TOC的应用
内 容
• 1. 环境分析
• 2. 制药工业
• 3. 电子工业
• 4. 其他工业
2
1 环境分析
BOD和COD是表示水中
有机污染的传统指标。
• 废水的有机参数
• 总有机碳（TOC）
• 生物耗氧量（BOD）
• 化学耗氧量（COD）
• 总耗氧量（TOD）
3
BOD
• 生物耗氧量（Biological Oxygen Demand）
• 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。
4
COD
• 化学耗氧量（Chemical Oxygen Demand）
• 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。
5
TOC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。
6
TOC和COD之间的相关关系
使用上述经验公式，TOC值
可以转换成COD或BOD。
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环境中的应用
• （1）城市上下水
• 来自地下、地表、海洋等的原水
• 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，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
• 饮用水
• 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
。
• TOC也测定其中的微生物，如E.大
肠菌、 大肠杆菌等。
环境中的应用
9
饮用水国家标准
• 《生活饮用水卫生标准》GB 5749-85
• 国家卫生部发布
• 1985年８月16日发布 ，1986年10月1日实施
• 有机污染物仅有两项
• 挥发酚类（以苯酚计）
• ≤
• 阴离子合成洗涤剂
• ≤
10
城市供水建设部标准
• 《城市供水水质标准》CJ/T 206-2005
• 国家建设部发布
• 2005年2月5日发布，2005年6月1日实施
• 对象：自来水
• 城市公共集中式供水
• 自建设施供水
• 二次供水
• 新增TOC检测项目
• 非常规检验项目，毒理学指标
• TOC：无异常变化（试行）
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饮用净水建设部标准
• 《饮用净水水质标准》CJ 94-1999
• 国家建设部发布
• 1999年9月28日发布，2000年3月1日实施
• 对象：直接饮用的管道供水和灌装水
• 原水：自来水或符合生活饮用水水源水
质标准的水
• 经深度净化
• TOC ≤ 4 mg/L
• 试行
12
环境中的应用
• （2）污水处理工厂
（Effluent treatment plants，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
13
环境中的应用
• （3）大气CO2
• 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
• 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。
14
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
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2 制药工业
• 制药用水有效性
• 清洗有效性
Cleaning Validation
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（1） 药典有关TOC的规定
• 制药用水有效性
• 注射用水
（WFI，Water for Injection）
• 纯化水
（PW，Purified Water）
17
药典有关 TOC 的规定
• 1.美国药典（USP23）
• 1996年，规定TOC 法用于注射用水（WFI）和纯化水
（PW）中可氧化物质的试验。
• 2.欧洲药典（EP）
• 1998年，规定TOC 法为注射用水（WFI）和纯化水
（PW）中的可氧化物质试验的唯一有效的方法。
• 3.日本药典（JP）
• 1991年，规定利用超滤方法生产的注射用水必须测定
TOC值。
• 4.中国药典（CP）
• 2005年：增加了TOC检测项目（试行）。
18
药典对制药用水的规定
各国药典有/无对制药用水的规定
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药典对制药用水的规定
CP USP EP JP
常规测试法 2005年
与 USP
相同
TOC仪要求：
能测
；
TOC为
蔗糖为基准，TOC
为 对 -
苯 醌 回 收 率 85-
115%。
与USP
相同
TOC仪要求：
能测
用邻苯二甲酸氢钾作标准；
TOC为
专
项
纯化水PW 2005年
与 USP
相同
使用常规测试法
规定的TOC仪；
TOC在
下合格。
与USP
相同
~2007年
注射用水
WFI
2005年
与 USP
相同
同上 同上 对超精细过滤后的注射用水；
TOC仪要求：
能测
用邻苯二甲酸氢钾作标准；
测试十二烷基苯磺酸钠
TOC，可检测到
20
制药用水有效性的确认
• 制水系统的管理（有效性确认）
• 对精制水中的有机杂质进行监测。
• 对功能材料（离子交换树脂、活性炭等）的劣化程
度进行监测。
• 对超过滤膜的劣化程度及孔径进行监测。
• 可定期更换膜及维护装置。
• 对未经处理过的用水监测—异常时
采取防御措施。
• 对生产线长期停止后再开启时的水质
进行评价。
21
USP27规定的TOC试验
