Slide 1: 有機碳分析的衍变过程以及制藥行業中最新的总有机碳检测技術
有機碳分析的衍变过程以及 制藥行業中 最新的总有机碳检测技術 Hai Wei Zhu, Ph.D. GE Analytical Instruments Colorado, USA www.geinstruments.com 1 GE Analytical Instruments
Slide 2: 這次講座的主要內容有
這次講座的主要內容有 • 什么是有机碳 • 有機碳分析方法应用衍变过程 • 总有机碳检测技术及新趋势 2 GE Analytical Instruments
Slide 3: TOC 的基本概念
TOC Wea. imagination at work
Slide 4: TOC 的定义
TOC 的定义 • USP 第 643 章明确定义 : TOC = Total Organic Carbon TOC All Oxidizable Carbon 4 GE Analytical Instruments
Slide 5: 常用縮寫
常用縮寫 • TOC - 總有機碳 • DOC - 可溶性有機碳 • NPOC - 難氣洗有機碳 • POC - 易氣洗有機碳 • VOC - 揮發性有機碳 • TIC (IC) - 無機碳 • TC - 總碳﹐是 TOC 和 IC 的總和 5 GE Analytical Instruments
Slide 6: 無機碳
無機碳 _ IC = CO2( 水溶液 ) + HCO3 + CO32- （ pH < 4.3 ） ( 中性 ) （ pH > 10.3 ） • CO2( 液 ) 二氧化碳的水溶液 _ • HCO3 碳酸氫根 • CO32- 碳酸根 6 GE Analytical Instruments
Slide 7: 水中有機碳的來源
水中有機碳的來源 • 自然界︰動植物的腐爛 • 工業排放︰石化、造紙、制药、有機試劑 • 農業︰殺虫劑、化肥 • 家庭︰清潔劑、人畜排泄物 7 GE Analytical Instruments
Slide 8: TOC 分析方法应用衍变过程
TOC SSAT AAW AGT ASE imagination at work
Slide 9: TOC 測試技術的衍变过程
TOC 測試技術的衍变过程 • 石油化工工业的掘起 - 50 年代中期 废水排放控制 TOC 分析范围 : 上限可超过 １０００ ＰＰＭ 以上 • 半导体工业的掘起 – 70 年代到至今 纯水，超纯水 TOC 分析范围： 下限可达到 １００ ＰＰＢ － １ ＰＰＢ 以下 9 GE Analytical Instruments
Slide 10: TOC 測試技術的衍变过程
TOC 測試技術的衍变过程 • 制药业的注射用水和制药用水开始对 TOC 方 法的採纳 – 始于 90 年代 日本 ( 有限 ), 美国 , 欧洲 TOC 分析范围 : 可准确分析 100 PPB 以下 10 GE Analytical Instruments
Slide 11: 美国药典与歐洲药典 TOC 方法
美国药典（ＵＳＰ）第 643 章 • 總有機碳方法於 1998 年 5 月 15 日起被正式起用 • USP-23 版第八增版正式去除了易氧化物法 歐洲药典（ＥＰ）第 2.2.44 章 • 於 1999 年 3 月﹐ＥＰ的第 2.2.44 章裡採 纳了ＴＯＣ方法 • ＴＯＣ方法於同年七月正式生效 11 GE Analytical Instruments
Slide 12: 总有机碳检测技术及新趋势
总有机碳检测技术及新趋势 12 GE Analytical Instruments
Slide 13: TOC 測定的基本原理
TOC 測定的基本原理 第一步 第二步 氧化 測定 有機物 CO2 13 GE Analytical Instruments
Slide 14: 氧化技術
氧化技術 • 高溫氧化 • 加熱的過硫鹽氧化 • 紫外線加過硫鹽氧化 • 紫外線氧化 • 紫外線加二氧化鈦氧化 14 GE Analytical Instruments
Slide 15: 燃燒氧化
燃燒氧化 高溫爐絲 空氣 /O2+ 鉑 (Pt) 催化劑﹐在 680-950 o C 優點 缺點 • 氧化效率高 • 催化劑會中毒﹐必須替 換 • 能氧化顆粒 • 必須使用試劑﹑載氣和 • 可用在清潔驗證 酸 • 空白污染 • 可測極限高 15 GE Analytical Instruments
Slide 16: 加熱的過硫鹽氧化
加熱的過硫鹽氧化 _ _ S2O + 加熱 (90 - 130 C) → 2SO4 ‧ 8 2 o _ _ SO4 ‧ + H2O → SO4 + OH‧ 2 優點 缺點 • 氧化效率高 • 顆粒氧化會不完全 • 無催化劑和燈管 • 會失去揮發性化合物 • 適用於清潔驗證和制药 • 需化學試劑 用水 • 反應器內積累滯留物 16 GE Analytical Instruments
