1. TOC 的背景知识和检测的重要性
TOC概念
1．水中有4种基本类型的污染物
无机物: 离子/导电的
有机物: 非离子状态/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来反映其含量？
无机物由电导率法来测定。电导率并不能反映出有机物和微生物等的含量。较低电导率的水中可能含有较高的有机物(反之亦然)。
有机物，微生物，以及部门微粒，通过检测TOC来反映
3．TOC概念
英文Total Organic Carbon，中文总有机碳
微生物超标纠正标准是指微生物污染达到某一数值，表明注射用水系统已经偏离了正常运行的条件，应采取纠偏措施，使系统回到正常的运行状态。 “热原”通常是由细菌产生的，是那些能致热的微生物的代谢产物，以“细菌内霉素”指标来表示。大多数细菌和许多霉菌都能产生热，致热能力最强的是革兰阴性杆菌的产物。微生物代谢产物中的内毒素是造成热原反应的最主要因素。细菌内毒素耐热性强，其尺寸大小约在 1 － 50μm 之间，故可通过一般滤器进入滤液中，但能被活性炭、硅藻土滤器等吸附。热原本身不挥发，但能在蒸馏时被汽化的水滴带入蒸馏水中。总有机碳 TOC=TC( 总碳 ) － IC （无机碳）。
总有机碳的指标在一定意义上说明的是对水污染的监控。各种有机污染物，微生物及细菌内毒素经过催化氧化后变成二氧化碳，进而改变水的电导，电导的数据又转换成总有机碳
的量。如果总有机碳控制在一个较低的水平上，意味着水中有机物、微生物及细菌内毒素的污染处于较好的受控状态。这也是一些验证资料中将总有机碳作为验证项目的重要原因。
4．TOC的来源
有机碳进入水系统有几个途径。最常见的是从原水中带进的。TOC的主要来源是生物物质，例如：动植物的腐烂，细菌活动，动物的排泄物。这些生物物质都会通过渗透入水井或溢流进湖泊和河流后进入市政自来水的水源。这些含TOC的产品的合成物分子量从低到高都有，低分子量的有甲醇，高分子量的有多环物质。有机物的另一个来源是工业废水，杀虫剂，除草剂，化学品。这些化合物的威力相当高，会引起严重的健康问题。在当地环保局和卫生局的指导下，大部分TOC通过净化方法可以从原水中除去。饮用水的标准就是制药进水的标准。所有的药典均要求大容量制药用水净化都要以饮用水的标准作为起点。一般来讲，饮用水的TOC限值比制药用水的要高出10～20倍。
其他的TOC是制药厂本身产生的。意外的TOC的进入是通过操作员的失误或水系统的降级而发生的。操作员的失误是无法预料的意外事故，诸如打开错误的阀门等，TOC的进入还可能是由设计或流程的缺点引起的，诸如用消毒剂搽拭滴漏处后的残留。水系统的降级可能是因为水净化系统中的塑料容器和树脂材料被击穿了。另外，系统的故障也会增加TOC；例如RO和CDI膜上的孔出现问题。内毒素， USP/EP定义的另一个进行独立强制测试的实体，也是有机物。要确保去除内毒素是因为它会导致发热反应。内毒素通常由进行卫生处理和杀灭水系统中滋生的细菌污染引起。细菌的污染，在某种程度上，存在于所有水系统，细菌的抑制会使TOC变大。不管TOC是何种来源，都需要在制药用水系统中对TOC进行适当的测定，监控和控制。
5．TOC的去除
降低水中TOC浓度可通过预处理床，过滤或TOC降解装置来进行。一些有效的过滤方法包括碳床，溶媒过滤和反渗透膜过滤。在使用碳床过滤时，TOC可能和碳分子发生了反应，也可能渗入碳床了。由于大多数TOC是非离子状态。通过离子交换树脂去除TOC时，首先
要将TOC离子化。当TOC被氧化成其他形态时就变成离子形态。这些离子可通过电子的或固定的离子交换树脂去除。目前主要有两种TOC降解装置在应用：UV和臭氧氧化法。在TOC降解方法中，通过氧化使TOC变成CO2，然后经排气过滤器或脱气从系统析出。在新的千年，大部分安装的制药用水系统，操作时一般能达到TOC低于100ppb，且大多低于30ppb。
