TOC的应用

3TOC的应用3.1环境分析3.2制药工业3.3电子工业3.4其他工业23.1环境分析废水的有机参数总有机碳（TOC）生物化学耗氧量（BOD）化学耗氧量（COD）总耗氧量（TOD）BOD和COD是表示水中有机污染的传统指标。3BOD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。4COD相当于有机物质经强化学氧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。5TOC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。6TOC和COD之间的相关关系样品相关系数线性方程测定次数纺织厂0.943y=2.01x+0.876饮料(啤酒)0.989y=3.68x-4.67废水0.834y=4.11x-55.18染料厂0.860y=1.76x+118.95化工厂A0.973y=3.71x-6.59化工厂B0.982y=2.14-20.517使用上述经验公式TOC值可以转换成COD或BOD。7环境中的应用（1）城市来自地下、地表、海洋等的原水饮用水废水，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要测定固体废弃物中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。8环境中的应用（2）污水处理工厂（Effluenttreatmentplants，ETP）食品和饮料工业纸浆和纸，纺织品—–黑色及白色液体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9环境中的应用（3）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。10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11饮用水中的TOC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。回目录3.2制药工业中的TOC13TOC—可用于过程控制，例如，监测包含水纯化和分配系统的单元操作。测定原水、给水及昀终产品中的TOC以监测水纯化系统的性能。制药工业中的应用TOC—全部产物分析，能有效用于检测所有的有机化学物，包括未鉴别的中间体反应物和副产品，与单一组分分析相反。14制药工业中的应用纯化水（PW）和注射用水（Water-For-Injection，WFI）的TOC测定。洁净度认证：使用固体采样器擦拭分析检查反应器皿的洁净度;定位清洁（Cleaning-In-Place）（CIP）和昀终冲洗。TOC测定也可用于监控药品生产中各种操作单元的性能。15（1）制药用水水在制药工业中是昀常使用的原材料。水也用于清洁。水中的杂质可成为药物中的杂质。有机杂质：颗粒状物质，消毒剂的残留和副产品，离子材料（完全电离和弱电离）、有机材料、胶质材料、总的生存细菌、细菌内毒素。有机化合物可导入的途径：原料水、在净化过程中分配系统的物质，如：聚合物配管、泵油、密封材料和系统中生成的生物膜。一些物质的存在，如氯化物、硫酸盐及重金属等。16制药用水中的TOCTOC通过对碳的测定，间接测定存在于制药用水中的有机分子和微生物污染。在下列各点的TOC测定可帮助确定问题的起源和程度，从而采取补救措施:原水储存水通过电离床后的水通过活性炭床/UV/电离器后的水17制药用水中的TOCTOC测定可帮助鉴别净化系统分配网络中存在的问题。问题可能来自配管材料、泵油和密封材料和邻近的废物泵等的影响。TOC测定也可鉴别树脂在使用一段时间后是否可继续用，树脂本身就可能是TOC的来源之一。TOC测定可帮助鉴别净化系统分配网络中存在的问题。问题可能来自配管材料、泵油和密封材料和邻近的废物泵等的影响。18制药用水中的TOC用于测定TOC可接受的方法:TOC测定利用相同的分析技术：即完全氧化样品水中的有机分子成为CO2，测定产物CO2的水准以表示碳的浓度。所有技术都必须能够区别从来源就存在于水中的IC（如溶解性CO2、HCO3-）与样品中有机分子氧化产生的CO2。19TOC在USP1996年11月15日：TOC有效的取代了PW和WFI可氧化物质试验。1998年5月14日：USP附录8中规定TOC是WFI和PW唯一有效的测试方法。所有制药出口商，包括成批化学品出口到USA市场都要求执行TOC分析。20欧洲药典（EP）官方公布-PA/PH/EXP3/T（98）105DEF，R：（1）WFI：TOC试验强制进行（2）在欧洲药典Vol11，No2，June1999A快速执行条款下宣布。自1999年7月1日起实行。（3）TOC的极限设置为500ppb。（4）执行试验的方法如方法2.2.44。（5）方法几乎等同于USP中的方法。21日本药典（JP）标准溶液KHP。必须能够检测低至50ppb有机碳。试剂水应该小于250ppbTOC。系统适用性试验溶液应该是十二烷基苯磺酸盐，取代p-苯醌。回收率必须大于90%。可用干法（燃烧管，带电燃烧炉）和湿法分解（氧化试剂，UV和加热）法。TOC试验方法可在线或离线试验。可使用差减法（TOC=TC–IC）和NPOC方法。推荐进行原水试验，监控WFI制造。22（2）洁净度认证FDA规定：厂商必须保证设备清洁，从而保障产品质量和安全。23洁净度认证TOC优势：目标残留物是有机材料。TOC（或TC）可作为总有机材料的指数。在宽谱分析中，可以测量冲洗水或仪器表面水中的所有有机残留及不可预期的污染物。