總有機碳TOC一般理論
所有TOC分析儀都具備兩種功能：將水中有機碳氧化成二氧化碳CO2，并測量所產(chǎn)生的CO2。TOC可用于對未正確清潔的設(shè)備中的雜質(zhì)和殘留物進行定量，以及檢測所有含碳化合物：藥物活性成分 （Active Pharmaceutical Ingredients， API）、清潔劑、蛋白質(zhì)和中間產(chǎn)物。用來測量TOC的分析技術(shù)有著相同的目標：把有機分子*氧化成CO2，檢測所生成的CO2，并以碳濃度表示。所有方法都必須區(qū)分無機碳和有機碳，無機碳可能來自水中溶解的CO2和重碳酸鹽，而有機碳則是由樣品中有機分子氧化而成的?？偺迹═C）是有機碳與無機碳之和，因此測得的總碳（TC）減去測得的無機碳（IC）的值就是TOC：TOC=TC–IC。
各種TOC測定儀的不同之處在于氧化樣品水中有機物的方法，以及檢測樣品中所生成CO2濃度的方法。不同的檢測方法對樣品分析的準確度有很大影響，進而影響清潔驗證檢測程序。
TOC氧化技術(shù)
市面上所有TOC測定儀都使用以下兩種方法之一來氧化有機化合物并將之轉(zhuǎn)換為CO2氣體：燃燒法，或紫外（UV）+過硫酸鹽法。
燃燒技術(shù)使用氮氣、氧氣或空氣流，溫度在600°C以上。燃燒方法在氧化步驟中也使用催化劑。該類方法中常用的催化劑有氧化銅、氧化鉆或鉑。
UV過硫酸鹽氧化方法利用UV光使有機物*氧化為CO2。將樣品暴露在設(shè)備內(nèi)汞蒸汽燈的UV光之下，將樣品內(nèi)的有機物轉(zhuǎn)化為CO2氣體。對于濃度大于1 ppm的樣品或化合物 ，則在樣品流中加入過硫酸鹽并混合均勻，從而利用接受照射的樣品生成的負價氫氧（HO-）基來確保氧化過程順利進行。過硫酸鹽是一種強氧化劑，在UV輻射下生成硫酸鹽和氫氧基，可將有機化合物*氧化為CO2。
TOC檢測方法
為檢測CO2濃度，分析儀器需要使用檢測方法以區(qū)分樣品中的CO2和其他分子?，F(xiàn)有兩種檢測方法：非色散紅外（Non-Dispersive Infrared， NDIR）或電導(dǎo)檢測。
用于氣體測量的NDIR技術(shù)依靠各種氣體在紅外光譜范圍內(nèi)的能量吸收特征來判別分子類型。運用NDIR技術(shù)的TOC測定儀使紅外線穿過兩根*相同的導(dǎo)管射入檢測器。第一個導(dǎo)管作為參比池，充滿無紅外吸收的氣體，如氮氣。第二個導(dǎo)管（池）用于氣體樣品的測量。
電導(dǎo)檢測方法使用電導(dǎo)傳感器，通過計算電導(dǎo)率確定CO2的濃度。為計算TOC，水溶液通過兩個電導(dǎo)傳感器，其中一個檢測總碳（TC）濃度而另一個檢測無機碳（IC）濃度。根據(jù)檢測結(jié)果，計算出樣品的TOC濃度。
NDIR方法可對含碳范圍在0.004–50,000 ppm的樣品進行定量，而電導(dǎo)率法可以進行十億分之一（part per billion, ppb）級的定量。總體而言，NDIR和電導(dǎo)率檢測器對于低濃度的TOC有足夠的靈敏度，但會受到離子干擾。使用只允許CO2選擇性透過的半透膜可減輕此因素的影響。
Sievers® TOC技術(shù)與眾不同的特點
結(jié)合使用UV過硫酸鹽氧化與*的選擇性CO2膜技術(shù)，是Sievers系列TOC分析儀優(yōu)于常規(guī)TOC技術(shù)（如燃燒 NDIR技術(shù)）的眾多要素之一。Sievers技術(shù)能持續(xù)為用戶提供更為精確的TOC讀數(shù)。
