1、3 TOC的的应应用用3.1 3.1 环境分析环境分析3.2 3.2 制药工业制药工业3.3 3.3 电子工业电子工业3.4 3.4 其他工业其他工业13.1 环境分析废水废水的的有机参数有机参数总有机碳（总有机碳（TOC） 生物化学耗氧量生物化学耗氧量（BOD）化学化学耗氧量耗氧量（COD）总总耗氧量耗氧量（TOD）BODBOD和和CODCOD是表示是表示水中有机水中有机污污染的染的传统传统指指标标。2BOD测定有机物质生物降解测定有机物质生物降解所需要的氧。所需要的氧。其他反应（硫化物，亚铁，各种形态其他反应（硫化物，亚铁，各种形态的氮）需要的氧。的氮）需要的氧。用氧化方法测定，然后使用碘
2、量用氧化方法测定，然后使用碘量/滴定。滴定。耗时耗时3-5天得到结果。天得到结果。结果结果会受到会受到微生物和样品组分微生物和样品组分之间相互作用的影响之间相互作用的影响。3COD相当于有机物质经强化学氧化剂氧化所需要的氧（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）。例如重铬酸盐，高锰酸盐）。滴定滴定或或量热量热法测定法测定。卤素卤素对结果有干扰对结果有干扰。可加可加有毒的有毒的HgSO4解决解决。4TOC与 BOD 或 COD之间的相关关系TOC分析可作为分析可作为监控监控 BOD 和和 COD的的补充技术补充技术。TOC快速技术。因此快速技术。因此，适合用作适合用
3、作监控技术监控技术，以便尽以便尽快采取补救措施快采取补救措施。TOC与与COD及及BOD之间没有普遍的相关关系之间没有普遍的相关关系。在工业废水中，在工业废水中， TOC和和 COD常常有很高的线性相常常有很高的线性相关关系关关系。5TOC和COD之间的相关关系样品样品相关系数相关系数线性方程线性方程测定次数测定次数纺织厂纺织厂0.943y=2.01x+0.876饮料饮料 (啤酒啤酒)0.989y=3.68x-4.67废水废水0.834y=4.11x-55.18染料厂染料厂0.860y=1.76x+118.95化工厂化工厂 A0.973y=3.71x-6.59化工厂化工厂 B0.982y=2.
4、14-20.517使用使用上述上述经验经验公式公式TOCTOC值值可以可以转换转换成成CODCOD或或BODBOD。6环境中的应用（1）城市）城市来自地下、地表、海洋等的来自地下、地表、海洋等的原水原水饮用水饮用水废水，污水，垃圾沥出液等废水，污水，垃圾沥出液等工业和工业和城市工厂排放废水的质量监控城市工厂排放废水的质量监控德国德国法律规定要法律规定要测定测定固体废弃物中固体废弃物中 TOC的的等级，等级，以便决定以便决定倾倒倾倒的级别。规定要求在的级别。规定要求在干的残渣中干的残渣中TOC含量含量1%处置级别处置级别1；2% 处置级别处置级别 2 。7环境中的应用（2）污水处理工厂）污水处理
5、工厂 （Effluent treatment plants，ETP）食品和饮料工业食品和饮料工业纸浆和纸，纺织纸浆和纸，纺织品品黑色及白色液体黑色及白色液体通过监控目标水和废物的通过监控目标水和废物的有机负荷有机负荷设计设计ETP和焚化炉和焚化炉监测监测ETP及及逆渗透工厂所使用的过滤器与膜上的逆渗透工厂所使用的过滤器与膜上的有机负荷有机负荷薄膜和离子交换树脂薄膜和离子交换树脂的研发的研发8环境中的应用（3）测定大气）测定大气CO2以测定以测定温室效应温室效应采用气体样品采用气体样品进样组件。进样组件。（4）农业废物（堆肥）农业废物（堆肥）和土壤中和土壤中碳碳含量含量的测定值的测定值，是堆肥或
6、土壤条件的重，是堆肥或土壤条件的重要要指标指标，判断是否还可用判断是否还可用作作有机肥料有机肥料。9环境中的应用（5）海水分析）海水分析在环境温室效应的研究中，从全球在环境温室效应的研究中，从全球 CO2 循环循环的的角度，角度，海洋海洋对对CO2的吸收作用不能的吸收作用不能忽略忽略。涉及涉及 IC 测定，总测定，总CO2 以以溶解性溶解性CO2 、H2CO3 、 HCO3-和和CO32- 形态形态存在。存在。其他其他海洋应用海洋应用10饮用水中的 TOC 饮用水饮用水的生产中的生产中使用添加剂使用添加剂如氯如氯、二氧化氯二氧化氯和臭氧。和臭氧。这些化合物与原水中存在的有机化合物结合，产生这些
