1、第四章 TOC的应用,2,内容,1. 环境分析2. 制药工业3. 电子工业4. 其他工业,3,1 环境分析,BOD和COD是表示水中有机污染的传统指标。,废水的有机参数总有机碳（TOC）生物耗氧量（BOD）化学耗氧量（COD）总耗氧量（TOD）,4,BOD,生物耗氧量（Biological Oxygen Demand）测定有机物质生物降解所需要的氧。其他反应（硫化物，亚铁，各种形态的氮）需要的氧。用氧化方法测定，然后使用碘量/滴定。耗时3-5天得到结果。结果会受到微生物和样品组分之间相互作用的影响。,5,COD,化学耗氧量（Chemical Oxygen Demand）相当于有机物质经强化学氧
2、化剂氧化所需要的氧（例如重铬酸盐，高锰酸盐）。滴定或量热法测定。卤素对结果有干扰。可加有毒的HgSO4解决。,6,TOC与 BOD 或 COD之间的相关关系,TOC分析可作为监控 BOD 和 COD的补充技术。TOC快速技术。因此，适合用作监控技术，以便尽快采取补救措施。TOC与COD及BOD之间没有普遍的相关关系。在工业废水中，TOC和COD常常有很高的线性相关关系。,7,TOC和COD之间的相关关系,使用上述经验公式，TOC值可以转换成COD或BOD。,8,环境中的应用,（1）城市上下水来自地下、地表、海洋等的原水废水、污水、垃圾沥出液等工业和城市工厂排放废水的质量监控德国法律规定，测定固
3、体废弃物中TOC的等级，以便决定倾倒的级别。规定要求在干的残渣中TOC含量1%处置级别1；2%处置级别 2 。,9,饮用水 饮用水的生产中使用添加剂如氯、二氧化氯和臭氧。这些化合物与原水中存在的有机化合物结合，产生致癌的三卤甲烷。成品水中三卤甲烷不能超过0.025ppm。TOC也测定其中的微生物，如E.大肠菌、 大肠杆菌等。,环境中的应用,10,饮用水国家标准,生活饮用水卫生标准GB 5749-85 国家卫生部发布1985年月16日发布 ，1986年10月1日实施,有机污染物仅有两项 挥发酚类（以苯酚计）0.002mg/L阴离子合成洗涤剂0.3mg/L,11,城市供水建设部标准,城市供水水质标
4、准CJ/T 206-2005国家建设部发布2005年2月5日发布，2005年6月1日实施,对象：自来水城市公共集中式供水自建设施供水二次供水,新增TOC检测项目非常规检验项目，毒理学指标TOC：无异常变化（试行）,12,饮用净水建设部标准,饮用净水水质标准CJ 94-1999国家建设部发布1999年9月28日发布，2000年3月1日实施,对象：直接饮用的管道供水和灌装水原水：自来水或符合生活饮用水水源水质标准的水经深度净化,TOC 4 mg/L试行,13,环境中的应用,（2）污水处理工厂 （Effluent treatment plants，ETP）食品和饮料工业纸浆和纸、纺织品黑色及白色液体
5、通过监控目标水和废物的有机负荷，设计ETP和焚化炉。监测ETP及逆渗透工厂所使用的过滤器与膜上的有机负荷。薄膜和离子交换树脂的研发,14,环境中的应用,（3）大气CO2测定大气CO2以测定温室效应采用气体样品进样组件,（4）农业废物（堆肥）和土壤农业废物（堆肥）和土壤中碳含量的测定值，是堆肥或土壤条件的重要指标，判断是否还可用作有机肥料。,15,环境中的应用,（5）海水分析在环境温室效应的研究中，从全球CO2循环的角度，海洋对CO2的吸收作用不能忽略。涉及IC测定，总CO2以溶解性CO2、H2CO3 、 HCO3-和CO32- 形态存在。其他海洋应用,16,2 制药工业,制药用水有效性清洗有效
6、性 Cleaning Validation,17,（1） 药典有关TOC的规定,制药用水有效性注射用水（WFI，Water for Injection）纯化水（PW，Purified Water）,18,药典有关 TOC 的规定,1.美国药典（USP23） 1996年，规定TOC 法用于注射用水（WFI）和纯化水（PW）中可氧化物质的试验。2.欧洲药典（EP） 1998年，规定TOC 法为注射用水（WFI）和纯化水（PW）中的可氧化物质试验的唯一有效的方法。3.日本药典（JP） 1991年，规定利用超滤方法生产的注射用水必须测定TOC值。4.中国药典（CP）2005年：增加了TOC检测项目（试