6．没有检测TOC会有什么后果？
a. 不知道药品已受污染，以及不知道什么原因和什么时候受到污染
b. 系统的过滤装置需要更换而不知道
c. 管路设计上存在死角兹长微生物而不知道
d. 引入新杂质不能通过验证
2. USP、EP及ChP对制药用水TOC和电导率检测的规范和要求
纯化水欧、美、中现行药典规定对比表
| 中国药典（ 2010 版） | 欧洲药典 | 美国药典 |
来源 | 本品为饮用水经蒸馏法、离子交换法、反渗透法或其他适宜的方法制得的制药用水，不 含任何添加。 | 由符合法定标准的饮用水经蒸馏、离子交换或其它适宜方法制得 | 由符合美国环境保护协会或欧共体或日本法定要求的饮用水经适宜方法制得 |
性状 | 无色澄明液体、无臭，无味 | 无色澄明液体，无臭，无味 | / |
酸碱度 | 符合规定 | / | / |
氨 | 0.3μg/ml | / | / |
硝酸盐 | 0.06μg/ml | 0.2μg/ml | / |
重金属 | 0.5μg/ml | 0.1μg/ml | / |
铝盐 | 供透析液生产用水需检查 | 用于生产渗析液时方控制此项目 | / |
易氧化物 | 符合规定 | 两者选其一 | 符合规定 | / |
总有机碳 | 不得过0.50mg/L | 0.5mg/L | 0.5mg/L |
电导率 | 应符合规定 4.3μS/cm （ 20 ℃ ）与温度对照 | 4.3μS/cm （ 20 ℃ ） | 符合规定 |
细菌内毒素 | / | 0.25E.U./ml | / |
无菌检查 | / | / | 符合规定 ( 用于制备无菌制剂时控制 ) |
微生物纠偏限度 (action limit) | 100个/ml | 100 个 /ml | 100 个 /ml |
| | | | |
注射水欧、美、中现行药典规定对比表
| 中国药典（2010版） | 欧洲药典 | USP |
来源 | 为纯化水经蒸馏所得的水，应符合细菌内毒素试验要 求 | 为符合法定标准的饮用水或纯水经适当方法蒸馏而得 | 由符合美国环境保护协会或欧共体或日本法定要求的饮用水经蒸馏或反渗透纯化而得 |
性状 | 无色澄明液体，无臭，无味 | 无色澄明液体，无臭，无味 | / |
PH | 5.0~7.0 | / | / |
氨 | 0.2μg/ml | / | / |
硝酸盐 | 0.06μg/mL | 0.2μg/mL | / |
重金属 | 0.5μg/mL | 0.1μg/mL | / |
铝盐 | 供透析液生产用水需检查 | 用于生产渗析液时方控制此项 | / |
易氧化物 | 符合规定 | 符合规定 | / |
总有机碳（TOC） | 0.5mg/L | 0.5mg/L | 0.5mg/L |
电导率 | 符合规定 | 1.1μS/cm（20℃） | 符合规定 |
细菌内毒素 | 0.25E.U./ml | 0.25E.U./ml | 0.25E.U./ml |
微生物纠偏限度(action limit) | 10个/100ml | 10个/100ml | 10个/100ml |
| | | |
1．TOC测定历史
TOC测试是自1998年开始，美国药典（USP）针对制药用水中的注射用水WFI和纯水PW制定的测试要求。在这之前USP标准测试有机物是“难氧化物测试”，利用KMnO4溶液颜色变化的化学反应方法来进行。促进溶液测试方法改变是来自于仪器方法的发展，测试速度和敏感度的改进使利用分析仪器测TOC成为更快更好的方法。在1996年的USP的643章节中TOC和难氧化物测试是可二者选一的，后来从USP23版的附录5变成了规定方法。规定所有的符合USP用水的TOC要小于500ppb或0.5mg/L。
