Total Organic Carbon (TOC)

Der gesamte organische Kohlenstoff (kurz: TOC, engl. Total Organic Carbon) ist einer der wichtigsten Summenparameter für die Beurteilung der organischen Belastung eines Wassers. Da alle organischen Kohlenstoffverbindungen als Masse Kohlenstoff erfasst und angegeben werden (Einheit mg/l C), ist der TOC eine exakt definierbare, absolute Größe und direkt messbar. Im Zusammenhang mit dem TOC werden stets weitere Größen wie TC, TIC, DOC, (POC, VOC) genannt. Die Zusammenhänge dieser Summenparameter untereinander sowie deren jeweilige Bedeutung zeigt die folgende Abbildung:

Definition von TC, TIC und TOC

Komponenten des gesamten organischen Kohlenstoffs TOC
Diese Zeichnung zeigt die Bestandteile und Zusammenhänge des TOC.

Auszüge aus DIN EN 1484:1997-08

TC „[…] Im Wasser enthaltener organisch und anorganisch gebundener Kohlenstoff, einschließlich des elementaren Kohlenstoffs [...]“

TIC „[…] Im Wasser enthaltener Kohlenstoff; elementarer Kohlenstoff, gesamtes Kohlenstoffdioxid [...]“

TOC „[…] Im Wasser enthaltener organisch gebundener Kohlenstoff, gebunden an gelösten oder suspendierten Stoffen. Elementarer Kohlenstoff wird auch erfasst [...]“

„[…] Der gesamte organische Kohlenstoff (TOC) ist ein Maß für den Kohlenstoffgehalt gelöster und ungelöster organischer Stoffe in Wasser [...]“

Online TOC Messverfahren

Im Allgemeinen wird der TOC ermittelt, in dem eine wässrige Probe aufoxidiert wird. Das so entstandene CO2-Gas wird daraufhin detektiert und quantitativ bestimmt. Einige Verfahren oxidieren die Probe unvollständig, wodurch oftmals nicht aussagekräftige Messergebnisse als TOC ausgegeben werden.

Zeichnung zum Unterschied zwischen gesamten organischen Kohlenstoff und sonstigen organischen Kohlenstoff
Der Unterschied zwischen dem gesamten organischen Kohlenstoff und verfälschten Messwerten.
Grafik zum gelösten und partikulären organischen Kohlenstoff
Der TOC enhält sowohl gelösten als auch partikulären Kohlenstoff.

Thermische Oxidation (Hochtemperaturverfahren)

Mit diesem Verfahren wird die Probe in einem Reaktor oxidiert. Normalerweise wird hierbei eine Höchsttemperatur von etwa 1000°C erreicht, die jedoch keine vollständige Oxidation der gesamten Kohlenstoffverbindungen erlaubt. Daher muss ein Katalysator wie z. B. Kupferoxid oder Platin bei diesen Temperaturen verwendet werden. Eine solche katalytische Verbrennungsmethode erlaubt TOC-Konzentrationen von bis zu 4.000 mg/l C. Höhere Konzentrationen erfordern eine Verdünnung der Probe mit demineralisiertem Wasser.

Die LAR AG bietet eine einzigartige und patentierte Hochtemperaturmethode (HT) bei 1200°C. Bei dieser Temperatur ist die vollständige Oxidation aller Kohlenstoffverbindungen ohne Katalysator möglich. Dabei ist eine Verdünnung der Probe nicht notwendig, denn das Messsystem misst TOC-Konzentrationen von 50.000 mg/l mühelos. In einem speziellen hitzebeständigen Keramik-Reaktor wird die wässrige Probe verdampft und alle Kohlenstoffe werden zu CO2 aufoxidiert. Danach wird diese CO2-Konzentration mittels eines Non-Dispersive Infrared Detektor (NDIR) ermittelt. So kann der TC, TOC und TIC innerhalb von nur 3 Minuten ermittelt werden.

Dieses Hochtemperaturverfahren findet sowohl in den schwierigsten und stark kontaminierten Wässern (QuickTOCultra, QuickTOCairport) als auch in Wasserapplikationen mit geringerer Partikeldichte (QuickTOCeffluent) ihren Einsatz. LAR verwendet das Batch-Prinzip mit dem entscheidenden Vorteil, dass die Messsysteme mühelos klebrige, ölige und schweroxidierbare, gelöste wie feste organsiche Stoffe transportieren und analysieren können. Dies alles mit einem schnellen, verlässlichen und akkuraten Messergebnis. Sogar bei starken Schwankungen der TOC-Konzentrationen - von sehr niedrigem bis zum sehr hohen Messbereich - werden korrekte TOC-Resultate ohne Verschleppungen oder Memory Effekte ermittelt. Des Weiteren ermöglicht diese HT-Methode das revolutionäre und patentierte Kalibrier- und Validierverfahren in niedrigsten TOC-Bereichen. Neben der bekannten Nass-Kalibrierung mit wässrigen Standardlösungen steht nun die 'Trockene' und jederzeit mögliche Kalibrierung/ Validierung für Reistwasserapplikationen zur Verfügung (QuickTOCpurity, QuickTOCpharma).

Photochemische Oxidation (UV-Persulfatmethode)

Hierbei wird der TOC mittels UV-Licht und einer Aufschlussreagenz (Natriumperoxodisulfat) oxidiert und das entstandene CO2 mit einem NDIR-Detektor gemessen. Dieses Verfahren eignet sich zur Bestimmung des TOC in Reinstwässern (Trinkwasser, Kondensate, Kesselspeisewasser), da verfahrenstechnisch nicht alle Partikel vollständig oxidiert werden können. Der QuickTOCuv verbindet dieses Verfahren mit der TOC-Direktmethode oder auch NPOC-Methode, wobei die kontinuierlich zufließende Probe in einem mehrstufigen Prozess behandelt wird.

Nasschemische Oxidation

Bei den nasschemischen Oxidationsmethoden wird die Wasserprobe mittels starker, zum Teil gesundheits- und umweltgefährlicher Chemikalien oxidiert. Bei der Ozon-Oxidation werden z. B. Säuren und Laugen verwendet, um den pH-Wert der Probe entlang der pH-Skala zu bewegen.

Das oxidationspotential solcher Verfahren ist relativ, da Partikel und komplexere Kohlenstoffverbindungen nur schlecht oder gar nicht aufgeschlossen werden. So muss hier in der Regel die Probe vorfiltriert werden. Dieses Verfahren ist hinsichtlich der heutigen Standards der Arbeitssicherheit sowie des Umweltschutzes nicht empfehlenswert.

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