儲存條件對總有機(jī)碳（TOC）分析校準(zhǔn)用蔗糖溶液的影響

鄭 蓉

鈦和檢測認(rèn)證集團(tuán)股份有限公司，上海 200060

制藥用水中總有機(jī)碳（total organic carbon，TOC）測定法是通過檢測制藥用水所含有機(jī)碳的總量來間接控制其有機(jī)物含量的一種測定方法。TOC是表示水體有機(jī)物總量的綜合檢測指標(biāo)，用于反映水中含碳有機(jī)物的絕對量，并以此表示水體的有機(jī)物污染程度[1-2]。《中國藥典2020 年版四部通則0682制藥用水中總有機(jī)碳測定法》規(guī)定供試制藥用水的總有機(jī)碳濃度應(yīng)小于等于500 μg/L，用于TOC 檢測的質(zhì)量控制實驗用水要求TOC 限值為100 μg/L[3]。

總有機(jī)碳分析儀是一種可以快速、準(zhǔn)確測定水樣總有機(jī)碳含量的儀器。該儀器由于具有簡單、快速、準(zhǔn)確、線性好、靈敏度高、無二次污染等優(yōu)點，已被廣泛應(yīng)用于地表水、飲用水、海水、水產(chǎn)養(yǎng)殖水、工業(yè)用水、制藥用水有機(jī)物含量的測定過程中，已成為世界上現(xiàn)行水質(zhì)控制的主要檢測手段之一[4-5]。TOC分析儀在經(jīng)過長期使用后，催化床會鈍化導(dǎo)致設(shè)備靈敏度下降[6-7]。為了獲得可信度較高的測量值，必須按照國家校準(zhǔn)規(guī)范對儀器進(jìn)行定期校準(zhǔn)，使儀器的各項性能指標(biāo)均符合相應(yīng)的要求。分析校準(zhǔn)液是檢測定值的基礎(chǔ)，其準(zhǔn)確度會直接影響試驗結(jié)果；然而，藥典方法中并沒有具體溶液的配制要求和步驟提示。另外，低濃度蔗糖溶液特別容易受到污染并造成微生物繁殖，國外此類校準(zhǔn)液多采用商業(yè)化一次性無菌包裝，方便在作業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化使用。目前，我國還沒有建立起生產(chǎn)該類產(chǎn)品的相關(guān)工藝標(biāo)準(zhǔn)，同時在實際操作過程中也可能存在配制器皿不統(tǒng)一、儲存溫度過于隨意、保質(zhì)期參差不齊、濃度梯度線性不達(dá)標(biāo)等情況，易導(dǎo)致校準(zhǔn)液定值不準(zhǔn)確和結(jié)果具有不可重復(fù)性，從而直接影響醫(yī)藥用水的質(zhì)量[8-9]。因此，為了保證測量結(jié)果的可靠性和一致性，有必要開發(fā)TOC 分析儀校準(zhǔn)用的低濃度蔗糖溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，實現(xiàn)對不同公司、不同型號總有機(jī)碳分析儀檢測結(jié)果的準(zhǔn)確評價與量值溯源。

目前市面上TOC 分析儀系統(tǒng)的適用標(biāo)準(zhǔn)品多為國外品牌，且價格昂貴，在本項目的前期研究中，確定了TOC 分析校準(zhǔn)用蔗糖溶液的離子色譜法定值測定方法。經(jīng)離子色譜法檢驗，所研制的TOC 分析用低濃度蔗糖溶液均勻性良好，定值結(jié)果與配制值具有一致性[10]。為了進(jìn)一步推動產(chǎn)品商業(yè)化，本文通過配制水質(zhì)、儲存容器、儲存溫度、加速實驗和標(biāo)準(zhǔn)曲線組間差異等實驗，對分析校準(zhǔn)用低濃度蔗糖溶液中的TOC 含量進(jìn)行了考察，明確了其溶液制備的優(yōu)化條件和防止污染、延長儲存期限的可行方法，以期為后續(xù)進(jìn)行科學(xué)生產(chǎn)提供依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

