超纯水和清洁验证中的总有机碳（TOC）测定方法
总有机碳（TOC）
制药行业
超纯水和清洁验证中的总有机碳（TOC）测定——TOC测定是一种常见的用于检测超纯水以及清洁验证样品的手段，即使检测在痕量范围内。该技术同样可用于分解更复杂的分子，并能安全地对其进行测定。药典里有对TOC测定方法的描述和对氧化类型测定以及取样方法的概述。
在制药行业，不同药物的生产过程使用到的水质也不同。最常见的有纯净水（AP）和注射用水（WFI）。欧洲药典（EP）和美国药典（USP）都将总有机碳含量的限值设定为0.5 mg/L。这种超纯水的TOC测定有两种方法，即差值法和直接法。两种测定方法在总无机碳（TIC）测定的过程上有所不同。除有机物质外，水里还有无机碳化合物。这些无机碳化合物以溶解的CO2形式存在，也有可能以碳酸盐和碳酸氢盐的形式存在。在TOC测定时，为了不将这些无机碳化合物计算在内，必须去除TIC。
使用差值法时，首先需要将所有碳组分（有机物和无机物）完全氧化。运载气体将CO2输送到检测器，该检测器能够测出所产生的总碳（TC）量。然后在接下来的分析步骤中添加所需的无机酸，如盐酸或磷酸。这些酸能将所有碳酸盐和碳酸氢盐转化为CO2，这样一来便可得出TIC。TC和TIC之差（TOC=TC-TIC）即为TOC含量。
这种测定方法的缺点是误差传播，因为通过这两个分析步骤得出的浓度差包含统计的不确定性。定量方法既不准确且不合适，尤其是当总TOC浓度很低或TIC浓度明显高于TOC时。通常，TOC应该大于或等于TIC浓度。
当比率不同时，可使用直接法。样品制备时需要通过酸化样品，将TIC成分（碳酸盐和碳酸氢盐）转化为CO2，然后利用一种气体把样品中的CO2冲洗掉。随后所有现有的碳组分都会被氧化，转化成CO2，得到不可吹出的有机碳（NPOC）。此方法的优点是更精确、更快速。然而，如果样品在除气过程中出现发泡趋势，则测出值可能低于实际值。因此，应该根据样品的性质在两种分析方法中进行选择。
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湿式氧化法：在过硫酸根离子存在的情况下，用紫外线照射样品，此时会释放出OH自由基。该自由基将碳组分转化为CO2。
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催化燃烧氧化法：把样品注入热的带有铂涂层的催化器中。
无论采用哪种采样方法，尽可能高的回收率是至关重要的。汉高公司（Henkel）表面活性剂化学家Herbert Sinner博士给出的清洁因素图表明，时间、化学、温度和机械性能，这4个因素对清洁至关重要，对回收率也起到了决定性作用。
考虑到温度参数，出于工作安全原因，通常仅使用具有室温或略微加热的采样介质。为了不使生产过程中断太长时间，采样时间应尽可能短。通过高压淋洗，例如，对清洁喷嘴增压，可以增强机械性能。
对于化学参数，应注意的是，用于TOC测定的采样介质必须始终不含有机碳。因此，通常使用超纯水，如纯净水或注射用水。在特殊情况下，也可以添加无机酸或碱。在使用碱的情况下，应该注意的是样品需要pH值呈酸性才可进行TOC测定，因为在催化剂上可能形成盐残留物。
岛津公司（Shimadzu）在其TOC-V和TOC-L系列产品中提供了两种氧化方法。TOC-V使用湿式氧化法。其优点是可以将20.4 mL的大进样量注入到反应器中。这样可以得出小于0.5μg/L的最低检测限。
TOC-L则采用催化燃烧氧化法，使用了温度为680℃的铂催化剂。这种氧化作用更加强大，尤其是在对颗粒进行氧化时。由于热压激增，催化燃烧氧化时的最大进样量会低于湿化氧化时的最大进样量，但也可以达到4μg/L的检测限。
