怎樣的純凈才是真正的純凈？

文/ Arno Bayerl，Sascha Hupach

本文作者Arno Bayerl是位于德國Bruchsal制藥科技公司的清潔驗(yàn)證和衛(wèi)生主管；Sascha Hupach是位于德國Duisburg島津公司的TOC產(chǎn)品專家。

超純水和清潔驗(yàn)證中的總有機(jī)碳（TOC）測定——TOC測定是一種常見的用于檢測超純水以及清潔驗(yàn)證樣品的手段，即使檢測在痕量范圍內(nèi)。該技術(shù)同樣可用于分解更復(fù)雜的分子，并能安全地對其進(jìn)行測定。藥典里有對TOC測定方法的描述和對氧化類型測定以及取樣方法的概述。

在制藥行業(yè)，不同藥物的生產(chǎn)過程使用到的水質(zhì)也不同。最常見的有純凈水（AP）和注射用水（WFI）。歐洲藥典（EP）和美國藥典（USP）都將總有機(jī)碳含量的限值設(shè)定為0.5 mg/L。這種超純水的TOC測定有兩種方法，即差值法和直接法。兩種測定方法在總無機(jī)碳（TIC）測定的過程上有所不同。除有機(jī)物質(zhì)外，水里還有無機(jī)碳化合物。這些無機(jī)碳化合物以溶解的CO2形式存在，也有可能以碳酸鹽和碳酸氫鹽的形式存在。在TOC測定時(shí)，為了不將這些無機(jī)碳化合物計(jì)算在內(nèi)，必須去除TIC。

差值法的優(yōu)缺點(diǎn)

使用差值法時(shí)，首先需要將所有碳組分（有機(jī)物和無機(jī)物）完全氧化。運(yùn)載氣體將CO2輸送到檢測器，該檢測器能夠測出所產(chǎn)生的總碳（TC）量。然后在接下來的分析步驟中添加所需的無機(jī)酸，如鹽酸或磷酸。這些酸能將所有碳酸鹽和碳酸氫鹽轉(zhuǎn)化為CO2，這樣一來便可得出TIC。TC和TIC之差（TOC=TC-TIC）即為TOC含量。

這種測定方法的缺點(diǎn)是誤差傳播，因?yàn)橥ㄟ^這兩個(gè)分析步驟得出的濃度差包含統(tǒng)計(jì)的不確定性。定量方法既不準(zhǔn)確且不合適，尤其是當(dāng)總TOC濃度很低或TIC濃度明顯高于TOC時(shí)。通常，TOC應(yīng)該大于或等于TIC濃度。

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采用直接法更精確、更快

當(dāng)比率不同時(shí)，可使用直接法。樣品制備時(shí)需要通過酸化樣品，將TIC成分（碳酸鹽和碳酸氫鹽）轉(zhuǎn)化為CO2，然后利用一種氣體把樣品中的CO2沖洗掉。隨后所有現(xiàn)有的碳組分都會(huì)被氧化，轉(zhuǎn)化成CO2，得到不可吹出的有機(jī)碳（NPOC）。此方法的優(yōu)點(diǎn)是更精確、更快速。然而，如果樣品在除氣過程中出現(xiàn)發(fā)泡趨勢，則測出值可能低于實(shí)際值。因此，應(yīng)該根據(jù)樣品的性質(zhì)在兩種分析方法中進(jìn)行選擇。

下列兩種方法可將碳氧化：

●濕式氧化法：在過硫酸根離子存在的情況下，用紫外線照射樣品，此時(shí)會(huì)釋放出OH自由基。該自由基將碳組分轉(zhuǎn)化為CO2。

●催化燃燒氧化法：把樣品注入熱的帶有鉑涂層的催化器中。

兩種氧化法的檢測限

島津公司（Shimadzu）在其TOC-V和TOC-L系列產(chǎn)品中提供了兩種氧化方法。TOC-V使用濕式氧化法。其優(yōu)點(diǎn)是可以將20.4 mL的大進(jìn)樣量注入到反應(yīng)器中。這樣可以得出小于0.5μg/L的最低檢測限。

TOC-L則采用催化燃燒氧化法，使用了溫度為680℃的鉑催化劑。這種氧化作用更加強(qiáng)大，尤其是在對顆粒進(jìn)行氧化時(shí)。由于熱壓激增，催化燃燒氧化時(shí)的最大進(jìn)樣量會(huì)低于濕化氧化時(shí)的最大進(jìn)樣量，但也可以達(dá)到4μg/L的檢測限。

如果EP和USP沒有指定氧化方法，則兩種方法均可在此處使用。為此，藥典提供了使用TOC分析裝置的相關(guān)信息。這些分析裝置必須能夠去除或獲取TIC（差值法和直接法均適用），并且檢測限至少為50μg/L。另外，它們必須經(jīng)過系統(tǒng)適用性測試，通過此測試能夠了解難以氧化的物質(zhì)（在這種情況下為苯醌）和容易氧化的物質(zhì)（在此情況下為蔗糖）的可氧化程度。

當(dāng)然，這些方法不僅用于確定超純水或注射用水的純度，TOC分析法也被用于清潔驗(yàn)證。

清潔驗(yàn)證的相關(guān)法規(guī)

進(jìn)行清潔驗(yàn)證的依據(jù)是歐盟GMP附錄15和《藥品和有效成分制造條例》（AM-WHV）。AMWHV（1）中第6節(jié)規(guī)定必須檢查所用清潔、消毒和滅菌過程的有效性，并驗(yàn)證相應(yīng)的過程。歐盟GMP附錄15中的10.6和10.7節(jié)指出，在對產(chǎn)品和清潔劑殘留，以及微生物和內(nèi)毒素污染進(jìn)行清潔驗(yàn)證時(shí)，必須檢查裝置和儀器。