TOC测试也是欧洲药典（EP）和日本药典（JP）对于制药用水的要求。EP要求WFI，PW，和HPW都要测TOC，且结果要小于等于0.5mg/L。JP的TOC测试中对仪器的要求不同于USP和EP。USP和EP对不同仪器方法测TOC没有规定，但JP XIV的第60章规定了测量方法，且包括了TOC分析仪的类型和校正、系统稳定性测试等不同标准。
所有的主要药典认可同样的TOC限值。全球一致的TOC限值和测定将会在全球范围内提高
制药厂的产品质量。中国药典（ChP）和USP一直致力于在TOC上相一致。希望两年内所有的制药用水的TOC和电导检测能够达成一致。有了一致性后，中国制药厂符合一整套标准，在不需要额外药品监管投资下，产品就可以行销全球。
2．TOC的测定
所有的TOC测试技术至少有三个步骤：基线判断，有机物氧化，测定有机产物。基线判断可采用计算法或机械法来进行。基线包含无机碳IC，计算法是指测出无机碳后从总碳TC中减去IC，或者隔离出IC作为起始零点进行调整。基线的机械法建立需要将系统处于真空或气发来产生出低IC背景。基线一旦决定后就能开始氧化了。
氧化可能包括加热，UV照射，化学促进剂，催化剂或使用两个或多个上述方法。所有氧化过程都会产生与水中TOC成比例的CO2。
氧化完成后就可以开始进行检测和计算工作了。可以在原水样品中测量CO2，也可以测从液体中分离出的CO2。一些分离装置包含膜渗透和脱气步骤。溶于水的CO2可用电导率法
检测，气相的CO2可用分光法检测（非分散红外）
根据条件，可用数学算法从TC中减去IC就得到TOC。电导率法测定是由于TOC氧化后产生了CO2，以致水的电导率增加值。
3．不同的TOC测定技术
TOC检测方法是FDA提倡的、用于评估被检水样品中所有含碳有机化合物的方法，广泛应用于质控、生产及相关医药生产设备的清洁验证等。国际协调会议（ICH）在 美国FDA（CDER & CBER2）的协助下，于1996 年创建了指导文件Q2B：分析步骤的验证。具体到药厂水系统，就是如何应用这些程序和步骤，以验证TOC方法在清洁验证中的有效性。
TOC测定技术之间最主要的不同点有，最初购买价格，消耗品花费（紫外灯，载气，试剂），维护和人工（准备试剂，更换催化剂，维修气体发生器，校正的时间）以及实验室
或在线分析的适应性（符合FDA，LIMS/PLC 通讯，周围条件等）。USP/EP的方法中没有指定用实验室法还是在线法，所以使用者应选择最适合自己需要的。
不同技术和分析方法的检测限会不同，但都必须符合合适药典的系统适应性和TOC检测精度的要求。比如，USP要求最小检测限是50ppb。每种技术的分析时间可以从3～30min不等。校正要求也不同，从每日到每年都有，校正可能是在用户处可完成，也可能需要送回原厂或者由受训过的人员完成。最重要的差别在于操作费用和停机时间。
大部分用来进行实验室分析的水样都含有溶解的CO2。为了准确的测定TOC，要使得IC在整个信号中的贡献量最小化。如果IC的存在对样品的测定不利，IC可通过对水样抽真空，吹氮气，或加酸来去除。上述方法不是必需的，除非TOC很低，IC很高。而在大容量制药供水中的初始IC浓度一般较低，除非样品暴露在空气中，通常不需要去除IC，就能准确测定TOC。FDA既没有批准也没有不批准仪器的各种选择。FDA仅仅是需要用户确认他们的水纯净，依照使用的目的，不断地符合强制的限值要求。
为了在线测量TOC（例如不把样品带到实验室），可以在水系统上接出清洁管路，将水流导入TOC仪器的进口处。当仪器不再使用时需要适当除去样品线逆流的死角。安装一个连续的旁路或单向阀可预防逆流。