7、行）。,19,药典对制药用水的规定,各国药典有/无对制药用水的规定,药典对制药用水的规定,21,制药用水有效性的确认,制水系统的管理（有效性确认）对精制水中的有机杂质进行监测。对功能材料（离子交换树脂、活性炭等）的劣化程度进行监测。对超过滤膜的劣化程度及孔径进行监测。可定期更换膜及维护装置。,对未经处理过的用水监测异常时采取防御措施。对生产线长期停止后再开启时的水质进行评价。,22,USP27规定的TOC试验,以向美国出口药品及药品原材料的制造厂商为对象测定TOC对有机杂质进行管理以纯化水（PW）、纯化灭菌水、注射用水（WFI）为对象,7,离线或在线TOC分析仪均可可以进行50ppb以下的TO
8、C测定,23,7,定期进行整个系统的适宜性试验。试验频率由用户根据TOC分析仪的特性、积累的数据和所承担的风险，自行确定。岛津有各种在线监测和离线检测仪器可供选择，满足不同需求。 满足USP27、日本药典及其他世界上任何相关标准（EPA、ASTM、JIS、ISO等）。,是世界畅销仪器中最可信赖的TOC分析仪,USP27规定的TOC试验,24,测 试 方 式,测试方式：USP27没有规定测试方式，实际测试时，适合用NPOC（去除IC测试TOC法）。在USP27里，制药用水的POC是可以忽略，因此，完全可以将NPOC作为TOC测试。空气中的CO2，即便溶解到样品里，用NPOC方式进行IC前处理，也
9、可以去除。（例如：空气中CO2浓度为330ppm，水温20时，作为IC约有0.15mg/L被溶解。）,7,25,系统适宜性试验,USP使用的两种参考试剂：蔗糖（Sucrose）：作为基准溶液使用。是容易氧化分解的物质。对-苯醌（P-Benzoquinone）：作为系统适宜性试验溶液（回收率的试验溶液）。是不易氧化分解的物质。,7,TOC分析仪的校正也可以使用其他物质。,26,试 剂 用 水,试剂用水所含TOC的校正：可以先测出试剂用水TOC值，再从试验溶液的TOC中减去试剂用水TOC值。测试时，务必用配制两种试验溶液时使用的水。（即：必须是同时采的水）。,7,配制系统适宜性试验两种溶液的用水：
10、 TOC为0.1mg/L以下的精制水适宜用蒸馏水、密理博精制水。,27,玻 璃 容 器,试样容器：适宜用带特氟隆衬垫的螺纹口玻璃瓶。用清洁的容器专门盛精制水。不要使用盛过污水的容器。,7,采水用的试样容器最好用容量大的容器。200mL以上5001000mL为宜容器小（样品量少），样品量相对于容器的接触面积大，受容器及外部的污染影响大。,28,玻璃容器的清洗,新的或干净的容器，只要用稀硝酸和精制水反复冲洗几次，注满精制水放置半日，再用精制水冲洗后，放置在清洁环境下干燥、保存。USP1051项中规定使用加热硝酸、铬酸洗液、碱性洗液等。,7,市场上销售的玻璃器皿清洗剂非常有效，但用过之后，一定要在流
11、水中充分冲洗，将清洗剂完全冲干净。,29,采水、样品的处理,使用管、阀等器具采水时，必须是清洁的器具。并且，先用样品冲洗一段时间，再采水。采得的试样，最好尽早测试。如果需要保管时，要保存在周围不含有机气体的清洁冰箱内。,7,用样品冲洗采水容器（包括容器盖）5次。将样品灌满采水容器直至溢出，倒掉后，再将试样注满容器，作为采水，盖好盖子。,30,系统适宜性试验,测定0.5mgC/L（碳浓度为0.5mg/L）蔗糖溶液的TOC值（rs）和试剂用水（Reagent Water）的TOC值（rw）。求出0.5mgC/L 对-苯醌溶液的TOC值（rss）。,回收率：,如果回收率在85115%之间，则此台TO
12、C分析仪的系统适宜性试验合格。即：以蔗糖为基准，对-苯醌的回收率在85115%范围以内，即为合格。,31,制药用水的TOC检测,利用系统适宜性试验合格的TOC分析仪，进行实测样品的TOC（NPOC）测试。如果TOC在0.5mg/L以下（严格讲在（rs-rw）值以下）即为合格。USP27 中纯化水与注射用水EP 中纯化水与注射用水,7,32,日本药典（JP）规定的TOC试验,第十一项修正补充药典：对超精细过滤后的注射用水进行纯度试验。对TOC分析仪的要求（常规测试法）：可以测到0.05mg/L（50ppb）以下。测试十二烷基苯磺酸钠0.806 mg/L0.500 mgC/L的TOC时，可以检测到
13、0.450 mg C/L以上（90以上）。用邻苯二甲酸氢钾作标准。,JP,33,对TOC分析仪的要求:可以测到0.05mg/L（50ppb）以下。测试十二烷基苯磺酸钠3.22mg/L2.00mgC/L的TOC，可检测到1.70mgC/L以上（85%以上）。用邻苯二甲酸氢钾作标准。对超精细过滤后的注射用水TOC值0.5mg/L以下为合格。,JP规定的注射用水（WFI）试验,JP,34,4. FDA、GMP洁净生产环境,设备清洗有效性认证如何评价设备表面的洁净度？采样方法分析方法,35,为什么作清洗有效性认证？,监测药品生产设备中的前一个产品、洗涤剂的残留以及从外部进入的污染物等等，用科学方法来检
