การตรวจวัดสารอินทรีย์คาร์บอนรวม (Total Organic Carbon, TOC) ในน้ำ

 

 

     TOC เป็นการวัดปริมาณอินทรีย์คาร์บอนทั้งหมดในตัวอย่างที่สามารถออกซิไดซ์เป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ได้ ซึ่งสารอินทรีย์ที่ปนเปื้อนในน้ำสามารถนำมาใช้เป็นตัวชี้วัดคุณภาพน้ำ โดยน้ำที่มีการปนเปื้อนของสารอินทรีย์มากจะส่งผลให้มีการละลายของออกซิเจนน้อยลง ซึ่งจะส่งผลต่อสิ่งมีชีวิตในน้ำ ค่า TOC จึงถูกนำมาใช้ในการควบคุมคุณภาพของน้ำในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น อุตสาหกรรมน้ำดื่ม อิเล็คทรอนิคส์ อุตสาหกรรมผลิตไฟฟ้า และปิโตรเคมี ซึ่งอุตสาหกรรมเหล่านี้ต้องใช้ไอน้ำที่มีความบริสุทธิ์ หากน้ำที่ใช้ในการผลิตไอน้ำมีสารอินทรีย์เจือปนจะเกิดการสลายตัวเป็น CO2 ใน Boiler ทำให้เกิดการกัดกร่อนระบบท่อสตรีม และหากเป็นสารอินทรีย์ประเภทกรดอินทรีย์ (Organic acid) หรือ Halogenated Organic Compound ยิ่งทำให้เกิดการกัดกร่อนได้สูงมากขึ้น

    สำหรับในอุตสาหกรรมการผลิตยาและเวชภัณฑ์ ต้องมีการตรวจสอบค่า TOC เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนด UPS 643 และ EP2.2.44 เนื่องจากน้ำที่มี TOC สูงจะไปลดประสิทธิภาพของระบบการทำน้ำให้บริสุทธิ์ ทำให้อุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆ เสียหาย และเกิดการปนเปื้อนในกระบวนการผลิตยาได้ นอกจากนี้ในกระบวนการผลิตน้ำประปาในประเทศไทยมีการใช้แหล่งน้ำจากธรรมชาติ โดยการสูบน้ำจากผิวดินหรือน้ำใต้ดิน ซึ่งอาจมีการปนเปื้อนของสารพิษและสารอินทรีย์ อีกทั้งด้วยการผลิตน้ำประปาในปัจจุบันยังใช้กระบวนการผลิตโดยใช้สารเคมีในการตกตะกอนความขุ่นและกรอง ซึ่งสามารถกำจัดสารอินทรีย์ออกได้เพียงเล็กน้อยเท่านั้น เมื่อสารอินทรีย์เหล่านี้ทำปฎิกิริยากับคลอรีนที่เติมลงไปเพื่อฆ่าเชื้อโรค จะเกิดเป็นสารที่เรียกว่า ไตรฮาโลมีเธน (Trihalomethane) ซึ่งเป็นสารก่อมะเร็ง ดังนั้นจำเป็นต้องมีการตรวจสอบปริมาณ TOC เพื่อควบคุมสารไตรฮาโลมีเธนในน้ำประปาให้อยู่ในเกณฑ์ที่กำหนด

 

ชนิดของตัวอย่าง TOC (mg/L)
น้ำใต้ดิน <1
น้ำผิวดิน <10
น้ำในกระบวนการผลิตชนิดมีความบริสุทธิ์สูง 0.005-0.1
น้ำดื่ม 1-5
น้ำที่ควบแน่นจากไอน้ำ <0.2

ตารางที่ 1 แสดงเกณฑ์ของค่า TOC จากแหล่งต่างๆ 

    การปนเปื้อนสารอินทรีย์สามารถเกิดได้จากหลายแหล่ง ได้แก่ อุตสาหกรรมในกลุ่มอาหาร เช่น การผลิตน้ำตาล แป้ง เซลลูโลส อุตสาหกรรมเคมี ปิโตรเลียม หรืออุตสาหกรรมพลาสติก รวมถึงน้ำทิ้งจากแหล่งชุมชนต่างๆ และน้ำจากเกษตรกรรม

 

    การวิเคราะห์ TOC ในน้ำจะต้องมีการกำจัด TIC ได้แก่ CO2 ที่ละลายอยู่ในน้ำ และคาร์บอเนต (CO32-) ไบคาร์บอเนต (HCO32-) ออกไปก่อน ให้เหลือ TOC ซึ่งประกอบด้วยอินทรีย์คาร์บอนที่ระเหยได้ (VOC or POC) และอินทรีย์คาร์บอนที่ระเหยไม่ได้ (NPOC) ซึ่งการกำจัด TIC จะเติมกรดที่เหมาะสมลงไปในตัวอย่าง TIC จะเปลี่ยนรูปเป็นกรดคาร์บอนิก และเปลี่ยนรูปเป็นก๊าซ CO2 ในขั้นนี้ POC จะถูกกำจัดออกไปด้วย เหลือแค่ NPOC

 

ภาพที่ 2 แสดงขั้นตอนการเติมกรดลงในตัวอย่าง เพื่อเปลี่ยนเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์

 

ซึ่ง NPOC จะถูกเปลี่ยนรูปให้เป็น CO2 ด้วยการเผาตัวอย่างที่อุณหภูมิ 600-900oC  ร่วมกับตัวเร่งปฏิกิริยา (Catalyst) เพื่อช่วยให้เกิดการสลายตัว (Oxidation) ได้สมบูรณ์ หรือเรียกว่าเทคนิค Combustion จากนั้นทำการตรวจวัด CO2 ที่ได้ด้วยตัวตรวจวัดที่เหมาะสม

 

 

ภาพที่ 3 แสดงการวิเคราะห์ TOC ด้วยเทคนิค Combustion

นอกจากการตรวจวัดปริมาณ TOC ในน้ำแล้ว ยังสามารถหาปริมาณ TOC ในตัวอย่างของแข็งได้ เช่น ตัวอย่างดิน (Soils) ตะกอน (Sediments and Sludge) เพื่อตรวจสอบและควบคุมคุณภาพของดินในการเพาะปลูก

 

 

ภาพที่ 4 แสดงการเตรียมตัวอย่างของแข็ง เช่น ตัวอย่างดิน โดยการเติมกรดเพื่อเปลี่ยนรูปเป็น COก่อนนำไปตรวจวัดค่า TOC ด้วยเทคนิค Combustion

 

 

https://assets.thermofisher.com/TFS-Assets/CMD/Application-Notes/AN-42264-OEA-Nitrogen-Carbon-Sulfur-Agronomy-FlashSmart-AN42264-EN.pdf

https://assets.thermofisher.com/TFS-Assets/CMD/Application-Notes/an-42342-oea-chnso-sludge-an42342-en.pdf

Kantima Sitlaothavorn