如果EP和USP没有指定氧化方法，则两种方法均可在此处使用。为此，药典提供了使用TOC分析装置的相关信息。这些分析装置必须能够去除或获取TIC（差值法和直接法均适用），并且检测限至少为50μg/L。另外，它们必须经过系统适用性测试，通过此测试能够了解难以氧化的物质（在这种情况下为苯醌）和容易氧化的物质（在此情况下为蔗糖）的可氧化程度。
当然，这些方法不仅用于确定超纯水或注射用水的纯度，TOC分析法也被用于清洁验证。
进行清洁验证的依据是欧盟GMP附录15和《药品和有效成分制造条例》（AM-WHV）。AM-WHV（1）中第6节规定必须检查所用清洁、消毒和灭菌过程的有效性，并验证相应的过程。欧盟GMP附录15中的10.6和10.7节指出，在对产品和清洁剂残留，以及微生物和内毒素污染进行清洁验证时，必须检查装置和仪器。
附录15中的10.6.2也提到了TOC测定是一种适用于产品残留或清洁剂残留检测的方法。
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在药典中有描述，参见Eur. 2.2.44/USP <643>；
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使用水性介质，例如，Aqua Purificata（AP）或注射用水，进行简单采样；
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根据欧盟GMP附录15中第10.12节规定，应在样品的清洁验证中通过擦拭或淋洗进行采样。其中淋洗采样尤其受欢迎，因为它可以相对快速地进行，且成本低。在淋洗采样过程中，最终淋洗和后续最终淋洗（Post-Final Rinse）之间存在区别。
在最终淋洗测试时，要检查在清洁过程中最后的漂洗水。然而此处测定的TOC值并不代表清洁后系统上的残留物，因为最后的淋洗水含有已被清除的残留物，会被去除掉。
与之相反，在后续最终淋洗测试时，则是在清洁后再取样来测定残留物。为了能够有针对性地对困难区域进行检测，例如，连接处或拐角处可以用棉签擦拭采样来补充淋洗采样。
用于淋洗采样的装置有几种常见的选择。最常见的是CIP清洗系统（在线清洗）。该系统装有一定数量的介质，这些介质通过泵和喷嘴被带到表面。清洁喷嘴的喷射流可以保护机械部件。选择CIP清洗系统的最大优势是可以通过机械控制反复使用。另一种选择是密闭容器，如穆勒桶，将其注入足量的介质后封闭，然后在限定的时间内（如3～5 min），在摆动式混合机上转动。
如果无法提供设备支持时，例如，使用老式的Solida混合机，或者为了进行采样必须拆卸系统时，则通常通过冲洗表面来进行淋洗采样。为此，可以使用喷雾瓶、一次性注射器、烧杯等类似的工具。软管适用于一种特殊情况，在这种情况下，通常需要极大的水量才能完全冲洗内表面。因此，淋洗取样是通过“摆动”进行的。无论淋洗技术如何，都有必要对采样介质的空白值进行检测。
如果已根据先前验证的方法测定了样品的TOC，就可计算出残留量。为此，重要的是确定所用淋洗介质的体积。在利用所找到的污染物中测定的TOC值计算最坏情况时，需要假设所有测得的碳均源自该污染物。这样计算的优点在于，当可能存在痕量的其他含碳化合物时，计算出的目标物质中的污染物会偏高，这样可以提高安全性。
TOC测定是检测超纯水以及残留物，尤其是痕量范围内清洁剂的残留物的常见方法。TOC测定在药典中有专门的描述，并在欧盟GMP附录15中明确提及清洁验证，如淋洗样品。在Shimadzu TOC-LCPH装置上，采用燃烧方法进行TOC测定，可以分解更为复杂的分子，并安全地对其进行测定。无论采用哪种测定方法（包括擦拭和淋洗采样法在内），TOC测定必须根据物质的特异性来进行验证。ICH Q2（R1）通常作为理论基础。
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