附錄15中的10.6.2也提到了TOC測定是一種適用于產(chǎn)品殘留或清潔劑殘留檢測的方法。

TOC測定具有以下優(yōu)點(diǎn)：

●快速且高效；

清潔因素

時(shí)間、化學(xué)、溫度和機(jī)械性能發(fā)揮著至關(guān)重要的作用

無論采用哪種采樣方法，盡可能高的回收率是至關(guān)重要的。漢高公 司（Henkel）表面活性劑化學(xué)家Herbert Sinner博士給出的清潔因素圖表明，時(shí)間、化學(xué)、溫度和機(jī)械性能，這4個(gè)因素對清潔至關(guān)重要，對回收率也起到了決定性作用。

考慮到溫度參數(shù)，出于工作安全原因，通常僅使用具有室溫或略微加熱的采樣介質(zhì)。為了不使生產(chǎn)過程中斷太長時(shí)間，采樣時(shí)間應(yīng)盡可能短。通過高壓淋洗，例如，對清潔噴嘴增壓，可以增強(qiáng)機(jī)械性能。

對于化學(xué)參數(shù)，應(yīng)注意的是，用于TOC測定的采樣介質(zhì)必須始終不含有機(jī)碳。因此，通常使用超純水，如純凈水或注射用水。在特殊情況下，也可以添加無機(jī)酸或堿。在使用堿的情況下，應(yīng)該注意的是樣品需要pH值呈酸性才可進(jìn)行TOC測定，因?yàn)樵诖呋瘎┥峡赡苄纬甥}殘留物。

●在藥典中有描述，參見Eur.2.2.44/USP <643>；

●歐盟GMP附錄15中提到的分析方法；

●針對有機(jī)化合物；

●適用于痕量范圍；

●價(jià)格便宜；

●使用水性介質(zhì)，例如，Aqua Purificata（AP）或注射用水，進(jìn)行簡單采樣；

●計(jì)算最壞情況，安全系數(shù)高。

清潔驗(yàn)證中的采樣

根據(jù)歐盟GMP附錄15中第10.12節(jié)規(guī)定，應(yīng)在樣品的清潔驗(yàn)證中通過擦拭或淋洗進(jìn)行采樣。其中淋洗采樣尤其受歡迎，因?yàn)樗梢韵鄬焖俚剡M(jìn)行，且成本低。在淋洗采樣過程中，最終淋洗和后續(xù)最終淋洗（Post-Final Rinse）之間存在區(qū)別。

在最終淋洗測試時(shí)，要檢查在清潔過程中最后的漂洗水。然而此處測定的TOC值并不代表清潔后系統(tǒng)上的殘留物，因?yàn)樽詈蟮牧芟此幸驯磺宄臍埩粑铮瑫?huì)被去除掉。

與之相反，在后續(xù)最終淋洗測試時(shí)，則是在清潔后再取樣來測定殘留物。為了能夠有針對性地對困難區(qū)域進(jìn)行檢測，例如，連接處或拐角處可以用棉簽擦拭采樣來補(bǔ)充淋洗采樣。

用于淋洗采樣的裝置有幾種常見的選擇。最常見的是CIP清洗系統(tǒng)（在線清洗）。該系統(tǒng)裝有一定數(shù)量的介質(zhì)，這些介質(zhì)通過泵和噴嘴被帶到表面。清潔噴嘴的噴射流可以保護(hù)機(jī)械部件。選擇CIP清洗系統(tǒng)的最大優(yōu)勢是可以通過機(jī)械控制反復(fù)使用。另一種選擇是密閉容器，如穆勒桶，將其注入足量的介質(zhì)后封閉，然后在限定的時(shí)間內(nèi)（如3～5 min），在擺動(dòng)式混合機(jī)上轉(zhuǎn)動(dòng)。

如果無法提供設(shè)備支持時(shí)，例如，使用老式的Solida混合機(jī)，或者為了進(jìn)行采樣必須拆卸系統(tǒng)時(shí)，則通常通過沖洗表面來進(jìn)行淋洗采樣。為此，可以使用噴霧瓶、一次性注射器、燒杯等類似的工具。軟管適用于一種特殊情況，在這種情況下，通常需要極大的水量才能完全沖洗內(nèi)表面。因此，淋洗取樣是通過“擺動(dòng)”進(jìn)行的。無論淋洗技術(shù)如何，都有必要對采樣介質(zhì)的空白值進(jìn)行檢測。

如果已根據(jù)先前驗(yàn)證的方法測定了樣品的TOC，就可計(jì)算出殘留量。為此，重要的是確定所用淋洗介質(zhì)的體積。在利用所找到的污染物中測定的TOC值計(jì)算最壞情況時(shí)，需要假設(shè)所有測得的碳均源自該污染物。這樣計(jì)算的優(yōu)點(diǎn)在于，當(dāng)可能存在痕量的其他含碳化合物時(shí)，計(jì)算出的目標(biāo)物質(zhì)中的污染物會(huì)偏高，這樣可以提高安全性。

確保水檢測的安全性

TOC測定是檢測超純水以及殘留物，尤其是痕量范圍內(nèi)清潔劑的殘留物的常見方法。TOC測定在藥典中有專門的描述，并在歐盟GMP附錄15中明確提及清潔驗(yàn)證，如淋洗樣品。在Shimadzu TOCLCPH裝置上，采用燃燒方法進(jìn)行TOC測定，可以分解更為復(fù)雜的分子，并安全地對其進(jìn)行測定。無論采用哪種測定方法（包括擦拭和淋洗采樣法在內(nèi)），TOC測定必須根據(jù)物質(zhì)的特異性來進(jìn)行驗(yàn)證。ICH Q2（R1）通常作為理論基礎(chǔ)。