单一组分的分析不适合于清洁剂残留测定，由于清洁剂组分的选择性吸收。各组分不能被一律的除去。TOC是整个产品的分析，可有效地用于本目的。24洁净度认证快速、简单、样品制备方便，节省人力，适合于日常分析。由于测定快，测定样品数量和频率可提高。可用于追踪问题的来源。由于样品分析速度快、干扰少和灵敏度高，TOC可方便地用于那些需要在不同位置点和不同条件下测量大量样品的清洁方法与清洁过程的研发和设计。也能用于研发药生产的洁净度认证。25设置质量控制如果TOC值高于界限值，需要执行进一步分析。TOC应用于洁净度认证中的冲洗水样的分析，可测定痕量级的蛋白质、核酸、氨基酸、蔗糖和清洁剂等。例如，测定抗生素、乳糖和表面活性剂。用目标产物中昀具生理活性的组分的量替换TOC值，作残留物质的认证。26ABCDE这样定义的A的量用作质量控制值。昀具生理活性的组分质量控制设置的含碳量的分子量或＝的AA值TCTOC量A×27洁净度认证法（1）昀终冲洗采样（2）擦拭/水提取/TOC（TC）（3）擦拭/直接燃烧/TC28（1）最终冲洗采样在昀终冲洗设备时，采集一定量的冲洗水样品。用于CIP（Cleaning-In-Place）认证，在线试验和日常监控。TOC方法比其他方法简单和快捷。TOC方法应用于水溶性或可分散的药物，但是不能鉴定不溶解的残留物。TOC方法检测限低。29擦拭分析擦拭采样的类型和TOC测定:（1）擦拭/水提取（TOC/TC）（2）擦拭/直接燃烧（TC）30（1）擦拭/水提取物理采样面积=25cm2拭子：石英微纤维滤纸（45mm直径）事先用0.4ml纯水润湿。水提取TOC测定擦拭采样31擦拭/水提取优点比擦拭-HPLC法简单、快速。宽谱分析-检测所有含碳的残留和副产品（TC）或有机残留（TOC）。检测限低。应用于水溶性或水中可分散的残留物。32（2）擦拭/直接燃烧用润湿的拭子从装置或工具表面物理采样。“昀得到认可的是从装置表面直接采样的方法”引自FDA“GuidetoInspectionofValidationofCleaningProcess”。33擦拭/直接燃烧2”x2”（US）4”x4”（Japan）样品舟擦拭采样TC测定带固体进样装置34擦拭/直接燃烧优点不需要提取。擦拭试验快速、简便。继承了擦拭/水提取（TC/TOC）法所有的特点。直接读出每次擦拭的含碳量。可评估药物中所有种类的有机化合物，包括不溶解的。用NDIR具有很高的特效性–不受其他元素的影响。35岛津TOC分析仪TOC-5000A/VCSH/CPH/WS/WP满足USP、EP和JP对设备的要求:检测限为0.05ppm(50ppb)碳或更低。TOC-5000A/VCSH/CPH的检测限是4ppb碳。TOC-VWS/WP的检测极限是0.5ppb碳。系统适用性试验结果–接近100%。独特的“空白检查功能”确保TOC分析的可靠性。36洁净度认证法:9昀终冲洗水样9擦拭/水提取/TOC（TC）9擦拭/直接燃烧/TC–仅TOC-5000A/VCSH/CPH带固体进样器SSM-5000A岛津TOC分析仪TOC-5000A/VCSH/CPH，除了可用于纯水与注射用水的分析，也可用于:用在线进样器CSM-5000+TOC-5000A在线分析进行USP的TOC极限试验。分析各种水，包括原水和废水。也分析原材料和昀终产品。37选择的型号TOC-V型5000A/VCSH/CPH适合于测定制药用水中的TOC、洁净度认证、原材料、昀终产品和流出物的QC。TOC-VWS/WP适合于测定制药用水中的TOC。TOC-VE/CSN/CPN和在线TOC-4100系列适用于监控流出物。回目录3.3电子工业中的TOC39SEMI纯水准则（1989）半导体设备制造商学院（SemiconductorEquipmentManufacturersInstitute，SEMI，MountainView，California）测试参数正常值可接受值警告值临界值TOC(ppb)2050100400ASTM电子级别水TOC方针　　　　级　别E-1E-2E-3E-425ppb50ppb300ppb1000ppb40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，printedcircuitboards）的质量。回目录3.4TOC在其他工业中的应用42发电厂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放的CO2用乙醇胺溶液吸收。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。43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。44（2）检查输入和再循环回路中的水:9防止成膜（filming）或起雾（hazing）。9快速检查产品损失和过程泄露。9检测微生物的生长。9测定供水中的有机酸，避免设备腐蚀。9监控冷凝水中的油，防止损坏热交换器。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。45（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。其他应用46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。47其他应用使用TOC分析仪和固体进样装置可进行测定。（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