1. TOC 的背景知識和檢測的重要性
TOC概念
1．水中有4種基本類型的污染物
無機物: 離子/導電的
有機物: 非離子狀態/最典型的是碳基化合物
微粒
微生物
2．不同污物用什么方法來反映其含量？
無機物由電導率法來測定。電導率并不能反映出有機物和微生物等的含量。較低電導率的水中可能含有較高的有機物(反之亦然)。
有機物，微生物，以及部門微粒，通過檢測TOC來反映
3．TOC概念
英文Total Organic Carbon，中文總有機碳
微生物超標糾正標準是指微生物污染達到某一數值，表明注射用水系統已經偏離了正常運行的條件，應采取糾偏措施，使系統回到正常的運行狀態。 “熱原”通常是由細菌產生的，是那些能致熱的微生物的代謝產物，以“細菌內霉素”指標來表示。大多數細菌和許多霉菌都能產生熱，致熱能力最強的是革蘭陰性桿菌的產物。微生物代謝產物中的內毒素是造成熱原反應的最主要因素。細菌內毒素耐熱性強，其尺寸大小約在 1 － 50μm 之間，故可通過一般濾器進入濾液中，但能被活性炭、硅藻土濾器等吸附。熱原本身不揮發，但能在蒸餾時被汽化的水滴帶入蒸餾水中。總有機碳 TOC=TC( 總碳 ) － IC （無機碳）。
總有機碳的指標在一定意義上說明的是對水污染的監控。各種有機污染物，微生物及細菌內毒素經過催化氧化后變成二氧化碳，進而改變水的電導，電導的數據又轉換成總有機碳
的量。如果總有機碳控制在一個較低的水平上，意味著水中有機物、微生物及細菌內毒素的污染處于較好的受控狀態。這也是一些驗證資料中將總有機碳作為驗證項目的重要原因。
4．TOC的來源
有機碳進入水系統有幾個途徑。最常見的是從原水中帶進的。TOC的主要來源是生物物質，例如：動植物的腐爛，細菌活動，動物的排泄物。這些生物物質都會通過滲透入水井或溢流進湖泊和河流后進入市政自來水的水源。這些含TOC的產品的合成物分子量從低到高都有，低分子量的有甲醇，高分子量的有多環物質。有機物的另一個來源是工業廢水，殺蟲劑，除草劑，化學品。這些化合物的威力相當高，會引起嚴重的健康問題。在當地環保局和衛生局的指導下，大部分TOC通過凈化方法可以從原水中除去。飲用水的標準就是制藥進水的標準。所有的藥典均要求大容量制藥用水凈化都要以飲用水的標準作為起點。一般來講，飲用水的TOC限值比制藥用水的要高出10～20倍。
其他的TOC是制藥廠本身產生的。意外的TOC的進入是通過操作員的失誤或水系統的降級而發生的。操作員的失誤是無法預料的意外事故，諸如打開錯誤的閥門等，TOC的進入還可能是由設計或流程的缺點引起的，諸如用消毒劑搽拭滴漏處后的殘留。水系統的降級可能是因為水凈化系統中的塑料容器和樹脂材料被擊穿了。另外，系統的故障也會增加TOC；例如RO和CDI膜上的孔出現問題。內毒素， USP/EP定義的另一個進行獨立強制測試的實體，也是有機物。要確保去除內毒素是因為它會導致發熱反應。內毒素通常由進行衛生處理和殺滅水系統中滋生的細菌污染引起。細菌的污染，在某種程度上，存在于所有水系統，細菌的抑制會使TOC變大。不管TOC是何種來源，都需要在制藥用水系統中對TOC進行適當的測定，監控和控制。
5．TOC的去除
降低水中TOC濃度可通過預處理床，過濾或TOC降解裝置來進行。一些有效的過濾方法包括碳床，溶媒過濾和反滲透膜過濾。在使用碳床過濾時，TOC可能和碳分子發生了反應，也可能滲入碳床了。由于大多數TOC是非離子狀態。通過離子交換樹脂去除TOC時，首先
要將TOC離子化。當TOC被氧化成其他形態時就變成離子形態。這些離子可通過電子的或固定的離子交換樹脂去除。目前主要有兩種TOC降解裝置在應用：UV和臭氧氧化法。在TOC降解方法中，通過氧化使TOC變成CO2，然后經排氣過濾器或脫氣從系統析出。在新的千年，大部分安裝的制藥用水系統，操作時一般能達到TOC低于100ppb，且大多低于30ppb。