Slide 17: 紫外氧化
紫外氧化 H2O + h (185 nm) OH. + H. 優點 缺點 • 無試劑 • 對較高濃度的 TOC 氧化 能力不足 (>2.5 ppm TO • 無催化劑中毒 C) • 保養簡單 • 對顆粒物氧化會不完全 • 適用於半導體工業和 • 需更換燈管 USP 制药用水 17 GE Analytical Instruments
Slide 18: 紫外氧化
紫外氧化 有機物 + h (184 nm) CO2 + H2O H2O + h (184 nm) · + H· · + Organics CO2 + H2O 18 GE Analytical Instruments
Slide 19: 紫外線加二氧化鈦氧化
紫外線加二氧化鈦氧化 H2O + h (185 nm) OH . + H . H2O + h (185 nm, TiO2) OH . + H . 優點 缺點 • 無試劑 • 對較高濃度的 TOC 氧化 • 保養簡單 能力不足 (>5 ppm TOC) • 可用於半導體工業 • 對顆粒物氧化會不完全 和 USP 制药用水 • 需更換燈管 • 催化劑中毒 19 GE Analytical Instruments
Slide 20: 紫外線加過硫鹽氧化
H2O + h (185 nm) OH. + H. + h (185 nm) 2SO4 . _ _ S2 O 8 2 SO4 + H2O SO4 + OH.+ H+ . _ _ 2 優點 缺點 • 無論 TOC 在高濃度還是 • 對顆粒物氧化會不 低濃度氧化效率高 完全 • 保養簡單 • 用化學試劑 • 適用於清潔驗證和 USP • 需更換燈管 制药用水 20 GE Analytical Instruments
Slide 21: CO2 检測技術
CO2 检測技術 • 非分散紅外探測 (NDIR) • 直接電導率探測 • 薄膜電導率探測 21 GE Analytical Instruments
Slide 22: 非色散紅外 (NDIR) 探測
非色散紅外 (NDIR) 探測 气室 检測器 紅外光源 CO2 CO2 入氣口 出氣口 22 GE Analytical Instruments
Slide 23: 非色散紅外 (NDIR) 检測
非色散紅外 (NDIR) 检測 優點 缺點 • 成熟的技術 • 探測器漂移 ( 校准頻繁 ) • 選擇性好 • 體積大及預熱時間長 • 線性動力學范圍有限 • 可測試去離子水和非去離子 水中 TOC • 水的干擾 ( 必須去除載氣中的 水份 ) • 對 CO2 的响应時間快 • 必須去除溶液裡的 CO2 ( 氣 • 可用於清潔驗證和 USP 制药 吹法 ) 用水 • 使用高純載氣 • 被美國試驗材料學會 (ASTM) • 不易准确分析试剂水中 TOC 認可 23 GE Analytical Instruments
Slide 24: 直接電導率检測
直接電導率检測 24 GE Analytical Instruments
Slide 25: 紫外氧化生成干擾離子
紫外氧化生成干擾離子 實際的反應機理 UV 有機物 CO2 +H2O H2CO3 H+ + HCO3- R-Cl HCl H+ + Cl- R- N HNO3 H+ + NO3- R- S H2SO4 2H+ + SO42- R- P H3PO3 H+ +H2PO4- 25 GE Analytical Instruments
Slide 26: 直接電導率在線 TOC 方法的“假正”現象
直接電導率在線 TOC 方法的 “假正” 現象 TOC (ppb) TOC (ppb) % 期望值 所測值 誤差 二氯甲烷 10 180 1,700 三氯甲烷 10 475 4,650 溴二氯甲烷 10 223 2,130 氯二溴甲烷 10 248 2,380 三溴甲烷 10 302 2,920 1,1,1, - 三氯乙烷 100 3,456 3,356 1,2,3,- 三氯丙烷 100 2,876 2,776 半胱氨酸 100 1,278 1,178 26 GE Analytical Instruments
Slide 27: 直接電導率检測
直接電導率检測 優點 缺點 • 系統簡單﹐不用載氣和 • 選擇性差﹐无法去除 CO2 干燥器 以外的其它離子的干扰 • 只能測去離子水 • 校准穩定 • 電極會被沾污 • 可用於 USP 制药用水 • 不能用於清潔驗證 • 沒有被美國試驗材料學會 (ASTM) 認可 , 不是标准方 法 27 GE Analytical Instruments
Slide 28: 薄膜電導率检測 - 选择性薄膜技术 (专利)
薄膜電導率检測 - 选择性薄膜技术 ( 专利 ) 28 GE Analytical Instruments
Slide 29: 薄膜電導率 TOC 分析仪流程图
