島津總有機(jī)碳分析儀采用100℃過硫酸鹽分析技術(shù)檢測TOC，檢測范圍能夠低到2ppb，用于測量地表水、自來水、污水、海水、雙氧水以及工業(yè)用水等水體中總有機(jī)碳的含量,以綜古評價(jià)水體中有機(jī)物污染程度。 應(yīng)用領(lǐng)域:環(huán)境監(jiān)測、城市給排水、疾病控制、化工電力等行業(yè)。
島津總有機(jī)碳分析儀工作流程的核心問題就是有機(jī)物的轉(zhuǎn)化和CO2 的檢測．對于前者，主要是催化劑 材料和結(jié)構(gòu)的研制；對于后者，主要是選擇合適的總有機(jī)碳分析儀檢測算法以降低誤差及獲得真實(shí)的CO2濃度信號(hào)．
NDIR 檢測器由廣譜紅外光源、流通氣室、雙元熱釋電檢測器和電路組成．雙元熱釋電探測器前配置透射波長分別為4．3，4．0μｍ 的濾光片，4．3μｍ 濾光片用于檢測經(jīng) CO2吸收后的光功率犐T，4．0μｍ濾光片用于監(jiān)測光源輸出功率犐0．利用比值犐T／犐0 來分析CO2 濃度，可以消除信號(hào)電壓值易受光源輸出 功率以及電路放大倍數(shù)波動(dòng)的影響導(dǎo)致CO2 濃度測量誤差的一個(gè)重要因素，是載氣不純引起的儀器基線偏移（一般為上移）．堿石灰 是氫氧化鈣與氫氧化鈉（或鉀）的混合物，極易吸收水分和二氧化碳．因此，可以在載氣氣路（石英管之前）加入堿石灰來消除載氣中的CO2，從而消除載氣不純引入的誤差．
影響CO2 濃度測量的另一個(gè)關(guān)鍵問題，是氣體經(jīng)過NDIR模塊時(shí)流速不穩(wěn)．這包括載氣不穩(wěn)，測量 時(shí)載氣流速與建立工作曲線時(shí)流速不一致（不妨定義為流速設(shè)置不當(dāng)），管路堵塞引起的流速變化，以及水樣滴落到石英管內(nèi)催化劑上時(shí)，水樣在高溫下迅速汽化導(dǎo)致流速快速變化．同時(shí)，由于混合氣體在流過后續(xù)管道的過程中，CO2 具有擴(kuò)散行為，NDIR模塊檢測到的并不是一個(gè)理想的脈沖信號(hào).利用鄰苯二甲酸氫鉀（KHP）配置的TOC濃度為40ｍｇ?L－1水樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，NDIR模塊輸出信號(hào)，如圖2所 示．圖2中，實(shí)線表示NDIR 模塊原始測量數(shù)據(jù)；點(diǎn)劃線為ＳＧ算法平滑處理所得的曲線，SG算法實(shí)際上是利用zui小二乘法對數(shù)據(jù)進(jìn)行卷積平滑；虛線為利用快速傅里葉變換算法進(jìn)行低通濾波得到的平滑曲線；點(diǎn)線表示NDIR測量數(shù)據(jù)的高斯擬合曲線．由圖2可知：NDIR 模塊輸出信號(hào)有較大的噪聲，通過直接取曲線峰值（即曲線zui大值）來衡量CO2 濃度會(huì)有很大的偶然誤差．
這說明SG算法和FFT低通濾波都能實(shí)現(xiàn)曲線降噪平滑，NDIR模塊輸出信號(hào)中的噪聲主要是電路的高頻噪聲．對經(jīng)FFT低通濾波降噪平滑處理后的曲線取zui大值，就可以得到CO2 的濃度，稱之為峰高法．對TOC濃度為40ｍｇ?L－1的水樣進(jìn)行6次實(shí)驗(yàn)，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為 2．14％，說明峰高法能夠滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)．對信號(hào)波包進(jìn)行高斯擬合是信號(hào)處理常用方法．由圖2可知：NDIR模塊原始測量數(shù)據(jù)狌（狋）并不符合正態(tài)分布，實(shí)測信號(hào)上升較快，并存在一定的拖尾現(xiàn)象．這主要原因是水樣在高溫下迅速汽化導(dǎo)致流
速快速變化以及CO2 在氣路中的擴(kuò)散混合．如果將狌（狋）對時(shí)間狋進(jìn)行積分，即根據(jù)信號(hào)波包的面積來 分析CO2 濃度，在氣路不穩(wěn)時(shí)會(huì)存在較大誤差．一個(gè)可能的改進(jìn)方案是在NDIR模塊前配置流量傳感 器，以測量CO2 和載氣混合氣體到達(dá)NDIR模塊時(shí)的流速狏（狋），單片機(jī)將狌（狋），狏（狋）對時(shí)間狋進(jìn)行積分 來分析CO2 的濃度，這樣能消除流速不穩(wěn)的影響，并且對所有經(jīng)過NDIR模塊的CO2 都進(jìn)行了測量和 計(jì)算，原則上精度應(yīng)該更高，但是一個(gè)質(zhì)量流量計(jì)價(jià)格在數(shù)千元，這將極大地提高TOC分析儀的價(jià)格．
由于NDIR的輸出信號(hào)不是高斯分布，F(xiàn)FT平滑相比高斯擬合保留了更多的細(xì)節(jié)，能較好地體現(xiàn)NDIR信號(hào)的真實(shí)分布［15］，同時(shí)考慮到單片機(jī)的程序復(fù)雜性和計(jì)算時(shí)間［16］，本儀器初步選用了速度較快、普適性強(qiáng)的FFT算法進(jìn)行信號(hào)平滑降噪；然后，取平滑曲線峰值來檢測CO2 濃度．這樣既避免了氣體流速 波動(dòng)的影響，并具有較低的成本，更易于TOC分析儀的推廣普及．
