热点应用丨Sercon 创新方案：联用催化燃烧 TOC-IRMS！实现地表水 δ13C_DOC 亚 ppm 级精准检测

天美集团旗下同位素质谱公司Sercon开发了一种用于分析土壤溶液中极低浓度DOC的稳定碳同位素方法。该方法将催化燃烧型TOC分析仪与配备低温富集接口的同位素比值质谱仪（IRMS）联用。实现了对含有腐殖酸、富里酸等难降解碳形态水体的亚 ppm 级（sub-ppm）测量。

该系统由三部分组成：

1.催化燃烧型TOC分析仪（英国 Sercon 有限公司，Thermalox TOC-TN）—— 通过热氧化将 DOC 转化为 CO₂；

2.低温捕集装置（英国 Sercon 有限公司，Cryoprep 系统）—— 捕集 TOC 分析仪流出气流中的 微量CO₂；

3.连续流同位素比值质谱仪（英国 Sercon 有限公司，HS20-22）—— 测定样品中 DOC 的同位素比值。

当溶解碳的主要组分为腐殖酸、富里酸等难降解有机碳（如土壤和泥炭水体中的碳）时，催化燃烧是将 DOC 氧化为CO₂的优选方法。此类难降解碳形态难以通过 DOC 化学氧化法（此类分析常规采用的方法）氧化。传统上，化学氧化技术因可分析大体积样品，在低浓度下具有较高灵敏度而被广泛采用；但本系统通过最新改进，已实现低至 1ppm 以下碳浓度的高精度（0.3‰）测量。

分析开始前，需通过酸脱气去除样品中的无机碳。将 400μL 水样注入 TOC 分析仪后，水样由氦气与氧气的混合气体携带，进入高温燃烧炉；在专门设计的低本底石英催化剂作用下，水样发生反应，生成水蒸气和 CO₂。水蒸气依次通过冷凝器、大体积脱水装置，最终由除水阱彻底去除。NO_X在还原炉中转化为 N₂。CO₂先经过 TOC 分析仪中的红外检测器（IR detector），再进入改进型 “锐富集”低温富集系统（Cryoprep）进行低温捕集，最终被转移至 IRMS 中，用于 δ¹³C 分析，如图1所示。

该系统（TOCprep）专门设计用作 TOC-IRMS 接口，用于测量低浓度难降解碳。通过相同的装置，还可测定总碳（TC）和总无机碳（TIC）的 δ¹³C 比值。下图为该系统的示意图，即 Sercon 公司目前已推出的TOCprep。TOCprep 是一款经过专门设计的低温富集系统（Cryoprep）。

图1 催化燃烧 TOC-低温聚焦-IRMS 联用系统的样品处理及检测流程示意图

本方法验证实验以空白样品（BLANK_DI）和不同浓度梯度的甜菜蔗糖标准样品为验证对象，其中空白样品用于评估系统本底碳的干扰水平，确保低浓度检测时本底信号不会对结果产生偏差；甜菜蔗糖作为碳同位素组成明确且稳定的标准物质，可针对性验证系统在亚 ppm 至 ppm 级浓度区间（0.5ppm-10ppm）的检测准确性、数据稳定性及线性响应能力。表 1 和图2中的数据显示，浓度与 IRMS 峰面积呈线性响应，本底值 < 0.5ppm，且在不同浓度范围内 δ¹³C 变化较小。

表1 BLANK_DI与不同浓度甜菜蔗糖样品的碳浓度、峰面积（Beam Area）及 δ13C 值（SMOW 标准）

图2不同浓度样品的峰面积（Beam Area）与碳浓度（C）的线性关系图（拟合曲线：y=8E-08x+3E-08，R2=0.9983）

Thermalox TOC-TN (Sercon)

Sercon Thermalox TOC仪器是COD和TKN的现代替代方案，可精准测水中 TOC并扩展TNb检测，适用于饮用水、制药用水、废水等多场景。其核心采用热催化氧化技术，氧化回收率高，能处理含颗粒物 / 难氧化样品，搭配NDIR CO₂检测器（灵敏度有约20倍的提升 ），TOC检测限优于40ppb、上限超 50,000ppm，分析时间< 2分钟。