 Sievers* M9 TOC 分析儀成功地進(jìn)行了總有機(jī)碳 （ TOC ， Total  Organic Carbon）分析，以監(jiān)測(cè)原位清潔（CIP， Clean-in-place）周期后的淋洗樣品，從而確認(rèn)生產(chǎn)設(shè)備的清潔度。公司進(jìn)一步改進(jìn)清潔過(guò)程， 在對(duì)設(shè)備滅菌之前進(jìn)行 TOC 分析，以免浪費(fèi)時(shí)間對(duì)不清潔的設(shè)備進(jìn)行滅菌。雖然其他技術(shù)（如 ATP 拭子測(cè)試）也能檢測(cè)設(shè)備上的微生物污染， 卻對(duì)于殘留污垢來(lái)說(shuō)缺乏測(cè)試的準(zhǔn)確度和選擇性， 而且容易產(chǎn)生“假正”的誤報(bào)。在清潔驗(yàn)證過(guò)程中增加 TOC 分析，能夠使用戶(hù)更全面地了解設(shè)備的清潔度，排除殘留污垢對(duì)設(shè)備的污染。 

       在過(guò)去 15 年甚至更長(zhǎng)時(shí)間，制藥和生物技術(shù)行業(yè)普遍采用淋洗和擦拭清潔樣品的 TOC 分析法， 來(lái)確認(rèn)是否從生產(chǎn)設(shè)備上徹底清除了活性藥物化合物、輔料、清洗劑等。食品和飲料本身是有機(jī)化合物，或含有有機(jī)成分（如香料、色料等）， 因此食品飲料行業(yè)將淋洗樣品的 TOC 分析法作為確定設(shè)備清潔度的GX工具。通過(guò)測(cè)量 TOC， 就能夠檢測(cè)到生產(chǎn)設(shè)備上的任何產(chǎn)品或清潔劑的殘留物。 

結(jié)果 

       表 1 顯示了在 CIP Z后淋洗的Z后一分鐘內(nèi)測(cè)量到的加州生產(chǎn)廠(chǎng)的吸樣樣品的 TOC 值。所顯示的數(shù)據(jù)來(lái)自用自來(lái)水清洗后的同一設(shè)備上生產(chǎn)的兩種不同的產(chǎn)品。

表 1：淋洗樣品的 TOC 測(cè)量結(jié)果表明，在產(chǎn)品 B 的 CIP 周期 后，設(shè)備不干凈。

       對(duì)該設(shè)備進(jìn)行的 ATP 拭子測(cè)試結(jié)果表明，在產(chǎn)品 A 和產(chǎn)品 B 的 CIP 周期之后，設(shè)備上已沒(méi)有微生物污染。但 TOC 結(jié)果清楚顯示，在產(chǎn)品的 CIP 周期之后，該設(shè)備上仍有有機(jī)污染物或產(chǎn)品殘留物。操作人員目視檢查后確認(rèn)，生產(chǎn)設(shè)備仍然不干凈， 需要進(jìn)行進(jìn)一步清潔才能確保產(chǎn)品質(zhì)量和安全。 

       在采用 TOC 分析技術(shù)之前，該公司僅僅根據(jù) ATP 拭子測(cè)試結(jié)果來(lái)決定是否進(jìn)行滅菌。這就可能導(dǎo)致 在不干凈的設(shè)備上生產(chǎn)下一批產(chǎn)品，造成產(chǎn)品損失。 TOC 結(jié)果能夠清楚顯示設(shè)備上是否有有機(jī)殘留物， 因此食品飲料企業(yè)非常愿意用 TOC 分析法來(lái)確保 產(chǎn)品質(zhì)量和安全。此外，監(jiān)測(cè)生產(chǎn)設(shè)備上的 TOC 數(shù)據(jù)趨勢(shì)，能夠使企業(yè)主動(dòng)及時(shí)地解決清潔和維護(hù)問(wèn)題，避免設(shè)備故障或產(chǎn)品不潔。