7、化合物与原水中存在的有机化合物结合，产生致致癌的癌的三卤甲烷。三卤甲烷。成品水成品水中中三卤甲烷三卤甲烷不能不能超过超过0.025ppm。TOC也测定其中的也测定其中的微生物微生物，如，如E.大肠大肠菌菌、 大肠杆菌等大肠杆菌等。回目录113.2 制制药药工工业业中的中的TOC12TOC可用于过程控制，例如，监测包含水纯化和可用于过程控制，例如，监测包含水纯化和分配系统的单元操作。测定原水、给水及分配系统的单元操作。测定原水、给水及最终产品最终产品中的中的TOC以监测水纯化系统的性能。以监测水纯化系统的性能。制制药药工工业业中的中的应应用用TOC全部产物分析，能有效用于检测所有的有机全部产物分
8、析，能有效用于检测所有的有机化学物，包括化学物，包括未鉴别的中间体反应物和副产品未鉴别的中间体反应物和副产品，与，与单一组分分析相反。单一组分分析相反。13制制药药工工业业中的中的应应用用纯化水（纯化水（PW）和注射用水（）和注射用水（Water-For-Injection，WFI）的的 TOC测定。测定。洁净度认证：使用固体采样器擦拭分析检查反应洁净度认证：使用固体采样器擦拭分析检查反应器皿器皿的洁净度的洁净度; 定位清洁（定位清洁（Cleaning-In-Place）（CIP）和最终冲洗）和最终冲洗。TOC测定也可用于监控药品生产测定也可用于监控药品生产中中各种操作各种操作单元单元的性能的
9、性能。14（1）制）制药药用水用水水在制药工业中是最常使用的原材料。水也用于清洁。水在制药工业中是最常使用的原材料。水也用于清洁。水水中的杂质可成为中的杂质可成为药物药物中的中的杂质杂质。有机杂质：颗粒状物质，消毒剂的残留和有机杂质：颗粒状物质，消毒剂的残留和副产品，离副产品，离子材料子材料（完全电离和弱电离）、有机材料、完全电离和弱电离）、有机材料、胶质材料胶质材料、 总的生存细菌、总的生存细菌、细菌内毒素细菌内毒素。有机化合物可有机化合物可导入的途径：原料水、在导入的途径：原料水、在净化净化过程中分配过程中分配系统的物质，如：聚合物配管、泵油、密封材料系统的物质，如：聚合物配管、泵油、密封
10、材料和系统和系统中生成的生物膜中生成的生物膜。一些物质的存在，如氯化物、硫酸盐及重金属等一些物质的存在，如氯化物、硫酸盐及重金属等。15制制药药用水中的用水中的 TOCTOC通过对通过对碳的碳的测定，间接测定存在于制药用水测定，间接测定存在于制药用水中的中的有机分子和微生物污染有机分子和微生物污染。在下列各点的在下列各点的TOC测定测定可可帮助帮助确定问题的确定问题的起源起源和和程程度度，从而采取补救措施从而采取补救措施:原水原水储存储存水水通过电离床通过电离床后的后的水水通过活性炭床通过活性炭床/ UV /电离器电离器后的后的水水16制制药药用水中的用水中的 TOCTOC测定可帮助鉴别净化系
11、统分配网络测定可帮助鉴别净化系统分配网络中存在的问中存在的问题题。问题可问题可能来自配管材料、泵油和密封材料和能来自配管材料、泵油和密封材料和邻邻近的废物泵等的影响近的废物泵等的影响 。TOC测定也可鉴别树脂测定也可鉴别树脂在使用一段时间后是否可在使用一段时间后是否可继续用，继续用，树脂本身树脂本身就可能是就可能是TOC的来源之一的来源之一。TOC测定可帮助鉴别净化系统分配网络测定可帮助鉴别净化系统分配网络中存在的问中存在的问题题。问题可问题可能来自配管材料、泵油和密封材料和能来自配管材料、泵油和密封材料和邻邻近的废物泵等的影响近的废物泵等的影响 。17制制药药用水中的用水中的 TOC用于测定