蔗糖標(biāo)準(zhǔn)品（純度≥99.97%，德國Dr.Ehrenstorfergmbh 公司）；Milli-Q 超純水（電導(dǎo)率值為0.054 8 μS/cm（25 ℃），TOC≤5 μg/L）。采用Milli-Q 超純水為空白對照和配制試劑。

1.2 儀器與設(shè)備

IKA MS3 漩渦混合器（德國IKA 公司）；Milli-Q超純水儀（美國Millipore 公司）；MS104S 電子天平（萬分之一，瑞士梅特勒公司）；Sievers 500RL 總有機(jī)碳TOC 分析儀（美國GE 公司）；離子色譜儀配有三元及以上梯度泵，脈沖安培檢測器，Au 工作電極（美國賽默飛世爾科技公司）；HWS-150 恒溫恒濕箱（上海森信公司）。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品預(yù)處理

根據(jù)文獻(xiàn)可知，蔗糖分子質(zhì)量342.3，含碳量為42.11%。蔗糖溶液中TOC 濃度計算式：

式中：ρ 為TOC 濃度，單位mg/L；m 為質(zhì)量，單位mg；P 為純度，單位%；ωt為含碳量，單位%。

TOC 質(zhì)量濃度為50 mg/L 的蔗糖儲備液：準(zhǔn)確稱取干燥恒重蔗糖（P 為99.97%）0.119 1g（準(zhǔn)確至0.000 1 g），加Milli-Q 超純水逐步溶解后，準(zhǔn)確定容至1 000 mL，混勻后進(jìn)行高溫滅菌，冷藏保存。

TOC 質(zhì)量濃度為500 μg/L 的蔗糖工作液：準(zhǔn)確量取5 mL 蔗糖儲備液置于1 000 mL 的容量瓶中，加入超純水定容至刻度，混勻后分裝。采用離子色譜法對配制值進(jìn)行驗證，以獲得量值與配制值一致性良好的樣品。進(jìn)行高溫滅菌后，冷藏保存。

1.3.2 水質(zhì)考察

取500 mL 新鮮蒸餾水、新鮮超純水樣品，放置15 d 的超純水和高壓滅菌后放置15 d 超純水樣品，各6 瓶，置于擰蓋廣口玻璃瓶中，用離子色譜法檢測其TOC 含量。

1.3.3 儲存容器考察

室溫（25 °C）下，用高壓滅菌的超純水配制TOC質(zhì)量濃度為250 μg/L、500 μg/L 的蔗糖溶液，以擰蓋廣口玻璃瓶作為對照，用擰蓋聚丙烯瓶（polypropylen，PP）和擰蓋聚四氟乙烯（Polytetrafluoroethylene，PTFE）瓶各分裝6 瓶，每瓶500 mL，分別在儲存0 d、3 d、7 d 后考察，使用TOC 分析儀進(jìn)行檢測。

1.3.3 儲存溫度考察

取500 mLTOC 質(zhì)量濃度500 μg/L 的蔗糖溶液，置于擰蓋廣口玻璃瓶中，分別在4 ℃、20 ℃、25℃、40 ℃的恒溫箱內(nèi)放置，每個溫度下各儲存6 瓶，分別于0 d、1 d、3 d、7 d、10 d、14 d 后取樣檢測TOC 含量，將該測定結(jié)果與0 d 的測定結(jié)果進(jìn)行比較分析。

1.3.4 長期穩(wěn)定性實驗

將滅菌超純水配制的TOC 質(zhì)量濃度為250 μg/L、500 μg/L、2 000 μg/L 的蔗糖溶液分別置于PTFE瓶（n=6）中，樣品放置于恒溫箱（溫度18±2 °C，相對濕度30%～70%）中，于第3、12 個月末隨機(jī)抽取樣品進(jìn)行測試。按理論值/實測值計算得到日因子。

