將水中有機碳氧化成二氧化碳 (CO2) 和測量所產生的CO2。TOC可用于對未正確清潔的儀器中的雜質和殘留物進行定量，以及測量所有含碳化合物：藥物活性成分 (Active Pharmaceutical Ingredients， API)、清潔制劑、蛋白質和中間產物。用來測量TOC的分析技術有著相同的目標：把有機分子*氧化成CO2，測量所生成的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。總碳 (TC) 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.1

各種TOC分析儀器的不同之處在于氧化水樣品中有機物的方法，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，進而影響清潔驗證測試程序。

TOC氧化技術

市面上所有TOC分析儀器都使用以下兩種方法之一來氧化有機化合物并將之轉換為CO2氣體：燃燒，或紫外 (UV) 燈過硫酸鹽 (法)。

燃燒技術使用氮氣、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。將樣品暴露在設備內汞蒸汽燈的UV光之下，將樣品內的有機物轉化為CO2氣體。對于濃度大于1ppm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：非分光紅外 (Non-Dispersive Infrared， NDIR) 或電導測量。

用于氣體測量的NDIR技術依靠各種氣體在紅外光譜范圍內的能量吸收特征來判別分子類型。運用NDIR技術的 TOC分析儀器使紅外線穿過兩根*相同的導管射入檢測器。第一個導管作為參比池，充滿無紅外吸收的氣體，如氮氣。第二個導管 (池) 用于氣體樣品的測量。

電導檢測方法使用電導傳感器，通過計算電導率確定 CO2的濃度。為計算TOC，水溶液通過兩個電導傳感器，其中一個測量總碳 (TC) 濃度而另一個測量無機碳 (IC) 濃度。根據(jù)測量結果，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，而電導率法可以進行十億分之一 (part per billion, ppb) 級的定量?？傮w而言，NDIR和電導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技術與眾不同的特點

結合使用UV過硫酸鹽氧化與*的選擇性CO2膜技術, 是Sievers系列TOC分析儀優(yōu)于常規(guī)TOC技術(如燃燒 NDIR技術)的眾多要素之一。Sievers技術能持續(xù)為用戶提供更為精確的TOC讀數(shù)。

在Sievers的基于膜的電導方法中，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物聚集。

清潔驗證帶來了一種充滿挑戰(zhàn)的局面，因為各種樣品的TOC濃度有時是未知的，因此的分析條件很難達到。以下幾點之處確保了UV過硫酸鹽膜電導技術*的分析結果。

試劑自適應功能保證*氧化

為使清潔驗證樣品*氧化，Sievers 900 系列的分析器具有試劑自適應功能，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。燃燒氧化方法會產生毒性氣體。如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技術需要經常進行校正（每小時或每天），由清潔驗證樣品的碳濃度決定。這類檢測器經常出現(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)定的校正通常引起高TOC背景。載氣污染也可能造成測量困難和引起碳的高背景。

出色的靈敏度和高回收率

Sievers TOC分析儀的電導池由高純度石英制成，提供更佳的穩(wěn)定性和0.03ppb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與傳統(tǒng)燃燒-NDIR TOC技術進行比較。

表 1. Bovine Serum Albumin (BSA) TOC 回收百分比對比研究**

**該對比研究使用*矯正后的儀器。分析之前，先進行并通過系統(tǒng)適應性測試。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將導致數(shù)小時或數(shù)天的停工，造成高額成本并減少了提供給患者的產品數(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 900 TOC分析儀與燃燒/催化NDIR和燃燒NDIR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，并且可以用于無法使用HPLC檢測的污染物。與常規(guī)方法相比，TOC已被證明可減少75%以上停工時間和方法驗證時間。FDA近出臺了新的指導方針——21世紀現(xiàn)行藥物生產質量管理規(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，與特異性分析方法相比 (如HPLC) 在質量和效率上的優(yōu)勢已引發(fā)越來越多的關注。2

參考文獻

1. USP<643>TotalOrganicCarbon.

2. Andrew W.Walsh為本應用摘要提供了內容。