制药用水TOC在线监测与实验室分析技术.ppt
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1、制药用水TOC在线监测与实验室分析技术,杭州泰林生物技术设备有限公司,2008.10,Company Logo,主要内容,杭州泰林生物技术设备有限公司,Company Logo,制药用水TOC分析技术,TOC的来源水源自然界:动植物的腐烂工业排放:石化、造纸、有机试剂农业:杀虫剂、化肥家庭:清洁剂、人畜排泄物供水系统(净化、贮存、输送系统)水系统产生的微生物,Company Logo,由于有机物的种类很多,不能以具体某种或几种成份的浓度来表示其浓度,但作为有机物的一个共同特征是都含碳元素,因此,水中的有机物污染物通常以有机物中的含碳量来表示。TOC-总有机碳TIC(IC)-总无机碳TC-总碳P
2、OC-易气洗有机碳NPOC-难气洗有机碳DOC-可溶性有机碳VOC-挥发性有机碳TC=TOC+TIC TOC=POC+NPOC TOC=DOC+部分VOC,IC=CO2(水溶液)+HCO3_+CO32(pH10.3),杭州泰林生物技术设备有限公司,制药用水TOC分析技术,Company Logo,制药用水TOC分析技术,TOC含量过高会造成:水纯化系统效率降低降低半导体的产率损害电力和蒸汽设备药品批次的污染,Company Logo,制药用水TOC分析技术,杭州泰林生物技术设备有限公司,TOC对分析检测过程的影响污染介质活性表面,促使微生物生长扩散性或非扩散性效应,对产品产生化学性干扰 在纯化
3、介质或分离介质中产生污染性淤积 产生毒性检测灵敏度降低,检测限上升,重现性差空白基线值抬高,Company Logo,制药用水TOC分析技术,TOC检测的意义可及早预警有机物的污染,从而避免使用有机物含量过高的纯水和注射用水符合相关标准规范(USP,EP,JP,CP)药品的品质控制替代易氧化物检测方法 清洁验证,Company Logo,制药用水TOC分析技术,杭州泰林生物技术设备有限公司,与易氧化物方法比较中国药典2005年版纯化水检测易氧化物法:取本品100ml,加稀硫酸10ml,煮沸后,加高锰酸钾滴定液(0.02mol/L)0.10ml,再煮沸10分钟,粉红色不得完全消失。USP31版纯
4、化水检测TOC检测:Calculate the corrected Standard Solution response,which is also the limit response,by subtracting the Reagent Water Control response from the response of the Standard Solution.The theoretical limit of 0.50 mg of carbon per L is equal to the corrected Standard Solution response,rSrw.比较:易氧化
5、物法为定性方法,通过肉眼观察具有个体差异,易产 生较大误差;而TOC检测方法为定量法,只要仪器经过校准和系统适应性实验即可得出准确的数据。易氧化物法耗时长,而TOC检测只需几分钟即可得出数据。,Company Logo,制药用水TOC分析技术,TOC测定的基本原理,均需把受测水样中的有机分子完全氧化成二氧化碳,然后测出其含量,以碳浓度的方式表示出来。,Company Logo,制药用水TOC分析技术,杭州泰林生物技术设备有限公司,Company Logo,制药用水TOC分析技术,有机物的氧化技术燃烧氧化紫外氧化,Company Logo,制药用水TOC分析技术,杭州泰林生物技术设备有限公司,燃
6、烧氧化 高温炉丝 空气/O2+铂(Pt)催化剂在 680-950 oC,优点氧化效率高能氧化颗粒可测极限高,缺点催化剂会中毒必须替换必须使用试剂载气和酸空白污染,Company Logo,制药用水TOC分析技术,H2O+hn(185 nm,TiO2)OH+H,H2O+hn(185nm)OH+H OH+有机物 CO2+H2O,S2O82-+hn(185nm)2SO4-SO4-+H2O HSO4-+OH,紫外氧化,紫外氧化二氧化钛,紫外氧化过硫酸盐,Company Logo,制药用水TOC分析技术,杭州泰林生物技术设备有限公司,紫外氧化,优点无试剂无催化剂中毒保养简单适用于半导体工业和USP制药用