降低用水量和節(jié)省成本 

       人口增長(zhǎng)、氣候干旱、環(huán)境問(wèn)題使得企業(yè)越來(lái)越重視降低用水量。清潔工藝是食品飲料企業(yè)在減 少用水量時(shí)首要考慮的問(wèn)題之一。企業(yè)進(jìn)行 TOC 分析來(lái)驗(yàn)證生產(chǎn)設(shè)備的清潔度，就可以在不犧牲質(zhì)量的情況下縮短 CIP 周期。例如，TOC 測(cè)量時(shí)的 數(shù)據(jù)分析可以幫助企業(yè)優(yōu)化 CIP 周期，確認(rèn)縮短的清潔周期是否足以清除設(shè)備上的所有污垢?？s短 CIP 周期，即使每次縮短幾秒鐘，都可以積少成多， 大大減少用水量、節(jié)約成本。 

       在食品飲料生產(chǎn)設(shè)備的清潔過(guò)程中，另一個(gè)問(wèn)題就 是如何確認(rèn)設(shè)備在空閑一段時(shí)間后的清潔度。該加 州生產(chǎn)廠(chǎng)估計(jì)，如果減少對(duì)空閑超過(guò)規(guī)定時(shí)間的設(shè)備進(jìn)行清潔的次數(shù)，每月節(jié)省的水費(fèi)、勞動(dòng)力成本、 化學(xué)品支出總計(jì)可高達(dá) 1 萬(wàn)美元。該家工廠(chǎng)很快就會(huì)采用淋洗樣品的 TOC 分析法來(lái)確定空閑后的設(shè)備是否仍然干凈，以避免進(jìn)行不必要的 CIP 周期。

生產(chǎn)設(shè)備故障排除 

       該加州食品飲料生產(chǎn)廠(chǎng)使用配置吸樣模式的 Sievers M9 TOC 分析儀來(lái)監(jiān)測(cè)整個(gè)設(shè)備的多個(gè)取樣點(diǎn)，他們發(fā)現(xiàn)有一段生產(chǎn)設(shè)備在 CIP 周期中未能被正確淋洗。生產(chǎn)廠(chǎng)從生產(chǎn)容器的上游和下游的幾個(gè)端口取樣，用 TOC 測(cè)量結(jié)果來(lái)確定故障位置（見(jiàn)圖1）。生產(chǎn)廠(chǎng)找到問(wèn)題所在之后，就能夠更改未來(lái) CIP 周期中的水流，并進(jìn)行工程方面的改變。

圖1：生產(chǎn)容器上游和下游的吸樣樣品的 TOC 分析顯示了故障的位置。

投資回報(bào) 

       該加州食品飲料生產(chǎn)廠(chǎng)在 36 小時(shí)的生產(chǎn)時(shí)段中 生產(chǎn)多達(dá) 50 批產(chǎn)品。如果在生產(chǎn)時(shí)段中發(fā)生問(wèn)題、造成產(chǎn)品損失，就會(huì)浪費(fèi)掉至少 20 萬(wàn)美元。 在確定滅菌前的設(shè)備清潔度時(shí)， TOC 測(cè)量法比其他方法都更加準(zhǔn)確，能夠?qū)a(chǎn)品損失的風(fēng)險(xiǎn)Z小化。因此工廠(chǎng)在生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行 TOC 分析的投資回報(bào)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于購(gòu)買(mǎi)分析儀的成本，一個(gè)生產(chǎn)時(shí)段后即可收回成本。 此外，一個(gè)生產(chǎn)時(shí)段之后，通常需要 3 到 7 天才 能確認(rèn)產(chǎn)品可以安全銷(xiāo)售。在此期間生產(chǎn)不能停止，通常還會(huì)完成 2 到 3 個(gè)生產(chǎn)時(shí)段的生產(chǎn)。如果diyi個(gè)生產(chǎn)時(shí)段中有未糾正的問(wèn)題，在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題之前就會(huì)累計(jì)造成 60 多萬(wàn)美元的產(chǎn)品損失。 TOC 分析是一種簡(jiǎn)便的方法，能夠以近乎實(shí)時(shí)的速度檢測(cè)出清潔周期中的任何問(wèn)題，避免發(fā)生產(chǎn)品和資金的嚴(yán)重?fù)p失。 用 TOC 分析法來(lái)優(yōu)化 CIP 周期、減少水量，還能 提高生產(chǎn)效率，每月節(jié)省數(shù)萬(wàn)美元的勞動(dòng)力成本、 水費(fèi)、化學(xué)品支出等。