薄膜電導率 TO C 分析仪 流程图 29 GE Analytical Instruments
Slide 30: 薄膜電導率检測
薄膜電導率检測 優點 缺點 • 可測去離子水和非去離子水 • 測非去離子水需用試劑 • 靈敏度高﹐選擇性和精確度好 • 比直接電導率检測器多一 • 多用性 - 在线与非在线 些可移部件 • 校准穩定 • 適用於清潔驗證和 USP 制药用水 • 被美國試驗材料學會 (ASTM) 認 可 (ASTM5904-96, ASTM5997-96, ASTM6317- 98), 並採入美国 EPA 标准方法 (5310C). 30 GE Analytical Instruments
Slide 31: 实例: 注射用水 Sievers 400
实例 TOC Sievers 800 3,800 ppb 粉狀 混介 前過濾器 反滲透壓 活性碳 過濾器 TOC 混床 Sievers 800 131 pp 樹脂 b 注射用水 Sievers 400 138 pp 出水口 b 方法 B 151 TOC pp 蒸餾塔 b Sievers 800 50 ppb Sievers 400 57 ppb 純水 方法 B 1,200 p 出水口 Lisa McCurdy, Collagen Pharmaceutical pb Pharmaceutical Engineering Journal, Nov/Dec,1997 31 GE Analytical
Slide 32: 实例
实例 1000 TOC ( 微克／升 ) 800 方法 B 600 400 SIEVERS 400 型 200 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 天數 實驗室測出每升水中含有 14 微克碳的三氯甲 32 烷 GE Analytical Instruments
Slide 33: ＴＯＣ測定儀的選擇指南
ＴＯＣ測定儀的選擇指南 • 在線測試或是實驗室測試 • 避免“假正”現象而造成的停 產 • 易操作 • 可做現場校准 • 易維護保養 • 使用費用低 33 GE Analytical Instruments
Slide 34: GE 分析仪器公司 Sievers® TOC
GE 分析仪器公司 Sievers® TOC • 测回收水 • 在 1997 年进入太空 • 还在太空中运行 34 GE Analytical Instruments
Slide 35: Sievers TOC 技術的評估
Sievers TOC 技術的評估 NASA 的要求 能在太空中連續運行十年 完全自動化 容易使用 在微引力狀態下工作 35 GE Analytical Instruments
Slide 36: Sievers TOC 技術的評估
Sievers TOC 技術的評估 結果 TOC 技術的革命 無可倫比的可靠性 絕妙的簡單設計 具有廣泛實用價值的技術 36 GE Analytical Instruments
Slide 37: Sievers TOC 技術的評估
Sievers TOC 技術的評估 航天用 工业用 – 第一代 37 GE Analytical Instruments
Slide 38: 世界上最新一代的 TOC 分析仪 Sievers 900 型系列
世界上最新一代的 TOC 分析仪 Sievers 900 型系列 38 GE Analytical Instruments
Slide 39: 世界上最新一代的 TOC 分析仪
世界上最新一代的 TOC 分析仪 •无载气 •触屏控制 •USB 接口 – 128 兆 USB 便利 储存 U 盘 39 GE Analytical Instruments
Slide 40: 世界上最新一代的 TOC 测试仪 - 实验室型
世界上最新一代的 TOC 测试仪 实验室型 : • 二维 (X&Y) 自动採样机 • 可测 63 个水样 （ 40 ml 瓶） 或 120 个水样 （ 17 ml 瓶） • 电子签章 (21 CFR PART 11 Ready) 40 GE Analytical Instruments
Slide 41: 世界上最新一代的 TOC 测试仪 - 在线型
世界上最新一代的 TOC 测试仪 在线型 : • 电子签章 (21 CFR PART 11 Ready) • 可升级成加速型 • 内置二氧化碳去除器 41 GE Analytical Instruments
Slide 42: 世界上最新一代的 TOC 测试仪 - 便携式
世界上最新一代的 TOC 测试仪 便携式 : • 电子签章 (21 CFR PART 11 Ready) • 可升级成加速型 • 可外置二氧化碳去除器 • 在线或非在线 • 可接自动採样机 42 GE Analytical Instruments
Slide 43: 谢谢!
谢谢 ! 43 GE Analytical Instruments