7、水,缺点对较高浓度的TOC氧化能力不足(2.5 ppm TOC)对颗粒物氧化会不完全需更换灯管,Company Logo,制药用水TOC分析技术,紫外线加二氧化钛氧化,优点无试剂无催化剂中毒保养简单适用于半导体工业和USP制药用水,缺点对较高浓度的TOC氧化能力不足(5 ppm TOC)对颗粒物氧化会不完全需更换灯管,Company Logo,制药用水TOC分析技术,杭州泰林生物技术设备有限公司,紫外线加过硫酸盐氧化,优点氧化效率提高 无催化剂中毒保养简单适用于半导体工业和USP制药用水,缺点添加化学试剂对颗粒物氧化会不完全需更换灯管,Company Logo,制药用水TOC分析技术,CO2
8、检测技术,Company Logo,杭州泰林生物技术设备有限公司,非色散红外(NDIR)探测,CO2入气口,红外光源,CO2出气口,监测器,气室,制药用水TOC分析技术,Company Logo,制药用水TOC分析技术,非色散红外(NDIR)检测,优点已建立的技术选择性好可测试非去离子水中TOC对CO2的响应时间快可用于清洁验证和USP制药用水,缺点探测器漂移(校准频繁)体积大及预热时间长线性动力学范围有限,低浓度应用受限水的干扰(必须去除载气中的水份)必须去除溶液里的CO2(气吹法)使用高纯载气,Company Logo,紫外氧化生成干扰离子实际的反应机理,杭州泰林生物技术设备有限公司,直接
9、电导率检测,H3PO3 H+H2PO4-,有机物 CO2+H2O H2CO3 H+HCO3-,HCl H+Cl-,HNO3 H+NO3-,H2SO4 2H+SO42-,UV,R-ClR-NR-SR-P,制药用水TOC分析技术,Company Logo,制药用水TOC分析技术,直接电导率检测,优点系统简单不用载气和干燥器响应灵敏,检测限低校准稳定 可在线使用无需试剂可用于USP制药用水,缺点只适用于经过去离子处理的水质检测,Company Logo,杭州泰林生物技术设备有限公司,直接电导率原理图,制药用水TOC分析技术,Company Logo,制药用水TOC分析技术,薄膜电导率检测,优点可测去
10、离子水和非去离子水灵敏度高选择性和精确度好适用于清洁验证和USP制药用水,缺点测非去离子水需用试剂结构较直接电导率法复杂数据的重复性和校准稳定性稍差于直接电导率法,Company Logo,杭州泰林生物技术设备有限公司,薄膜电导率方法原理,制药用水TOC分析技术,Company Logo,制药用水TOC分析技术,薄膜过滤器,膜的渗透率不可能达到100%,对气体的选择性差。渗透需要一定的时间,最后达到一个平衡状态,不能实现实时监测薄膜渗透是一个吸附与解析的过程,高浓度样品到低浓度样品需要一个较长的冲洗过程二氧化碳的渗透率不稳定,校准稳定性较差,Company Logo,杭州泰林生物技术设备有限公
11、司,假设水中有机物只是碳氢氧化合物水源中还有可能含有其它有害有机物水源中的残留农药污染水中的有机腐植物质自来水加氯消毒产生的有机氯代物等THM最有可能产生假阳性,直接电导率TOC方法的 现象,“假正”,制药用水TOC分析技术,Company Logo,制药用水TOC分析技术,THM的干扰分析,THM-三卤甲烷三卤甲烷是指甲烷(CH4)中的三个氢原子,为卤族元素所取代,一般很少自然存在于水体中,但在净水厂加氯去除臭味及消毒过程中,水中有机物和氯反应所形成;而主要的生成物包括CHCl3(氯仿)、CHBrCl2(一溴二氯甲烷)、CHBr2Cl(二溴一氯甲烷)、CHBr3(溴仿)等,此四者合称总三卤甲
12、烷(THM),其中以氯仿的出现频率及浓度较高。1976年,美国国家癌症研究所(NCI)更公布了氯仿会使老鼠致癌,故食品药物管理局(FDA)发布禁令,禁止将氯仿当做食品、药物添加剂。既然THM证明为一致癌性物质,且存在于自来水中,虽然其含量不高,然而考虑生物累积影响人类健康,故世界各国纷纷订定了最大容许标准。,Company Logo,制药用水TOC分析技术,杭州泰林生物技术设备有限公司,Company Logo,制药用水TOC分析技术,Company Logo,杭州泰林生物技术设备有限公司,EPA(美国环保局)规定饮用水三卤甲烷限度 为 80 ppb.三氯甲烷是最常见的三卤甲烷,还包括二氯一溴
13、甲烷,一氯二溴甲烷,三溴甲烷等。假设80ppb的最大含量均为三氯甲烷。,制药用水TOC分析技术,Company Logo,TOC检测应用案例分析,对仪器的要求USP31-This test method is performed either as an on-line test or as an off-line laboratory test using a calibrated instrument.The suitability of the apparatus must be periodically demonstrated as described below.用经校正的仪器以本