12、用于测定TOC可接受的方法可接受的方法:TOC测定利用测定利用相同的分析技术：即相同的分析技术：即完全氧化样品完全氧化样品水水中的中的有机分子有机分子成为成为 CO2， 测定产物测定产物 CO2 的水准的水准以表示碳的浓度。以表示碳的浓度。所有技术所有技术都必须能够区别从来源就存在于水中的都必须能够区别从来源就存在于水中的IC（如溶解性（如溶解性CO2 、 HCO3-）与样品中有机分子氧化）与样品中有机分子氧化产生的产生的CO2 。18TOC 在在 USP1996年年11月月15日：日：TOC有效的取代了有效的取代了PW和和WFI可氧可氧化物质试验。化物质试验。1998年年5月月14日：日：U
13、SP附录附录8中规定中规定TOC是是WFI和和PW唯一有效的测试方法唯一有效的测试方法。所有制药出口商，包括所有制药出口商，包括成批化学品出口到成批化学品出口到 USA 市场市场都要求都要求执行执行TOC分析。分析。19欧欧洲洲药药典（典（EP）官方公布官方公布- PA/PH/EXP3/T（98）105DEF，R：（1）WFI：TOC试验强制试验强制进行进行（2）在欧洲药典）在欧洲药典Vol 11，No 2，June 1999 A快速执行快速执行条款下宣布。自条款下宣布。自1999年年7月月1日起实行。日起实行。（3）TOC的极限设置为的极限设置为500ppb。（4）执行试验的方法如）执行试验
14、的方法如方法方法 2.2.44。（5）方法几乎等同于）方法几乎等同于USP中的方法。中的方法。20日本日本药药典（典（JP）标准溶液标准溶液 KHP 。必须能够检测必须能够检测低至低至 50 ppb 有机碳有机碳。试剂水试剂水应该应该小于小于 250 ppb TOC。系统适用性系统适用性试验溶液应该是试验溶液应该是十二烷基十二烷基苯磺酸盐，取苯磺酸盐，取代代p-苯醌。回收率必须大于苯醌。回收率必须大于90%。可可用干法（燃烧管，带电用干法（燃烧管，带电燃烧炉）和湿法分解（氧燃烧炉）和湿法分解（氧化试剂，化试剂，UV和加热）法。和加热）法。TOC 试验方法试验方法可在线或离线试验可在线或离线试验
15、。可使用可使用差减法（差减法（TOC= TC IC）和）和 NPOC方法。方法。推荐推荐进行进行原水试验，原水试验，监控监控 WFI 制造制造。21（2） 洁净洁净度度认证认证FDA规定规定：厂商必须保证：厂商必须保证设备清洁，从而保障产品设备清洁，从而保障产品质量和质量和安全。安全。 22洁净度认证TOC优优势：势：目标目标残留物是有机材料。残留物是有机材料。TOC（或（或 TC）可）可作为总有机材料的作为总有机材料的指数指数。在宽谱分析中，可以测量冲洗水或仪器表面水中的所在宽谱分析中，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。有有机残留及不可预期的污染物。单一组分单一组
16、分的分析不适合于清洁剂残留测定，由于的分析不适合于清洁剂残留测定，由于清洁清洁剂组分剂组分的的选择性选择性吸收吸收。各组分不能被一律的除去各组分不能被一律的除去。TOC是整个产品的是整个产品的分析，可有效分析，可有效地用于本目的。地用于本目的。23洁净度认证快速快速、简单、样品制备方便，节省人力，简单、样品制备方便，节省人力，适合于适合于日常分析日常分析。由于测定快由于测定快，测定样品数量和频率可提高测定样品数量和频率可提高。可用于追踪问题的来源可用于追踪问题的来源。由于样品分析速度快、由于样品分析速度快、干扰干扰少和少和灵敏度灵敏度高，高， TOC可可方便地用于那些需要在不同位置点和不同条件
17、下测量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。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。也能用于研发药生产的洁净度认证。24设置质量控制如果如果TOC值高于界限值，需要执行值高于界限值，需要执行进一步分析进一步分析。用目标产物中最具生理活性的组分的量替换用目标产物中最具生理活性的组分的量替换TOC值值，作残留物质的认证。，作残留物质的认证。TOC应用于应用于洁净度认证洁净度认证中的冲洗水样的分析，可测中的冲洗水样的分析，可测定痕量级的蛋白质、核酸、氨基酸、蔗糖定痕量级的蛋白质、核酸、氨基酸、蔗糖和清洁剂和清洁剂等等