Sievers M9 TOC 分析儀 

       在此應(yīng)用中，所選用的 TOC 分析儀應(yīng)具有較寬的 動(dòng)態(tài)范圍、能夠分析自來(lái)水基體（因?yàn)樵S多食品飲 料廠(chǎng)用自來(lái)水清潔設(shè)備）、能夠快速提供可用于決策的可靠數(shù)據(jù)。該加州生產(chǎn)廠(chǎng)選用的 Sievers M9  TOC 分析儀，可以分析 0.03 ppb 至 50 ppm TOC 的樣品，采用 EPA（美國(guó)環(huán)保局）和標(biāo)準(zhǔn)方法 （Standard Methods）所批準(zhǔn)的方法來(lái)分析城市自來(lái)水。該款分析儀每年只需校準(zhǔn)一次，無(wú)需載氣。 此外，M9 還能運(yùn)行在線(xiàn)樣品和吸樣樣品，這就使其能夠用于很多取樣位置，以及整個(gè)設(shè)施的淋洗水流。 

       操作人員用配置 Turbo 模式的 M9 對(duì) CIP 淋洗進(jìn)行在線(xiàn)分析，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的淋洗過(guò)程。此外， 還可以在整個(gè)淋洗周期的各個(gè)點(diǎn)、同一設(shè)備部分的 各個(gè)取樣位置、以及多個(gè)設(shè)備部分上進(jìn)行吸樣取樣。 將在線(xiàn)分析和吸樣（旁線(xiàn) at-line）分析結(jié)合起來(lái)， 就能清楚地看到清潔過(guò)程的效率，看到 CIP 周期或設(shè)備本身問(wèn)題的早期征兆。

結(jié)論 

       該加州食品飲料廠(chǎng)使用 Sievers M9 TOC 分析儀進(jìn) 行 TOC 分析，改善了清潔過(guò)程的效率和質(zhì)量控制。 事實(shí)證明，TOC 分析法比其他方法更加準(zhǔn)確，更 能幫助廠(chǎng)家確認(rèn)設(shè)備的清潔度，從而幫助廠(chǎng)家做出 正確決策、避免產(chǎn)品損失。在食品飲料生產(chǎn)中采用 TOC 分析法還有更多的優(yōu)勢(shì)，這些優(yōu)勢(shì)都可以通過(guò)優(yōu)化 CIP 周期、排除生產(chǎn)過(guò)程故障來(lái)實(shí)現(xiàn)。

挑戰(zhàn) 

很多工藝使用無(wú)機(jī)酸作為重要原料。在確定特定應(yīng)用的 適用性時(shí)，尤其是在確定該應(yīng)用對(duì)工藝和產(chǎn)品的影響時(shí)， 準(zhǔn)確評(píng)估酸的質(zhì)量是至關(guān)重要的。 

酸中的可溶性雜質(zhì)會(huì)影響生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量。過(guò)量的有機(jī)污染物帶來(lái)以下問(wèn)題：

- 生產(chǎn)工藝效率低下 

- 產(chǎn)品被污染 

- 生產(chǎn)批次不合格 

- 工藝和產(chǎn)品偏差

化工行業(yè)都需要確定和控制無(wú)機(jī)酸的質(zhì)量。這些行業(yè)包 括：原料藥物（ API ， Active Pharmaceutical  Ingredient）、化肥、半導(dǎo)體加工、化學(xué)衍生物。酸用 于離子交換樹(shù)脂再生，也可以是產(chǎn)品配方的原料。

在半導(dǎo)體行業(yè)中，硫酸用于晶圓蝕刻工藝。酸的純度和 潔凈度對(duì)生產(chǎn)至關(guān)重要，這就要求硫酸供應(yīng)商對(duì)產(chǎn)品批 次進(jìn)行污染控制，以滿(mǎn)足工藝要求。很多行業(yè)在電鍍工 藝中使用硫酸銅。為了提高化學(xué)品的性能，生產(chǎn)商添加 有機(jī)基體的勻染劑和增白劑。了解添加劑的用量及其潛 在的分解物，有助于控制產(chǎn)品質(zhì)量和工藝。

解決方案

由于有機(jī)污染物的種類(lèi)繁多，用總有機(jī)碳（TOC，Total  Organic Carbon）作為評(píng)估酸質(zhì)量的參數(shù)不失為測(cè)量樣 品雜質(zhì)的有效方法。但是，分析儀器必須具有酸基體的 化學(xué)耐受性，并能在低 pH 值下有效氧化有機(jī)碳，這樣才能得到正確的測(cè)量結(jié)果。