在Sievers基于選擇性膜的電導(dǎo)方法中，CO2傳送模塊中的選擇性CO2膜可阻止離子進入，在使CO2無阻通過的同時，排除了干擾化合物和氧化副產(chǎn)物。選擇性CO2膜消除了背景干擾，并防止非碳基化合物和副產(chǎn)物聚集。
清潔驗證是一項充滿挑戰(zhàn)的工作，因為各種樣品的TOC濃度有時是未知的，因此很難達到最佳分析條件。以下幾個優(yōu)點確保了UV過硫酸鹽+膜電導(dǎo)技術(shù)在清潔驗證應(yīng)用中的分析結(jié)果。
試劑自適應(yīng)功能保證*氧化
為使清潔驗證樣品*氧化，Sievers M系列TOC分析儀具有試劑自適應(yīng)功能，可優(yōu)化酸和過硫酸鹽氧化劑的流量。
非催化燃燒方法
非催化燃燒方法消除了向燃燒反應(yīng)器中添加催化劑的定量（根據(jù)樣品中碳濃度而定）時的人為誤差。燃燒氧化方法會產(chǎn)生毒性氣體。若清潔驗證樣品中含氯化物，燃燒可能生成對人體有潛在危害的氣體，某些TOC分析儀不吸收這類氣體。
無需NDIR檢測器
NDIR檢測器需要一定的時間來預(yù)熱 （30到45分鐘），因此造成更多的停工時間和樣品積壓。NDIR技術(shù)需要經(jīng)常進行校正（每小時或每天），具體時間由清潔驗證樣品的碳濃度決定。這類檢測器經(jīng)常出現(xiàn)校正漂移現(xiàn)象。校正時間占NDIR儀器運行時間的6%到10%。
不用載氣
NDIR檢測器的載氣價格不菲，并且泄漏和不穩(wěn)定的校正經(jīng)常會引起高TOC背景。載氣污染也可能造成檢測困難和引起碳的高背景。
出色的靈敏度和高回收率
Sievers TOC分析儀的電導(dǎo)池由高純度石英制成，提供更佳的穩(wěn)定性和0.03 ppb級別的檢測。圖1和表1從靈敏度和TOC回收率兩個方面，就牛血清蛋白（Bovine Serum Albumin, BSA）對Sievers TOC技術(shù)與傳統(tǒng)燃燒-NDIR TOC技術(shù)進行比較。
圖1. 牛血清蛋白 (BSA) TOC回收百分比對比研究
表1. 牛血清蛋白 (BSA) TOC回收百分比對比研究**
**該對比研究使用*校準后的儀器。分析之前，先進行并通過系統(tǒng)適應(yīng)性測試。對兩種儀器，制備并使用同一BSA儲各溶液。研究在可控的環(huán)境中進行；分析期間，儀器未出現(xiàn)偏差。
為什么說現(xiàn)在正是改用Sievers TOC分析儀進行清潔驗證的時候？
HPLC分析很漫長，增加了實驗室清潔驗證分析所需時間。使用HPLC將導(dǎo)致數(shù)小時或數(shù)天的停工，造成高額成本并減少提供給患者的產(chǎn)品數(shù)量。有例子表明，某些制藥企業(yè)單日停工損失超過100萬美元。表2將Sievers TOC分析儀與燃燒/催化-NDIR和燃燒-NDIR TOC分析儀進行了詳細比較，其中包括估算的月運行成本。
TOC是一種用于低濃度級別有機化合物檢測的、簡單快速的分析方法，并且可用于檢測無法使用HPLC檢測的污染物。與常規(guī)方法相比，TOC已被證明可減少75%以上的停工時間和方法驗證時間。FDA出臺的指導(dǎo)方針——21世紀現(xiàn)行藥物生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范 （cGMP's for the 21st Century），旨在加強和更新藥物制造規(guī)則，使用TOC分析進行清潔驗證，與專屬性分析方法相比 （如HPLC）在質(zhì)量和效率上的優(yōu)勢已引發(fā)越來越多的關(guān)注。
表2. TOC方法比較
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