18、。例如例如，测定抗生素、乳糖和表面活性剂。测定抗生素、乳糖和表面活性剂。25ABCDE这样定义的这样定义的A的量用作质量控制值。的量用作质量控制值。最具生理活最具生理活性的组分性的组分质量控制设置的含碳量的分子量或的AA值TCTOC量A26洁净度认证法（1）最终冲洗采样）最终冲洗采样（2）擦拭）擦拭/水提取水提取/TOC（TC）（3）擦拭）擦拭/直接燃烧直接燃烧/TC27（1）最终冲洗采样在最终冲洗设备时，采集一定在最终冲洗设备时，采集一定量量的的冲洗冲洗水样品水样品。用于用于CIP（Cleaning-In-Place）认证，在线试验和日）认证，在线试验和日常监控常监控。TOC 方法比其他方法
19、简单和快方法比其他方法简单和快捷。捷。TOC 方法应用于水溶性或可分散的药物方法应用于水溶性或可分散的药物，但是不能但是不能鉴定不溶解的残留物。鉴定不溶解的残留物。TOC方法检测方法检测限限低。低。28擦拭分析擦拭采擦拭采样样的的类类型和型和TOC测测定定: :（1）擦拭）擦拭 / 水提取（水提取（TOC/TC）（2）擦拭）擦拭 / 直接燃烧直接燃烧 （TC）29（1） 擦拭 / 水提取物理采样物理采样 面积面积 = 25cm2拭拭子：石英微纤维滤纸（子：石英微纤维滤纸（45 mm直径直径） 事先用事先用0.4ml纯水润湿。纯水润湿。水提取水提取TOC 测定测定擦拭采样擦拭采样30擦拭 / 水
20、提取优点优点比擦拭比擦拭 - HPLC 法简单法简单、快速。、快速。宽谱分析宽谱分析 - 检测所有检测所有含碳的残留含碳的残留和副产品和副产品 （TC）或有机残留（或有机残留（TOC）。）。检测限低检测限低。应用于水溶性或应用于水溶性或水中可分散的水中可分散的残留残留物。物。31（2） 擦拭 / 直接燃烧用润湿用润湿的拭子的拭子从装置或工具表面物理采样从装置或工具表面物理采样。“最得到认可的是从最得到认可的是从装置表面装置表面直接直接采样采样的方法的方法”引自引自FDA “Guide to Inspection of Validation of Cleaning Process”。32擦拭 /
21、 直接燃烧2”x2” （US）4”x4” （Japan）擦拭采样样品舟TC 测定带固体进样装置33擦拭 / 直接燃烧优点优点不需要提取不需要提取。擦拭试验快速、简便擦拭试验快速、简便。继承了擦拭继承了擦拭/水提取（水提取（TC/TOC）法所有）法所有的特点的特点。直接读出每次擦拭直接读出每次擦拭的含碳量。的含碳量。可评估药物可评估药物中所有种类的有机化合物，中所有种类的有机化合物，包括不溶解的包括不溶解的。用用 NDIR 具有很高的特效性具有很高的特效性 不受其他元素的影响不受其他元素的影响。34岛津 TOC分析仪TOC-5000A/VCSH/CPH/WS/WP 满足满足USP、EP和和JP
22、对设对设备的要求备的要求:检测限为检测限为0.05 ppm (50 ppb) 碳或更低。碳或更低。TOC-5000A/VCSH/CPH 的的检测限检测限是是 4 ppb 碳。碳。TOC-VWS/WP 的的检测极限检测极限是是 0.5 ppb 碳。碳。系系统统适用性适用性试验结试验结果果 接近接近 100%。 。独特的独特的 “空白检查功能空白检查功能” 确保确保TOC分析分析的的可靠性可靠性。35洁净洁净度度认证认证法法: 最终冲洗水样最终冲洗水样 擦拭擦拭/水提取水提取/TOC（TC） 擦拭擦拭/直接燃烧直接燃烧/TC 仅仅TOC-5000A/VCSH/CPH带带固体进样器固体进样器 SSM