Sievers InnovOx ES 實(shí)驗(yàn)室型 TOC 分析儀采用超臨界水 氧化（SCWO，Supercritical Water Oxidation）技術(shù)來(lái) 測(cè)量酸溶液中的 TOC 的 ppm 和 ppb 含量。事實(shí)證明，SCWO 技術(shù)能夠?qū)α姿?、鹽酸、硝酸、硫酸進(jìn)行精 準(zhǔn) 的 TOC 定量分析。

技術(shù)

Sievers InnovOx 實(shí)驗(yàn)室型分析儀采用 SCWO 技術(shù)， 將有機(jī)碳分子氧化成CO2，然后用非分散紅外 （NDIR，Non-dispersive Infrared）檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行精 確定量。在使用 SCWO 技術(shù)時(shí)，先在水的臨界點(diǎn)以上 對(duì)樣品進(jìn)行加熱和加壓。在一定條件下（375?C 和 220 巴），水成為超臨界流體，水中的有機(jī)物高度可 溶，而無(wú)機(jī)鹽不溶。這就提高了氧化效率，能夠精確 測(cè)量腐蝕性和復(fù)雜基質(zhì)中的 TOC，甚至濃酸中的 TOC。

硫酸中含有來(lái)自其自身生產(chǎn)過(guò)程的各種雜質(zhì)，包括有 機(jī)污染物。這些污染物即使含量極低，也會(huì)給要求使 用高純度原料的工藝帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)，尤其是給半導(dǎo)體和電 化學(xué)沉積工藝帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。因此，為了優(yōu)化工藝操作、 提供產(chǎn)量，必須對(duì)酸的質(zhì)量進(jìn)行定量分析。

硫酸（H2SO4）

在測(cè)試中，向 H2SO4 中加入不同濃度的鄰苯二甲酸氫 鉀（KHP），以此來(lái)評(píng)估 Sievers InnovOx 實(shí)驗(yàn)室型 分析儀的分析硫酸中 TOC 的能力。將 96%濃度的 ACS 級(jí)硫酸稀釋到 24%，然后分別加入 0.2、0.5 和 2  ppm TOC 的 KHP，進(jìn)而證明了分析儀的分析能力。

分析在 0 - 100 ppm 范圍內(nèi)進(jìn)行，由于樣品的 pH 值 適用于 TOC 分析，故無(wú)需使用酸劑。10%過(guò)硫酸鈉氧 化劑足以分析此范圍的 TOC。

表 1 中的分析數(shù)據(jù)包括加標(biāo)濃度、測(cè)自空白 24%硫酸 溶液的 TOC、實(shí)測(cè) TOC、以及回收 TOC 的含量和百分比。回收的 TOC 值等于實(shí)測(cè) TOC 減去空白 TOC。

表中的數(shù)據(jù)證明了分析儀能夠定量分析濃酸溶液中的 低濃度 TOC。當(dāng) TOC 從 2 ppm 降至 0.2 ppm 時(shí)，回收率百分比就會(huì)從 偏離，這主要是因?yàn)榧訕?biāo)濃度（200 ppb）接近空白濃度（180 ppb）。在這種低濃 度下，空白濃度或儀器基線(xiàn)的波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致結(jié)果的波動(dòng)。

表 1：在 24% H2SO4中的 TOC 分析

第二項(xiàng)測(cè)試分析了各種濃度硫酸的 TOC 回收率。將 1  ppm TOC 的 KHP 分別加到 1、5、10 和 24%的 H2SO4中， 測(cè)量數(shù)據(jù)如表 2 所示?；厥盏?TOC 值等于實(shí)測(cè) TOC 減 去空白 TOC。

表 2：1 - 24% H2SO4的 KHP 回收率

5 - 24% H2SO4的 1 ppm TOC 回收率非常好， 但 1%  H2SO4的 TOC 回收率就偏離了 45%。 當(dāng) TOC 濃度接近 空白 TOC 濃度時(shí)，空白測(cè)量值的波動(dòng)會(huì)顯著影響到計(jì) 算的 TOC 結(jié)果。