1.3.5 標(biāo)準(zhǔn)曲線組間差異實驗

隨機(jī)取3 個不同批次擬商業(yè)化PTFE 中的蔗糖系列溶液，蔗糖含量分別為2 000 μg/L、1 000 μg/L、750 μg/L、500 μg/L、250 μg/L、0 μg/L，備用。采用TOC 分析儀分別檢測，將結(jié)果繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.3.6 儀器條件

TOC 分析儀：載氣（O2，體積分?jǐn)?shù)99.999%）為150 mL/min，燃燒室溫度為680 ℃，取一定體積的樣品放入TOC 分析儀自動進(jìn)樣器中，編寫好進(jìn)樣序列，儀器自動進(jìn)行測定，記錄相應(yīng)的TOC 值。取樣量為20 mL。

2 結(jié)果與分析

2.1 水質(zhì)考察

用離子色譜法檢測在500 mL 擰蓋玻璃瓶中加入新鮮蒸餾水、新鮮超純水、放置15 d 的超純水和高壓滅菌后放置15 d 的超純水中的TOC 含量，各6瓶，發(fā)現(xiàn)玻璃瓶中新鮮蒸餾水的平均TOC 含量為132.11±20.12 μg/L；新鮮超純水的平均TOC 含量3.25±0.16 μg/L；室溫放置15 d 的超純水的平均TOC 含量為96.75±8.28 μg/L，較新鮮超純水顯著增加；高壓滅菌后放置15 d 的超純水的TOC 含量為3.26±0.37 μg/L，較新鮮超純水無顯著變化。由此可見，新鮮蒸餾水的TOC 含量不達(dá)標(biāo)；而新鮮超純水的TOC 含量達(dá)標(biāo)，但經(jīng)過儲存后可能會由于細(xì)菌易繁殖以及空氣中的CO2易溶解于純水中等原因，導(dǎo)致其TOC 含量明顯升高。因此，結(jié)合商業(yè)化大規(guī)模生成需要，擬采用將配制好的低濃度蔗糖溶液高壓滅菌后，于無菌條件下迅速封裝的工藝。

2.2 儲存容器的選擇

室溫（25 ℃）下，滅菌超純水配制的TOC 濃度為250 μg/L 和500 μg/L 的樣品在不同容器中TOC含量隨時間的變化見表1。由表1 可知，PP 瓶內(nèi)不同濃度蔗糖溶液中TOC 含量在3 d、7 d 時均有不同幅度的增加，其中，TOC 濃度定值為250 μg/L 的樣品從255.0±1.11 μg/L 增加到280.2±2.32 μg/L，之后又增加到311.1±3.29 μg/L，增幅高達(dá)19.6%。PP 瓶超純水中的TOC 含量在7 d 內(nèi)增加了約6 倍，表明了容器內(nèi)壁在儲存過程中存在有機(jī)物析出的現(xiàn)象。而與廣口玻璃瓶對照組相比，PTFE 瓶中超純水、250 μg/L、500 μg/L 蔗糖溶液中的TOC 含量則無顯著變化。由此可見，PTFE 瓶比PP 瓶更不易析出有機(jī)物，效果類似于玻璃器皿，能有效減少儲存器皿對TOC含量的影響。因此，本實驗擬選擇PTFE 瓶作為TOC分析校準(zhǔn)用低濃度蔗糖溶液儲存容器，并進(jìn)行下一步考察。

