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。

超純水和清潔驗證中的總有機碳（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雜的分子，并能安全地對其進行測定。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碳（TIC）測定的過程上有所不同。除有機物質(zhì)外，水里還有無機碳化合物。這些無機碳化合物以溶解的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，為了不將這些無機碳化合物計算在內(nèi)，必須去除TIC。

差值法的優(yōu)缺點

使用差值法時，首先需要將所有碳組分（有機物和無機物）完全氧化。運載氣體將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是誤差傳播，因為通過這兩個分析步驟得出的濃度差包含統(tǒng)計的不確定性。定量方法既不準確且不合適，尤其是當總TOC濃度很低或TIC濃度明顯高于TOC時。通常，TOC應(yīng)該大于或等于TIC濃度。

圖片來源：?22091967 - stock.adobe.com

采用直接法更精確、更快

當比率不同時，可使用直接法。樣品制備時需要通過酸化樣品，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)有的碳組分都會被氧化，轉(zhuǎn)化成CO2，得到不可吹出的有機碳（NPOC）。此方法的優(yōu)點是更精確、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，此時會釋放出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)點是可以將20.4 mL的大進樣量注入到反應(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大，尤其是在對顆粒進行氧化時。由于熱壓激增，催化燃燒氧化時的最大進樣量會低于濕化氧化時的最大進樣量，但也可以達到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證。

清潔驗證的相關(guān)法規(guī)

進行清潔驗證的依據(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)毒素污染進行清潔驗證時，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：

●快速且高效；

清潔因素

時間、化學、溫度和機械性能發(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）表面活性劑化學家Herbert Sinner博士給出的清潔因素圖表明，時間、化學、溫度和機械性能，這4個因素對清潔至關(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)過程中斷太長時間，采樣時間應(yīng)盡可能短。通過高壓淋洗，例如，對清潔噴嘴增壓，可以增強機械性能。

對于化學參數(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值呈酸性才可進行TOC測定，因為在催化劑上可能形成鹽殘留物。

●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；

●針對有機化合物；

●適用于痕量范圍；

●價格便宜；

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

●計算最壞情況，安全系數(shù)高。

清潔驗證中的采樣

根據(jù)歐盟GMP附錄15中第10.12節(jié)規(guī)定，應(yīng)在樣品的清潔驗證中通過擦拭或淋洗進行采樣。其中淋洗采樣尤其受歡迎，因為它可以相對快速地進行，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，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，因為最后的淋洗水含有已被清除的殘留物，會被去除掉。

與之相反，在后續(xù)最終淋洗測試時，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)域進行檢測，例如，連接處或拐角處可以用棉簽擦拭采樣來補充淋洗采樣。

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機械部件。選擇CIP清洗系統(tǒng)的最大優(yōu)勢是可以通過機械控制反復使用。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，然后在限定的時間內(nèi)（如3～5 min），在擺動式混合機上轉(zhuǎn)動。

如果無法提供設(shè)備支持時，例如，使用老式的Solida混合機，或者為了進行采樣必須拆卸系統(tǒng)時，則通常通過沖洗表面來進行淋洗采樣。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”進行的。無論淋洗技術(shù)如何，都有必要對采樣介質(zhì)的空白值進行檢測。

如果已根據(jù)先前驗證的方法測定了樣品的TOC，就可計算出殘留量。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值計算最壞情況時，需要假設(shè)所有測得的碳均源自該污染物。這樣計算的優(yōu)點在于，當可能存在痕量的其他含碳化合物時，計算出的目標物質(zhì)中的污染物會偏高，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中明確提及清潔驗證，如淋洗樣品。在Shimadzu TOCLCPH裝置上，采用燃燒方法進行TOC測定，可以分解更為復雜的分子，并安全地對其進行測定。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)的特異性來進行驗證。ICH Q2（R1）通常作為理論基礎(chǔ)。