測(cè)試還評(píng)估了 Sievers InnovOx 實(shí)驗(yàn)室型分析儀分析 24% ACS 級(jí)硫酸中 0.1 - 0.5 ppm 范圍 TOC 的能力。分 別將 100、200、300 ppb KHP 加到 ACS 級(jí)硫酸中，測(cè) 量結(jié)果如表 3 所示。

表 3：24% H2SO4的低于 500 ppb 的 KHP 回收率

測(cè)量結(jié)果顯示了預(yù)期的增長(zhǎng)趨勢(shì)。100 ppb 加標(biāo)顯示 了 50 ppb 的增長(zhǎng)，200 ppb 加標(biāo)顯示了 120 ppb 的增 長(zhǎng)，300 ppb 加標(biāo)顯示了 230 ppb 的增長(zhǎng)。顯然，分 析儀能夠檢測(cè)出 410 ppb 基線(xiàn)上的 50 ppb 的增長(zhǎng)， 這表明分析儀的靈敏度完全適用于分析如此低的濃度。 對(duì)硫酸進(jìn)行高靈敏度分析的限制因素是基體中的基線(xiàn) TOC。同任何其它分析一樣，基線(xiàn)值附近的結(jié)果容易 變化。人們都知道，H2SO4的純度低于同樣濃度的其 它無(wú)機(jī)酸（如 HCl、HNO3等）的純度，因此不難預(yù)料， 純品 H2SO4中含有一定量的有機(jī)雜質(zhì)。

結(jié)論 

Sievers InnovOx 實(shí)驗(yàn)室型分析儀能夠精 準(zhǔn)地測(cè)量出濃度Z 高為 24%的硫酸中的 TOC。 Z 高 2 ppm KHP 的 實(shí)測(cè)回收率具有出色的精確性和準(zhǔn)確性。空白測(cè)量值 的大小和穩(wěn)定性是對(duì) H2SO4進(jìn)行高靈敏度 TOC 分析的 限制因素。分析儀的靈敏度（檢測(cè)限 LOD = 水中的 50 ppb）足以區(qū)分 100、200 和 300 ppb TOC。分析儀 在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中表現(xiàn)出極 佳的耐用性，且能耐受 H2SO4基質(zhì)，無(wú)降解跡象。

近年來(lái)，水質(zhì)監(jiān)測(cè)方法形成的種類(lèi)繁多，但總的來(lái)說(shuō)分為試紙檢測(cè)和傳感器監(jiān)測(cè)兩類(lèi)，傳統(tǒng)的試紙監(jiān)測(cè)方法，面臨著操作過(guò)程復(fù)雜、試紙易受污染、監(jiān)測(cè)不準(zhǔn)確等問(wèn)題，而探頭法水質(zhì)檢測(cè)儀和國(guó)標(biāo)法水質(zhì)檢測(cè)儀雖然克服了上述問(wèn)題，但也面臨著檢測(cè)數(shù)據(jù)不易區(qū)分、價(jià)格昂貴以及占用空間大等缺陷，那么如何才能在保持檢測(cè)過(guò)程簡(jiǎn)便、檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確這兩個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，減少檢測(cè)儀的價(jià)格和占用空間，并提升其進(jìn)一步區(qū)分能力呢？

經(jīng)過(guò)多年努力，山東霍爾德電子自主研發(fā)的高精度總有機(jī)碳toc分析儀采用便攜設(shè)計(jì)，使用電導(dǎo)率差值檢測(cè)技術(shù)，檢測(cè)精度高，響應(yīng)時(shí)間短且配備大量的儲(chǔ)存空間，能夠存儲(chǔ)大量的測(cè)試數(shù)據(jù)。產(chǎn)品符合國(guó)家法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，可滿(mǎn)足制藥用水、注射用水、超純水和去離子水的在線(xiàn)及離線(xiàn)的檢測(cè)要求。