表1 儲存容器內(nèi)壁有機(jī)物析出性對TOC 含量影響

2.3 儲存溫度對TOC 含量的影響

以擰蓋廣口玻璃瓶為儲存容器，分別在4 °C、20 °C、25 °C、40 °C 的條件下，將TOC 質(zhì)量濃度為500 μg/L 的蔗糖溶液儲存0 d、1 d、3 d、7 d、10 d、14 d 后，檢測TOC 含量隨時間的變化情況，結(jié)果見圖1。結(jié)果顯示，在4 °C、20 °C 的條件下，樣品TOC 含量幾乎未發(fā)生變化；溫度為25～40°C 時，低濃度蔗糖溶液富含養(yǎng)分，較適宜的溫度可以促進(jìn)細(xì)菌生長，有機(jī)物污染可能會導(dǎo)致溶液中的TOC 含量增加。另一方面，高溫40 °C 時，蔗糖溶液總有機(jī)碳值會隨時間延長而出現(xiàn)波動，導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)偏差變大。這可能是由于在溫度升高后的前1 d，水源中的有機(jī)碳在蔗糖溶液中的溶解度隨溫度升高而降低，逸出率大于溶解率導(dǎo)致TOC 含量減小。由此可見，4～20°C 的儲存條件可以有效減弱溶解率的變化率，抑制細(xì)菌繁殖，保證低濃度蔗糖溶液中TOC 含量的穩(wěn)定性。

圖1 儲存溫度對TOC 質(zhì)量濃度為500 μg/L 蔗糖溶液的穩(wěn)定性影響

2.4 長期穩(wěn)定性試驗

將250 μg/L、500 μg/L、2 000 μg/L 的蔗糖溶液置于恒溫箱（n=6）中，于第6、12 個月后進(jìn)行檢測。其中TOC 含量250 μg/L 的檢測結(jié)果分別為250.00±0.32 μg/L 和251.00±0.62 μg/L，日因子在0.99～1.00 之間；TOC 含量500 μg/L 的檢測結(jié)果分別為500.00±0.63 μg/L 和505.00±1.21 μg/L，日因子在0.98～1.00 之間；TOC 含量2 000 μg/L 的檢測結(jié)果分別為2 003.00±1.66 μg/L 和2 008.00±3.59μg/L，日因子維持在1 左右。長期穩(wěn)定性試驗結(jié)果表明，在溫度為6±2 °C，相對濕度為30%～70%的條件下，將模擬商業(yè)化樣品保存12 個月后，日因子變化范圍較小，TOC 含量變化不明顯。

2.5 標(biāo)準(zhǔn)曲線組間差異實驗

為了提高現(xiàn)場采樣的工作效率，預(yù)先配制不同批次蔗糖梯度的系列溶液，進(jìn)行批次間的穩(wěn)定性對比分析，并以此考察商業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)曲線系列溶液的可行性。實驗中隨機(jī)取3 個不同批次擬商業(yè)化PTFE中的蔗糖系列溶液，TOC 定值含量為2 000 μg/L、1 000 μg/L、750 μg/L、500 μg/L、250 μg/L、0 μg/L。繪制的3 條標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率及截距見表2，經(jīng)t 檢驗不存在顯著性差異。實驗數(shù)據(jù)表明，在本實驗室環(huán)境下，為不同批次濃度為0～2 000 μg/L 的擬商業(yè)化蔗糖溶液繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，具有較好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性。

表2 批間標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率和截距

3 討論與結(jié)論

本文通過考察不同儲存條件下蔗糖校準(zhǔn)液中TOC 變化的試驗結(jié)果，闡明擬商業(yè)化TOC 分析校準(zhǔn)溶液的最佳配制工藝為以經(jīng)高壓滅菌的超純水為溶劑；以擰蓋PTFE 廣口瓶作為儲存容器，儲存最佳溫度為4～20 ℃。于冰箱冷藏（溫度6±2 °C，相對濕度30%～70%）保存12 個月，TOC 含量無顯著變化。使用相同方法儲存TOC 質(zhì)量濃度為0～2 000 μg/L 的低濃度蔗糖溶液，不同批次間的標(biāo)準(zhǔn)曲線具有較好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性。通過對實驗結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和闡述，本研究力求為改進(jìn)生產(chǎn)工藝，控制分析校準(zhǔn)用低濃度蔗糖中的TOC 含量提供科學(xué)依據(jù)和數(shù)據(jù)支持，而推動醫(yī)藥用水質(zhì)量安全保障工作的發(fā)展與革新。