23、-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，除了可用于纯水与注射用水的分析，析，也可也可用于用于:用在用在线进样线进样器器CSM-5000+TOC-5000A在在线线分析分析进进行行 USP 的的TOC 极限极限试验试验。 。分析分析各种水，包括原水和废水。各种水，包括原水和废水。也也分析原材料和分析原材料和最终产品。最终产品。36选择的型号TOC-V型型5000A/VCSH/CPH适合于测定制药用水中的适合于测定制药用水中的TOC、洁净度认证、原材料、最终产品和流出物、洁净度认证、原材料、最终产品和流出物的的 QC。TOC-VWS/WP适
24、合于测定制药用水中的适合于测定制药用水中的TOC。TOC-VE/CSN/CPN和在线和在线TOC-4100系列适用系列适用于监控流于监控流出物。出物。回目录373.3电子工业中的 TOC 38SEMI 纯水准则（1989）半导体半导体设备制造商学院（设备制造商学院（Semiconductor Equipment Manufacturers Institute，SEMI，Mountain View，California）39电子工业中的应用检查回收水，防止抛光机的过载检查回收水，防止抛光机的过载。检查蚀刻溶液的有机杂质，监控退化（性能检查蚀刻溶液的有机杂质，监控退化（性能）。）。检查晶片生产检查
25、晶片生产中使用的超纯水中使用的超纯水。监控电镀液监控电镀液中有机添加剂的水准中有机添加剂的水准，保证印刷线路板（，保证印刷线路板（PCB， printed circuit boards）的的质量质量。回目录403.4 TOC在其他工业中的应用41发电厂为减少排放到大气的为减少排放到大气的 CO2 量量，已经开发出已经开发出CO2处理技术处理技术，例如：从化石燃料发电厂，例如：从化石燃料发电厂排放排放的的CO2用用乙醇胺溶液吸乙醇胺溶液吸收。收。核和化石燃料核和化石燃料。冷凝液冷凝液/循环流、冷却水、锅炉供水和废水中的循环流、冷却水、锅炉供水和废水中的TOC。42化学和石油工业检查冷却水与设备冷
26、凝回流物中有检查冷却水与设备冷凝回流物中有机溢出。机溢出。无机化学药品如无机化学药品如H2SO4、H2O2的产的产品纯度。品纯度。废水中的有机负载与产品损失。废水中的有机负载与产品损失。43（2 2）检查输入）检查输入和再循环和再循环回路回路中的水中的水: :防止防止成膜成膜（filming）或起雾（）或起雾（hazing）。）。快速检查产品快速检查产品损失和过程泄露。损失和过程泄露。检测微生物的生长检测微生物的生长。测定测定供水中供水中的有机酸的有机酸，避免设备避免设备腐蚀腐蚀。监控冷凝水监控冷凝水中的油，中的油，防止损坏热交换器防止损坏热交换器。其他应用（1）如食品与饮料工业中检查原水质量
27、及中水纯度。）如食品与饮料工业中检查原水质量及中水纯度。44（3）锅炉供水）锅炉供水 TOC值可用于值可用于监控油和脂肪的水监控油和脂肪的水平。之所平。之所以重要，因为油和脂肪可导以重要，因为油和脂肪可导致泡沫或夹带并变成致泡沫或夹带并变成腐蚀品腐蚀品的粘着核，的粘着核，如：铁锈如：铁锈，从而从而损坏锅炉损坏锅炉。TOC的监控的监控也也防止防止水垢水垢的形成的形成。其他应用 （4）测定）测定清洁剂中清洁剂中的的油污染。油污染。45其他应用 （5）对来自食品和医药产品）对来自食品和医药产品、气密容器或培养和发酵气密容器或培养和发酵罐罐的气体样品中的气体样品中TC的监测很重要的监测很重要。 需使用需使用TOC与气体样品进样组件。与气体样品进样组件。46其他应用 使用使用TOC分析仪和固体进样装置分析仪和固体进样装置可进行测定可进行测定。（6）测定水泥产品中的）测定水泥产品中的 CaCO3 。因为水泥是因为水泥是碱，含有大量的碱，含有大量的Ca，慢慢与慢慢与大气大气中的中的CO2反应反应形成形成 CaCO3，导致水泥变质和影响，导致水泥变质和影响其耐其耐久性。久性。 47第三章第三章完完48