背景介紹 

       鍋爐系統(tǒng)是一個(gè)半封閉的循環(huán)系統(tǒng)，它的工作原理 是先將水加熱使其轉(zhuǎn)換為水蒸氣后驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電， 與此同時(shí)蒸汽冷凝結(jié)成水后繼續(xù)回到系統(tǒng)循環(huán)使用。 因此鍋爐水的化學(xué)組成直接影響了鍋爐效率和燃料的消耗。不合理的水處理容易使鍋爐生成結(jié)垢并對(duì) 鍋爐系統(tǒng)產(chǎn)生腐蝕。水中的雜質(zhì)在高溫的鍋爐管壁 上很容易生成結(jié)垢和沉積物。結(jié)垢會(huì)隔離鍋爐管， 降低鍋爐加熱效率，在生成同等蒸汽的情況下耗費(fèi) 更多燃料。例如，一個(gè)中度結(jié)垢的250HP鍋爐相比 一個(gè)“潔凈”的鍋爐，在產(chǎn)能相同時(shí)，每年要多消耗 幾千美元的燃料。而且腐蝕會(huì)降低設(shè)備的使用壽命， 并需要更多的維修費(fèi)用。

圖1：鍋爐系統(tǒng)示意圖

       鍋爐系統(tǒng)中的腐蝕會(huì)快速損壞管路導(dǎo)致工廠(chǎng)停產(chǎn)。 因此一個(gè)正常運(yùn)作的脫氣器和一個(gè)準(zhǔn)確的化學(xué)水處 理方案可以有效解決腐蝕問(wèn)題，大大延長(zhǎng)鍋爐壽命。 而有效的鍋爐防腐蝕方案也離不開(kāi)有效的監(jiān)控方案。

常用的一種技術(shù)是監(jiān)測(cè)和控制進(jìn)水的硬度和鐵離子 含量。確保水質(zhì)Z適宜的化學(xué)組成可以大大降低沉 積和結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn)。若您對(duì)鍋爐的化學(xué)性質(zhì)不太了解， 這種情況下您需要選擇更好的監(jiān)控系統(tǒng)。

       鍋爐系統(tǒng)通常由幾個(gè)易被腐蝕的關(guān)鍵部件組成。一旦腐蝕發(fā)生在任一部件上，會(huì)大大降低鍋爐的工作效率。目前判斷腐蝕是否發(fā)生的Z 好方法是監(jiān)測(cè)鍋 爐水中是否存在有機(jī)物。通過(guò)對(duì)鍋爐水中總有機(jī)碳 （TOC）的檢測(cè)，可以很好地檢測(cè)系統(tǒng)的完整性及 腐蝕情況，避免因腐蝕而產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。

       大部分工廠(chǎng)都會(huì)根據(jù)鍋爐工作壓力，對(duì)鍋爐進(jìn)水的 TOC 值設(shè)置一個(gè)Z 高限值。通常來(lái)說(shuō)，壓力越 低，對(duì)雜質(zhì)含量控制的 要求就越低。大部分水 中自然含有的有機(jī)物可 以通過(guò)離子交換或物理 過(guò)濾（例如超濾）等方法去除。但部分氧化物， 需要額外的步驟才能被去除或降解。

       鍋爐腐蝕的諸多重要形 成原因中，有一項(xiàng)是因 為二氧化碳（CO2）。二氧化碳能以可溶解氣體狀 態(tài)進(jìn)入冷凝系統(tǒng)，或者它也能與給水中堿性的碳酸 氫鹽及碳酸鹽相結(jié)合。通常脫氣水中往往不含可溶 解的二氧化碳。但下方的化學(xué)方程式顯示了碳酸氫 鹽或碳酸鹽是如何自然地分解成二氧化碳的。

反應(yīng) 1：2NaHCO3+ 熱量 => NaOH + CO2 + H2O 

反應(yīng) 2： Na2CO3 + H2O + 熱量 => 2NaOH + CO2

反應(yīng) 1 為完全反應(yīng)，而反應(yīng) 2 的完成度僅為 80%。 

       由二氧化碳而導(dǎo)致的侵蝕表征，通常為金屬的缺失， 典型的癥狀為管路底部的管壁呈現(xiàn)腐蝕凹槽。在冷凝系統(tǒng)中Z易發(fā)生這種情況的是管路的螺紋區(qū)域或 者受壓區(qū)域。 

圖 2 顯示了在較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)對(duì)鍋爐水的一個(gè)監(jiān) 測(cè)結(jié)果。在這個(gè)工廠(chǎng)里，經(jīng)理對(duì) TOC 值設(shè)置了一 個(gè)限值：80ppm TOC，在監(jiān)測(cè)的這段時(shí)間內(nèi) TOC 值一直低于限值。一旦 TOC 超過(guò)了規(guī)定值，操作 員會(huì)快速報(bào)告情況并及時(shí)改進(jìn)。