• 以向美国出口药品及药品原材料的制造厂商为对象
• 测定TOC对有机杂质进行管理
• 以纯化水（ PW）、纯化灭菌水、注射用水
（WFI）为对象
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• 离线或在线TOC分析仪
均可
• 可以进行 50ppb以下的
TOC测定
22
ＵＳＰ２ＵＳＰ２77
• 定期进行整个系统的适宜性试验。
• 试验频率由用户根据TOC分析仪的特性、积累的数
据和所承担的风险，自行确定。
• 岛津有各种在线监测和离线检测仪器可供选择，
满足不同需求。
满足USP27、日本药典及其他世界上任何相关标准
（EPA、ASTM、JIS、ISO等）。
—是世界畅销仪器中最可信赖
的TOC分析仪
USP27规定的TOC试验
23
测 试 方 式
• 测试方式：USP27没有规定测试方式，实际测试
时，适合用NPOC（去除IC测试TOC法）。
• 在USP27里，制药用水的POC是可以忽略，因此，
完全可以将NPOC作为TOC测试。
• 空气中的CO2，即便溶解到样品里，用NPOC方式
进行IC前处理，也可以去除。
（例如：空气中CO2浓度为330ppm，水温20℃时，
作为IC约有
ＵＳＰ２ＵＳＰ２77
24
系统适宜性试验
USP使用的两种参考试剂：
• 蔗糖（Sucrose）：作为基准溶液使用。是容易
氧化分解的物质。
• 对-苯醌（P-Benzoquinone）：作为系统适宜性
试验溶液（回收率的试验溶液）。是不易氧化分
解的物质。
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TOC分析仪的校正也可以
使用其他物质。
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试 剂 用 水
• 试剂用水所含TOC的校正：可以先测出试剂用
水TOC值，再从试验溶液的TOC中减去试剂
用水TOC值。
• 测试时，务必用配制两种试验溶液时使用的水。
（即：必须是同时采的水）。
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• 配制系统适宜性试验两种溶液的
用水：
TOC为
• 适宜用蒸馏水、密理博精制水。
26
玻 璃 容 器
• 试样容器：适宜用带特氟隆衬垫的螺纹口玻璃
瓶。
• 用清洁的容器专门盛精制水。不要使用盛过污
水的容器。
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• 采水用的试样容器最好用容量
大的容器。
• 200mL以上
• 500～1000mL为宜
• 容器小（样品量少），样品量
相对于容器的接触面积大，受
容器及外部的污染影响大。
27
玻璃容器的清洗
• 新的或干净的容器，只要用稀硝酸
和精制水反复冲洗几次，注满精制
水放置半日，再用精制水冲洗后，
放置在清洁环境下干燥、保存。
• USP「1051」项中规定使用加热硝
酸、铬酸洗液、碱性洗液等。
ＵＳＰ２ＵＳＰ２77
• 市场上销售的玻璃器皿清洗剂非常有效，但用
过之后，一定要在流水中充分冲洗，将清洗剂
完全冲干净。
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采水、样品的处理
• 使用管、阀等器具采水时，必须
是清洁的器具。并且，先用样
品冲洗一段时间，再采水。
• 采得的试样，最好尽早测试。如
果需要保管时，要保存在周围
不含有机气体的清洁冰箱内。
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• 用样品冲洗采水容器（包括容器盖）5次。
• 将样品灌满采水容器直至溢出，倒掉后，再将
试样注满容器，作为采水，盖好盖子。
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系统适宜性试验
• 测定
（rs）和试剂用水（Reagent Water）的TOC值（rw）。
• 求出 对-苯醌溶液的TOC值（rss）。
回收率：
• 如果回收率在85～115%之间，则此台TOC分析仪的系统
适宜性试验合格。
• 即：以蔗糖为基准，对-苯醌的回收率在85～115%范围以内，即
为合格。
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制药用水的TOC检测
• 利用系统适宜性试验合格的TOC分析仪，
进行实测样品的TOC（NPOC）测试。
• 如果TOC在
rw）值以下）即为合格。
• USP27 中纯化水与注射用水
• EP 中纯化水与注射用水
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日本药典（JP）规定的TOC试验
• 第十一项修正补充药典：对超精细过滤后的注
射用水进行纯度试验。
• 对TOC分析仪的要求（常规测试法）：
• 可以测到
• 测试十二烷基苯磺酸钠 mg/L＝ mgC/L
的TOC时，可以检测到 mg C/L以上（90％以
上）。
• 用邻苯二甲酸氢钾作标准。
JPJP
32
• 对TOC分析仪的要求:
• 可以测到
下。
• 测 试 十 二 烷 基 苯 磺 酸 钠
TOC
， 可 检 测 到 上
（85%以上）。
• 用邻苯二甲酸氢钾作标准。
• 对超精细过滤后的注射用水
• TOC值
JP规定的注射用水（WFI）试验
JPJP
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4. FDA、GMP—洁净生产环境
• 设备清洗有效性认证
• 如何评价设备表面的洁净度？
• 采样方法
• 分析方法
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为什么作清洗有效性认证？
• 监测药品生产设备中的前一个产品、洗涤剂的