6．沒有檢測TOC會有什么后果？
a. 不知道藥品已受污染，以及不知道什么原因和什么時候受到污染
b. 系統的過濾裝置需要更換而不知道
c. 管路設計上存在死角茲長微生物而不知道
d. 引入新雜質不能通過驗證
2. USP、EP及ChP對制藥用水TOC和電導率檢測的規范和要求
純化水歐、美、中現行藥典規定對比表
| 中國藥典（ 2010 版） | 歐洲藥典 | 美國藥典 |
來源 | 本品為飲用水經蒸餾法、離子交換法、反滲透法或其他適宜的方法制得的制藥用水，不 含任何添加。 | 由符合法定標準的飲用水經蒸餾、離子交換或其它適宜方法制得 | 由符合美國環境保護協會或歐共體或日本法定要求的飲用水經適宜方法制得 |
性狀 | 無色澄明液體、無臭，無味 | 無色澄明液體，無臭，無味 | / |
酸堿度 | 符合規定 | / | / |
氨 | 0.3μg/ml | / | / |
硝酸鹽 | 0.06μg/ml | 0.2μg/ml | / |
重金屬 | 0.5μg/ml | 0.1μg/ml | / |
鋁鹽 | 供透析液生產用水需檢查 | 用于生產滲析液時方控制此項目 | / |
易氧化物 | 符合規定 | 兩者選其一 | 符合規定 | / |
總有機碳 | 不得過0.50mg/L | 0.5mg/L | 0.5mg/L |
電導率 | 應符合規定 4.3μS/cm （ 20 ℃ ）與溫度對照 | 4.3μS/cm （ 20 ℃ ） | 符合規定 |
細菌內毒素 | / | 0.25E.U./ml | / |
無菌檢查 | / | / | 符合規定 ( 用于制備無菌制劑時控制 ) |
微生物糾偏限度 (action limit) | 100個/ml | 100 個 /ml | 100 個 /ml |
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注射水歐、美、中現行藥典規定對比表
| 中國藥典（2010版） | 歐洲藥典 | USP |
來源 | 為純化水經蒸餾所得的水，應符合細菌內毒素試驗要 求 | 為符合法定標準的飲用水或純水經適當方法蒸餾而得 | 由符合美國環境保護協會或歐共體或日本法定要求的飲用水經蒸餾或反滲透純化而得 |
性狀 | 無色澄明液體，無臭，無味 | 無色澄明液體，無臭，無味 | / |
PH | 5.0~7.0 | / | / |
氨 | 0.2μg/ml | / | / |
硝酸鹽 | 0.06μg/mL | 0.2μg/mL | / |
重金屬 | 0.5μg/mL | 0.1μg/mL | / |
鋁鹽 | 供透析液生產用水需檢查 | 用于生產滲析液時方控制此項 | / |
易氧化物 | 符合規定 | 符合規定 | / |
總有機碳（TOC） | 0.5mg/L | 0.5mg/L | 0.5mg/L |
電導率 | 符合規定 | 1.1μS/cm（20℃） | 符合規定 |
細菌內毒素 | 0.25E.U./ml | 0.25E.U./ml | 0.25E.U./ml |
微生物糾偏限度(action limit) | 10個/100ml | 10個/100ml | 10個/100ml |
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1．TOC測定歷史
TOC測試是自1998年開始，美國藥典（USP）針對制藥用水中的注射用水WFI和純水PW制定的測試要求。在這之前USP標準測試有機物是“難氧化物測試”，利用KMnO4溶液顏色變化的化學反應方法來進行。促進溶液測試方法改變是來自于儀器方法的發展，測試速度和敏感度的改進使利用分析儀器測TOC成為更快更好的方法。在1996年的USP的643章節中TOC和難氧化物測試是可二者選一的，后來從USP23版的附錄5變成了規定方法。規定所有的符合USP用水的TOC要小于500ppb或0.5mg/L。