圖 2：鍋爐水中的 TOC 回收

Sievers InnovOx工作原理

       Sievers 分析儀一直致力于開(kāi)發(fā) TOC 分析的創(chuàng)新技 術(shù)，意在為復(fù)雜應(yīng)用提供Z為穩(wěn)定的 TOC 分析儀。 Sievers* InnovOx TOC 分析儀將技術(shù)創(chuàng)新帶到了一個(gè)新的領(lǐng)域。采用極為有效的超臨界水氧化技術(shù) （SCWO），InnovOx 能對(duì)幾千個(gè)水樣連續(xù)監(jiān)測(cè)而無(wú)需重新校準(zhǔn)，也無(wú)需儀器維護(hù)或者更換零部件。

       Sievers InnovOx 的操作原理基于濕式化學(xué)氧化技術(shù)，在水樣中加酸和氧化劑。無(wú)機(jī)碳通過(guò)吹掃可去 除，然后水樣在過(guò)硫酸鹽和高溫作用下被充分氧化。 所產(chǎn)生的二氧化碳由非色散紅外分光光度計(jì)測(cè)量。

       InnovOx 將水樣和氧化劑的混合物加熱到高溫，保 證充分氧化并將液體水樣轉(zhuǎn)化為超臨界狀態(tài)。一旦 進(jìn)入該狀態(tài)，超臨界水氧化（SCWO）現(xiàn)象就發(fā)生 了。這個(gè)創(chuàng)新技術(shù)能達(dá)到 99%的氧化效率，從而使 TOC 測(cè)試達(dá)到極高的精確度和準(zhǔn)確度。

       Sievers InnovOx 在每次測(cè)定結(jié)束時(shí)，也會(huì)去除有 問(wèn)題的樣品基體。因此，氧化副產(chǎn)物、鹽等物質(zhì)不 會(huì)在反應(yīng)器、管道和閥中殘留。

總結(jié) 

       優(yōu)化鍋爐的性能對(duì)于減少防護(hù)性的維護(hù)或者維修十分重要，而且能Z大化盈利率。超臨界水氧化技術(shù) 為目前的 TOC 檢測(cè)技術(shù)提供了創(chuàng)新和更綠色環(huán)保的解決方案。Sievers InnovOx 提供可靠、有效的 TOC 監(jiān)控解決方案，是整套鍋爐水系統(tǒng)不可或缺的組件。

鉛酸蓄電池生產(chǎn)

通過(guò)在線(xiàn)濃度測(cè)量?jī)?yōu)化化學(xué)反應(yīng)和實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)產(chǎn)

你知道嗎？

       可靠的在線(xiàn)硫酸濃度測(cè)量可以確保化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的質(zhì)量和蓄電池中的Z終 H₂SO₄ 濃度。另外還可以縮短加注站轉(zhuǎn)產(chǎn)期間的停機(jī)時(shí)間。

① 關(guān)于鉛酸蓄電池之生產(chǎn)

       鉛酸蓄電池是Z早、Z成熟的可充電電池。由于價(jià)格低、功率質(zhì)量比相對(duì)較大，因此盡管能量重量比非常小，但它主要用作汽車(chē)起動(dòng)、照明和點(diǎn)火 (SLI) 電池。

      鉛酸蓄電池的主要成分是由鉛制成的陽(yáng)極、由二氧化鉛制成的陰極和作為電解質(zhì)的稀硫酸 (H₂SO₄)

鉛酸蓄電池的成分

蓄電池生產(chǎn)中的硫酸

       在鉛酸蓄電池的生產(chǎn)過(guò)程中，需要用到不同濃度的硫酸。硫酸濃度不僅取決于生產(chǎn)步驟，還取決于蓄電池的類(lèi)型和尺寸。

化學(xué)反應(yīng)

        需要硫酸的diyi個(gè)生產(chǎn)步驟是極板化成?；瘜W(xué)反應(yīng)過(guò)程中會(huì)在正極板上形成 α 和 β PbO₂。α 和 β PbO₂ 之間的比率直接影響蓄電池的電流效率。在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，H₂SO₄ 濃度是實(shí)現(xiàn)正確比率的一個(gè)重要參數(shù)。

