化学检验员在测定碳（C）含量时，需根据样品类型（如有机物、无机物、金属、水样等）、碳的存在形态（总碳、有机碳、无机碳、元素碳等）以及检测要求（常量、微量、痕量），选择合适的分析方法。

以下是化学检验员常用的碳测定方法及其原理和应用。

一、 按碳的形态分类的测定方法

1. 总碳 (Total Carbon, TC) 测定

指样品中所有形式碳的总量。

高温燃烧-非色散红外吸收法 (Combustion-NDIR)：

原理：将样品在高温（900-1200°C）氧气流中完全燃烧，所有碳转化为CO₂。用非色散红外检测器（NDIR）测定生成的CO₂量。

仪器：总有机碳/总碳分析仪（TOC Analyzer）。

应用：水质（TOC/TC）、土壤、固体废物、药品中的总碳测定。

优点：准确、快速、自动化程度高。

2. 无机碳 (Inorganic Carbon, IC) 测定

主要指碳酸盐、重碳酸盐、溶解性CO₂等。

酸化-吹脱-红外法 / 电导法：

原理：向样品中加入无机酸（如H₃PO₄），使无机碳转化为CO₂气体，用惰性气体（N₂）吹出，通过红外检测器或电导池测定。

应用：水样、土壤提取液中的IC测定。

滴定法：

原理：用标准酸滴定碳酸盐，以指示剂（如甲基橙）判断终点。

应用：固体样品（如石灰石、水泥）中碳酸盐含量的测定。

3. 总有机碳 (Total Organic Carbon, TOC) 测定

= 总碳 (TC) - 无机碳 (IC)

差减法 (Subtraction Method)：

分别测定同一样品的TC和IC，TOC = TC - IC。

适用：IC含量较高的样品。

直接法 (Direct Method)：

先酸化吹脱去除IC，再将剩余样品注入高温炉氧化，测定有机碳产生的CO₂。

适用：IC含量较低的样品。

仪器：专用TOC分析仪，具备自动酸化、吹脱、氧化、检测功能。

4. 溶解性有机碳 (DOC) / 颗粒有机碳 (POC)

前处理：水样先经0.45μm滤膜过滤。

滤液测DOC，滤渣经消解后测POC。

测定方法：同TOC。

5. 元素碳 (Elemental Carbon, EC) 和有机碳 (OC)

主要用于大气颗粒物（PM2.5/PM10）研究。

热光透射法 (Thermal Optical Transmittance, TOT) 或 热光反射法 (TOR)：

原理：在惰性气氛中逐步升温，不同温度下有机碳氧化；切换为氧化气氛后，元素碳（炭黑）氧化。通过光学信号（透射/反射光强度）监测碳的生成，区分EC和OC。

仪器：专业EC/OC分析仪。

二、 常用测定技术与方法

1. 高温燃烧法 (High-Temperature Combustion)

原理：样品在富氧环境中高温燃烧，碳→CO₂，氢→H₂O，硫→SO₂等。用吸收剂或检测器测定CO₂。

经典重量法：

将生成的CO₂通入已恒重的碱石灰U形管，称量其增重。

计算碳含量：w(C) = m_CO₂ × (12.01/44.01) / m_sample

现代仪器法：

红外检测：最常用，灵敏度高。

热导检测 (TCD)：用于气相色谱。

应用：钢铁、合金、陶瓷、催化剂中的碳测定（如高频红外碳硫仪）。

2. 湿法氧化-滴定法

原理：用强氧化剂（如K₂Cr₂O₇-H₂SO₄）在加热条件下氧化有机物中的碳，过量的氧化剂用还原剂（如Fe²⁺）回滴。

计算：根据消耗的氧化剂量计算有机碳含量。

应用：土壤、污泥中有机质（换算为有机碳）的测定（如重铬酸钾容量法）。

3. 气相色谱法 (GC)

原理：

样品经裂解或衍生化后，碳以CH₄、CO、CO₂等形式进入GC。

用TCD或FID检测。

应用：特定有机物（如醇、烃）中的碳定量，或作为TOC分析的检测手段。

4. 库仑法 (Coulometry)

原理：将样品燃烧产生的CO₂导入含指示剂的吸收液，溶液pH下降。用电解产生OH⁻来中和H⁺，根据电解电量计算CO₂量，从而得碳含量。

应用：高精度碳测定，如标准物质定值。

5. 重量法（针对特定化合物）

示例：测定碳酸盐

加酸生成CO₂，用碱石灰吸收，称量吸收管增重。

w(CaCO₃) = m_CO₂ × (100.09/44.01) / m_sample

三、 化学检验员实践要点

明确测定目标：

是测总碳、有机碳、无机碳还是元素碳？选择对应的方法。

样品前处理至关重要：

均匀性：固体样品需充分研磨混匀。

代表性：取样要具有代表性。

去除干扰：如测TOC前必须去除IC；测有机碳前需去除无机碳。

保存：水样应冷藏（4°C），尽快分析，防止生物降解。

仪器校准与维护：

使用标准物质（如邻苯二甲酸氢钾用于TOC）进行校准。

定期更换干燥剂、净化管、燃烧管等耗材。

空白试验：

进行全程空白试验，扣除试剂和系统带来的背景碳。

质量控制：

做平行样，检查精密度。

使用有证标准物质（CRM）进行准确度验证。

安全操作：

高温设备（马弗炉、燃烧炉）注意防烫。

使用强酸、强氧化剂时戴防护装备。

燃烧法使用氧气，注意防火防爆。

四、 常见应用场景

总结

碳的测定方法多样，化学检验员需根据分析目的、样品性质和实验室条件灵活选择。从经典的重量法、滴定法到现代的TOC分析仪、红外碳硫仪，技术不断进步，但核心原理不变——将碳转化为可测量的形式（主要是CO₂），并精确量化。

掌握这些方法，不仅能完成日常检测任务，更能理解数据背后的科学逻辑。对于化学检验员而言，每一次碳的测定，都是对物质组成的一次精准“解码”，是保障环境、材料、产品质量的重要技术支撑。