14、验是否在允许范围内。在公用设备的清洁方面起到防止交叉污染的作用。企业决定清洗有效性。是残留物评价的重要指标。,36,采 样 方 法,（1）清洗液采样法采集最终淋洗液的最后部分用于CIP（Cleaning in Place）有效性试验本法不能评价不溶的残渣（2）擦拭采样法可擦拭难溶性残留物可评价不溶的残渣是清洁度评价试验的最佳方法（FDA、日本卫生部）。,37,分 析 方 法,有成份分析、TOC、蒸发残留物、pH、导电率、UV吸收等方法。,成份分析：主要用HPLC确定好目标分析物，进行分析。不可能掌握所有成份（有机物）。不适用于意料之外出现的有机物分析。对于清洗剂或药品原料（作为药品原料的化学制
15、品），很难确定目标分析物。,38,使用TOC（或TC）的优点：有机物总量的指标。可以把握总有机物，包括无法预知的有机物。对于清洗剂或药品原料等很难确定目标分析物的残留评价试验，也非常适用。原理及结构简洁，操作简便。快速测试，可处理大批试样。,分 析 方 法,39,不管生理活性（对人体的影响程度）如何，而用TOC对所有有机物进行测试，意义何在?,用TOC（或TC）进行评价。将TOC（或TC）量换算成残留物中生理活性最强的成份含量后，仍然在规定范围内，即为合格。基于从最坏处着想的思维方式。在制药场合，往往更多地适用上述思维方式。,TOC分析的意义,40,高速混合药物制片机的取样点,41,举例说明T
16、OC评价残留物的思路,42,擦拭/水提取/TOC测定,擦拭法比HPLC快速、简单广范分析：检测所有含碳或所有有机残余物低检测限应用于水中可溶的物质和可分散的残渣Upjohn company， Lilly Research and Western Michigan University Laboratories出版有应用报告,43,传统擦拭采样方法,44,擦拭/水提取/TOC测定,45,擦拭/直接燃烧/TC测定,拭子：石英微纤维滤纸（45 mm直径） 事先用0.4ml纯水润湿,46,擦拭试验中最快、最简单的方法不需提取可评价不溶残渣广范分析：测定所有碳基残余（TC）低检测限 （最小1gC/擦拭）
17、直接读出每次擦拭的碳量,擦拭/直接燃烧/TC测定,由岛津开发和提出日本兴和富士公司已发表有应用报告。,47,3电子工业中的 TOC,SEMI 纯水准则（1989）,半导体设备制造商学院（Semiconductor Equipment Manufacturers Institute，SEMI，Mountain View，California）,48,电子工业中的应用,检查回收水，防止抛光机的过载。检查蚀刻溶液的有机杂质，监控退化（性能）。 检查晶片生产中使用的超纯水。监控电镀液中有机添加剂的水准，保证印刷线路板（PCB，printed circuit boards）的质量。,4 TOC在其他工业
18、中的应用,50,发 电 厂,核和化石燃料。冷凝液/循环流、冷却水、锅炉供水和废水中的TOC。为减少排放到大气的 CO2 量，已经开发出CO2处理技术，例如：从化石燃料发电厂排的CO2用乙醇胺溶液吸收。,51,化学和石油工业,检查冷却水与设备冷凝回流物中有机溢出。无机化学药品如H2SO4、H2O2的产品纯度。废水中的有机负载与产品损失。,52,其他应用,（1）如食品与饮料工业中检查原水质量及中水纯度。（2）检查输入和再循环回路中的水:防止成膜（filming）或起雾（hazing）。快速检查产品损失和过程泄露。检测微生物的生长。测定供水中的有机酸，避免设备腐蚀。监控冷凝水中的油，防止损坏热交换器。,53,其他应用,（3）锅炉供水 TOC值可用于监控油和脂肪的水平。之所以重要，因为油和脂肪可导致泡沫或夹带并变成腐蚀品的粘着核，如：铁锈，从而损坏锅炉。TOC的监控也防止水垢的形成。（4）测定清洁剂中的油污染。,54,其他应用,（5）对来自食品和医药产品、气密容器或培养和发酵罐的气体样品中TC的监测很重要。需使用TOC与气体样品进样组件。,55,其他应用,（6）测定水泥产品中的 CaCO3 。因为水泥是碱，含有大量的Ca，慢慢与大气中的CO2反应形成CaCO3，导致水泥变质和影响其耐久性。使用TOC分析仪和固体进样装置可进行测定。,