       槽化完成后，會(huì)組裝蓄電池，加注正確濃度的硫酸，并進(jìn)行充電。電池內(nèi)化學(xué)反應(yīng)后，會(huì)更換電解質(zhì)（二次進(jìn)料法）或調(diào)節(jié)硫酸（一次進(jìn)料法）。在加注和儲(chǔ)能結(jié)束時(shí)，硫酸濃度和電解質(zhì)水平必須符合規(guī)定的濃度。

②應(yīng)用解決方案

硫酸濃度的測(cè)量

       在硫酸溶液中，密度測(cè)量非常適合測(cè)定高達(dá) 90% 的 H₂SO₄ 濃度。在鉛酸蓄電池生產(chǎn)中，0% 至 55% (1.4453 g/cm3 @ 20°C) 的濃度范圍很重要，密度與硫酸濃度具有陡峭且?guī)缀醭示€(xiàn)性的相關(guān)性。

密度值與 H₂SO₄ 溶液濃度之間的關(guān)系

稀釋來(lái)料的硫酸

       高濃度硫酸 (98%) 主要通過(guò)卡車(chē)運(yùn)輸?shù)缴a(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)?，F(xiàn)場(chǎng)將濃縮的 H₂SO₄ 稀釋至所需的不同濃度。

       硫酸在稀釋過(guò)程中會(huì)放出大量的熱量，需要進(jìn)行冷卻。因此，硫酸的溫度在稀釋過(guò)程中變化很快。接液部件由玻璃制成，安東帕的高精度在線(xiàn)密度傳感器 L-Dens 3300 GLS 版本可以輕松跟蹤這些變化。所有塑料涂層傳感器都是熱惰性傳感器，無(wú)法跟蹤快速溫度變化（例如大多數(shù)電導(dǎo)傳感器）。

全新 L-Dens 3300 密度傳感器

適用于低流速的密度傳感器

在加注站稀釋硫酸

       中小型工廠(chǎng)用罐中儲(chǔ)存各種所需濃度的硫酸。大型工廠(chǎng)可以進(jìn)行兩階段稀釋過(guò)程。diyi步是稀釋并儲(chǔ)存中等濃度的H₂SO₄，第二步是在加注站進(jìn)行Z終稀釋。產(chǎn)品轉(zhuǎn)換，即推出新類(lèi)型或尺寸的蓄電池，可能引起加注站的濃度變化。

左：硫酸稀釋系統(tǒng)

右：加注站

       如果僅由實(shí)驗(yàn)室濃度測(cè)量提供支持，則調(diào)整灌裝罐的濃度可能需要長(zhǎng)達(dá)40 分鐘。安東帕的在線(xiàn)密度傳感器L-Dens 3300 可以協(xié)助實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制濃度變化，從而將停機(jī)時(shí)間縮短到手動(dòng)控制變化所需時(shí)間的一小部分。

槽化成

       在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，電解質(zhì)的濃度將會(huì)增加。硫酸濃度測(cè)量和調(diào)節(jié)是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量恒定化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的關(guān)鍵所在。循環(huán)方法會(huì)在化學(xué)反應(yīng)期間測(cè)量和調(diào)節(jié)硫酸濃度。

濃度測(cè)量與化學(xué)反應(yīng)

③ 沒(méi)量設(shè)置

       L-Dens 3300 GLS 版本是一款非常緊湊的在線(xiàn)密度傳感器，其接液部件由玻璃制成。它包括集成控制器和配備用戶(hù)界面和電容式按鍵的高品質(zhì)顯示屏。

安東帕獨(dú)立式

硫酸在線(xiàn)密度傳感器L-Dens 3300

④ 在線(xiàn)密度傳感器L-Dens 3300 優(yōu)點(diǎn)

- 優(yōu)化化學(xué)反應(yīng)過(guò)程

- 大幅縮短灌裝線(xiàn)轉(zhuǎn)產(chǎn)期間的停機(jī)時(shí)間

- 確保加注過(guò)程的質(zhì)量

- 高度精確

- 自動(dòng)溫度補(bǔ)償

- 易于操作

- 且免維護(hù)

適用于H₂SO₄ 應(yīng)用的

其他安東帕解決方案

- 硫酸生產(chǎn)

- 測(cè)量0% 至110% 之間的H₂SO₄

- 酸洗液監(jiān)測(cè)