14、法作为在线测试或实验室离线测试,应周期进行系统适用性试验。It must have a manufacturers specified limit of detection of 0.05 mg of carbon per L(0.05 ppm of carbon)or lower.仪器生产厂规定的检测限应为0.05mg/L或更低,Company Logo,杭州泰林生物技术设备有限公司,中国药典2005所用仪器应经校正,并按规定的方法采用标准溶液定期对仪器的系统适用性进行试验。要求其最低碳检出限为每升0.05mg或更低,TOC检测应用案例分析,Company Logo,TOC检测应用案例分析,
15、系统适用性试验,1.检查用水(空白水)2.标准溶液(易氧化物)-蔗糖 3.系统适用性溶液(难氧化物)-1,4-对苯醌,这是一种检验TOC分析仪氧化能力的方法还可以检测探测器偏移的情况,rw=检查用水的响应值rss=碳含量0.5 mgL 1,4-对苯醌标准溶液的响应值rs=碳含量0.5 mgL蔗糖标准溶液的响应值,Company Logo,杭州泰林生物技术设备有限公司,计算公式:,通过试验的条件85%响应效率 115%,TOC检测应用案例分析,Company Logo,TOC检测应用案例分析,标准溶液的配制1,4对苯醌难溶于冷水,需用70左右的热水溶解,冷却后加水定容。可以购买对照品配制标准溶液
16、,注意区分C浓度和对照品浓度。(如C含量500ppb的蔗糖并非是500ppb的蔗糖)蔗糖、碳酸钠、邻苯二甲酸氢钾等对照品均需干燥至恒重再使用。,Company Logo,杭州泰林生物技术设备有限公司,配制用水 即为TOC检查用水(应取自同一容器,同一批次)检查用水如何制备?纯水机或超纯水机对纯净水再净化(UV+混床离子交换)离子交换法、蒸馏法、逆渗透法、紫外线照射法、活性炭吸附过滤法、精密过滤法等适宜组合精制之水,亦可使用。另外方法:降低水中TOC浓度:加高锰酸钾溶液(3g/L)+硫酸(1+1)实施蒸馏,提取馏出物不含碳酸之水:放入烧瓶煮沸约5min,去除溶存气体和碳酸。并连接装有氢氧化钾溶液
17、(250g/L)的洗气瓶,以隔绝空气中的二氧化碳。以此方法冷却和储存,TOC检测应用案例分析,Company Logo,TOC检测应用案例分析,TOC检查用水的定义,中国药典2005“每升含总有机碳低于0.10mg,电导率低于1.0S/cm(25)的高纯水。所用总有机碳检查用水与配制对照品溶液及系统适用性试验溶液用水应是同一容器所盛之水。”USP“称为“对照试剂水”,总有机碳含量不得大于0.10mg/L,为确保方法的可靠性,应测定其电导率.BP”称为“对照TOC水”,为用于配制标准溶液和系统适用性溶液同时得到的TOC水“JP”测定用水,即TOC水,用于配制标准溶液和清洗仪器。采集到样品容器中的
18、水,其中的总有机碳不得超过0.250mg/L“,Company Logo,杭州泰林生物技术设备有限公司,保存方法和时限 避光、密封、4 下保存;此条件下:蔗糖标准溶液可存放3个月,1,4对苯醌标准溶液可存放3个月;开启后即使用。,TOC检测应用案例分析,Company Logo,TOC检测应用案例分析,密封保存的标准溶液随温度和时间的变化趋势,检查用水(rw),500ppb蔗糖(rs),Company Logo,杭州泰林生物技术设备有限公司,密封保存的标准溶液随温度和时间的变化趋势,500ppb1,4-对苯醌(rss),系统适用性(rssrw)/(rs-rw)100%,TOC检测应用案例分析,
19、Company Logo,TOC检测应用案例分析,检出限的定义,l947年,德国人HKaiser首次提出了有关分析方法检出限(D.L)的概念。和分析方法的精密度、准确度一样,检出限也是评价一个分析方法测试性能的重要指标。IUPAC确定的检出限的定义是:检出限为某特定方法在给定的置信度内可从样品中检出待测物质的最小浓度或量。所谓“检出“是指定性检出,即判定样品中存有浓度高于空白的待测物质。ACS(美国化学学会)对这一定义作了更简明的概括:检出限是一个分析方法能够可靠地检测出被分析物的最低浓度。,Company Logo,杭州泰林生物技术设备有限公司,检出限的分类,仪器的检出限(IDL,Instr
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