残留以及从外部进入的污染物等等，用科学方
法来检验是否在允许范围内。
• 在公用设备的清洁方面起到防止交叉污染的作
用。
• 企业决定清洗有效性。
• 是残留物评价的重要指标。
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采 样 方 法
•（1）清洗液采样法
• 采集最终淋洗液的最后部分
• 用于CIP（Cleaning in Place）有效性试验
• 本法不能评价不溶的残渣
•（2）擦拭采样法
• 可擦拭难溶性残留物
• 可评价不溶的残渣
• 是清洁度评价试验的最佳方法（FDA、日本卫生部）。
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分 析 方 法
• 有成份分析、TOC、蒸发残留物、pH、导电率、
UV吸收等方法。
• 成份分析：主要用HPLC
• 确定好目标分析物，进行分析。
• 不可能掌握所有成份（有机物）。不适
用于意料之外出现的有机物分析。
• 对于清洗剂或药品原料（作为药品原料
的化学制品），很难确定目标分析物。
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• 使用TOC（或TC）的优点：
• 有机物总量的指标。
• 可以把握总有机物，包括无法预知的有机物。
• 对于清洗剂或药品原料等很难确定目标分析物
的残留评价试验，也非常适用。
• 原理及结构简洁，操作简便。
• 快速测试，可处理大批试样。
分 析 方 法
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「不管生理活性（对人体的影响程度）如何，而
用TOC对所有有机物进行测试，意义何在?」
• 用TOC（或TC）进行评价。
• 将TOC（或TC）量换算成残留物中
生理活性最强的成份含量后，仍然
在规定范围内，即为合格。
• 基于从最坏处着想的思维方式。
• 在制药场合，往往更多地适用上述
思维方式。
TOC分析的意义
39
高速混合药物制片机的取样点
40
残留物的TOC量： 56μg／100cm２
成份A
成份B 成份C 成份D 成份E
生理活性
最大成份
换算成残留B成份的量：107μg／100cm２
允许范围值150μg／100cm２＞Ｂ换算残留物量107μg／100cm２
证明在允许范围值以下
将TOC量换算成B成份量
56μｇ×184（B分子量）／96（B碳含量）
用B成份确定允许值（150μg／100cm２）
与此值进行比较
成份F
B＝C８H14O２N３（分子量184，碳含量96）
举例说明TOC评价残留物的思路
41
擦拭/水提取/TOC测定
• 擦拭法比HPLC快速、简单
• 广范分析：检测所有含碳或所有有机残余物
• 低检测限
• 应用于水中可溶的物质和可分散的残渣
• Upjohn company， Lilly Research and Western
Michigan University Laboratories出版有应用报
告
42
传统擦拭采样方法
43
擦拭/水提取/TOC测定
44
擦拭/直接燃烧/TC测定
拭子：石英微纤维滤纸（45 mm直径）
事先用纯水润湿
45
• 擦拭试验中最快、最简单的方法
• 不需提取
• 可评价不溶残渣
• 广范分析：测定所有碳基残余（TC）
• 低检测限 （最小1µgC/擦拭）
• 直接读出每次擦拭的碳量
擦拭/直接燃烧/TC测定
由岛津开发和提出
日本兴和富士公司已
发表有应用报告。
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3 电子工业中的 TOC
• SEMI 纯水准则（1989）
半导体设备制造商学院（Semiconductor
Equipment Manufacturers Institute，SEMI
，Mountain View，California）
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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，printed circuit boards）的质量。
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4 TOC在其他工业中的应用
发 电 厂
• 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。
• 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的CO2
用乙醇胺溶液吸收。
50
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。
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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。
• （2）检查输入和再循环回路中的水:
• 防止成膜（filming）或起雾（hazing）。
• 快速检查产品损失和过程泄露。
• 检测微生物的生长。
• 测定供水中的有机酸，避免设备腐蚀。
• 监控冷凝水中的油，防止损坏热交换器。
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其他应用
• （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。
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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。
54