TOC測試也是歐洲藥典（EP）和日本藥典（JP）對于制藥用水的要求。EP要求WFI，PW，和HPW都要測TOC，且結果要小于等于0.5mg/L。JP的TOC測試中對儀器的要求不同于USP和EP。USP和EP對不同儀器方法測TOC沒有規定，但JP XIV的第60章規定了測量方法，且包括了TOC分析儀的類型和校正、系統穩定性測試等不同標準。
所有的主要藥典認可同樣的TOC限值。全球一致的TOC限值和測定將會在全球范圍內提高
制藥廠的產品質量。中國藥典（ChP）和USP一直致力于在TOC上相一致。希望兩年內所有的制藥用水的TOC和電導檢測能夠達成一致。有了一致性后，中國制藥廠符合一整套標準，在不需要額外藥品監管投資下，產品就可以行銷全球。
2．TOC的測定
所有的TOC測試技術至少有三個步驟：基線判斷，有機物氧化，測定有機產物。基線判斷可采用計算法或機械法來進行。基線包含無機碳IC，計算法是指測出無機碳后從總碳TC中減去IC，或者隔離出IC作為起始零點進行調整。基線的機械法建立需要將系統處于真空或氣發來產生出低IC背景。基線一旦決定后就能開始氧化了。
氧化可能包括加熱，UV照射，化學促進劑，催化劑或使用兩個或多個上述方法。所有氧化過程都會產生與水中TOC成比例的CO2。
氧化完成后就可以開始進行檢測和計算工作了。可以在原水樣品中測量CO2，也可以測從液體中分離出的CO2。一些分離裝置包含膜滲透和脫氣步驟。溶于水的CO2可用電導率法
檢測，氣相的CO2可用分光法檢測（非分散紅外）
根據條件，可用數學算法從TC中減去IC就得到TOC。電導率法測定是由于TOC氧化后產生了CO2，以致水的電導率增加值。
3．不同的TOC測定技術
TOC檢測方法是FDA提倡的、用于評估被檢水樣品中所有含碳有機化合物的方法，廣泛應用于質控、生產及相關醫藥生產設備的清潔驗證等。國際協調會議（ICH）在 美國FDA（CDER & CBER2）的協助下，于1996 年創建了指導文件Q2B：分析步驟的驗證。具體到藥廠水系統，就是如何應用這些程序和步驟，以驗證TOC方法在清潔驗證中的有效性。
TOC測定技術之間最主要的不同點有，最初購買價格，消耗品花費（紫外燈，載氣，試劑），維護和人工（準備試劑，更換催化劑，維修氣體發生器，校正的時間）以及實驗室
或在線分析的適應性（符合FDA，LIMS/PLC 通訊，周圍條件等）。USP/EP的方法中沒有指定用實驗室法還是在線法，所以使用者應選擇最適合自己需要的。
不同技術和分析方法的檢測限會不同，但都必須符合合適藥典的系統適應性和TOC檢測精度的要求。比如，USP要求最小檢測限是50ppb。每種技術的分析時間可以從3～30min不等。校正要求也不同，從每日到每年都有，校正可能是在用戶處可完成，也可能需要送回原廠或者由受訓過的人員完成。最重要的差別在于操作費用和停機時間。
大部分用來進行實驗室分析的水樣都含有溶解的CO2。為了準確的測定TOC，要使得IC在整個信號中的貢獻量最小化。如果IC的存在對樣品的測定不利，IC可通過對水樣抽真空，吹氮氣，或加酸來去除。上述方法不是必需的，除非TOC很低，IC很高。而在大容量制藥供水中的初始IC濃度一般較低，除非樣品暴露在空氣中，通常不需要去除IC，就能準確測定TOC。FDA既沒有批準也沒有不批準儀器的各種選擇。FDA僅僅是需要用戶確認他們的水純凈，依照使用的目的，不斷地符合強制的限值要求。
為了在線測量TOC（例如不把樣品帶到實驗室），可以在水系統上接出清潔管路，將水流導入TOC儀器的進口處。當儀器不再使用時需要適當除去樣品線逆流的死角。安裝一個連續的旁路或單向閥可預防逆流。
