储存条件对总有机碳（TOC）分析校准用蔗糖溶液的影响

郑 蓉

钛和检测认证集团股份有限公司，上海 200060

制药用水中总有机碳（total organic carbon，TOC）测定法是通过检测制药用水所含有机碳的总量来间接控制其有机物含量的一种测定方法。TOC是表示水体有机物总量的综合检测指标，用于反映水中含碳有机物的绝对量，并以此表示水体的有机物污染程度[1-2]。《中国药典2020 年版四部通则0682制药用水中总有机碳测定法》规定供试制药用水的总有机碳浓度应小于等于500 μg/L，用于TOC 检测的质量控制实验用水要求TOC 限值为100 μg/L[3]。

总有机碳分析仪是一种可以快速、准确测定水样总有机碳含量的仪器。该仪器由于具有简单、快速、准确、线性好、灵敏度高、无二次污染等优点，已被广泛应用于地表水、饮用水、海水、水产养殖水、工业用水、制药用水有机物含量的测定过程中，已成为世界上现行水质控制的主要检测手段之一[4-5]。TOC分析仪在经过长期使用后，催化床会钝化导致设备灵敏度下降[6-7]。为了获得可信度较高的测量值，必须按照国家校准规范对仪器进行定期校准，使仪器的各项性能指标均符合相应的要求。分析校准液是检测定值的基础，其准确度会直接影响试验结果；然而，药典方法中并没有具体溶液的配制要求和步骤提示。另外，低浓度蔗糖溶液特别容易受到污染并造成微生物繁殖，国外此类校准液多采用商业化一次性无菌包装，方便在作业现场进行标准化使用。目前，我国还没有建立起生产该类产品的相关工艺标准，同时在实际操作过程中也可能存在配制器皿不统一、储存温度过于随意、保质期参差不齐、浓度梯度线性不达标等情况，易导致校准液定值不准确和结果具有不可重复性，从而直接影响医药用水的质量[8-9]。因此，为了保证测量结果的可靠性和一致性，有必要开发TOC 分析仪校准用的低浓度蔗糖溶液标准物质，实现对不同公司、不同型号总有机碳分析仪检测结果的准确评价与量值溯源。

目前市面上TOC 分析仪系统的适用标准品多为国外品牌，且价格昂贵，在本项目的前期研究中，确定了TOC 分析校准用蔗糖溶液的离子色谱法定值测定方法。经离子色谱法检验，所研制的TOC 分析用低浓度蔗糖溶液均匀性良好，定值结果与配制值具有一致性[10]。为了进一步推动产品商业化，本文通过配制水质、储存容器、储存温度、加速实验和标准曲线组间差异等实验，对分析校准用低浓度蔗糖溶液中的TOC 含量进行了考察，明确了其溶液制备的优化条件和防止污染、延长储存期限的可行方法，以期为后续进行科学生产提供依据和数据支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

蔗糖标准品（纯度≥99.97%，德国Dr.Ehrenstorfergmbh 公司）；Milli-Q 超纯水（电导率值为0.054 8 μS/cm（25 ℃），TOC≤5 μg/L）。采用Milli-Q 超纯水为空白对照和配制试剂。

1.2 仪器与设备

IKA MS3 漩涡混合器（德国IKA 公司）；Milli-Q超纯水仪（美国Millipore 公司）；MS104S 电子天平（万分之一，瑞士梅特勒公司）；Sievers 500RL 总有机碳TOC 分析仪（美国GE 公司）；离子色谱仪配有三元及以上梯度泵，脉冲安培检测器，Au 工作电极（美国赛默飞世尔科技公司）；HWS-150 恒温恒湿箱（上海森信公司）。

1.3 实验方法

1.3.1 样品预处理

根据文献可知，蔗糖分子质量342.3，含碳量为42.11%。蔗糖溶液中TOC 浓度计算式：

式中：ρ 为TOC 浓度，单位mg/L；m 为质量，单位mg；P 为纯度，单位%；ωt为含碳量，单位%。

TOC 质量浓度为50 mg/L 的蔗糖储备液：准确称取干燥恒重蔗糖（P 为99.97%）0.119 1g（准确至0.000 1 g），加Milli-Q 超纯水逐步溶解后，准确定容至1 000 mL，混匀后进行高温灭菌，冷藏保存。

TOC 质量浓度为500 μg/L 的蔗糖工作液：准确量取5 mL 蔗糖储备液置于1 000 mL 的容量瓶中，加入超纯水定容至刻度，混匀后分装。采用离子色谱法对配制值进行验证，以获得量值与配制值一致性良好的样品。进行高温灭菌后，冷藏保存。

1.3.2 水质考察

取500 mL 新鲜蒸馏水、新鲜超纯水样品，放置15 d 的超纯水和高压灭菌后放置15 d 超纯水样品，各6 瓶，置于拧盖广口玻璃瓶中，用离子色谱法检测其TOC 含量。

1.3.3 储存容器考察

室温（25 °C）下，用高压灭菌的超纯水配制TOC质量浓度为250 μg/L、500 μg/L 的蔗糖溶液，以拧盖广口玻璃瓶作为对照，用拧盖聚丙烯瓶（polypropylen，PP）和拧盖聚四氟乙烯（Polytetrafluoroethylene，PTFE）瓶各分装6 瓶，每瓶500 mL，分别在储存0 d、3 d、7 d 后考察，使用TOC 分析仪进行检测。

1.3.3 储存温度考察

取500 mLTOC 质量浓度500 μg/L 的蔗糖溶液，置于拧盖广口玻璃瓶中，分别在4 ℃、20 ℃、25℃、40 ℃的恒温箱内放置，每个温度下各储存6 瓶，分别于0 d、1 d、3 d、7 d、10 d、14 d 后取样检测TOC 含量，将该测定结果与0 d 的测定结果进行比较分析。

1.3.4 长期稳定性实验

将灭菌超纯水配制的TOC 质量浓度为250 μg/L、500 μg/L、2 000 μg/L 的蔗糖溶液分别置于PTFE瓶（n=6）中，样品放置于恒温箱（温度18±2 °C，相对湿度30%～70%）中，于第3、12 个月末随机抽取样品进行测试。按理论值/实测值计算得到日因子。

1.3.5 标准曲线组间差异实验

随机取3 个不同批次拟商业化PTFE 中的蔗糖系列溶液，蔗糖含量分别为2 000 μg/L、1 000 μg/L、750 μg/L、500 μg/L、250 μg/L、0 μg/L，备用。采用TOC 分析仪分别检测，将结果绘制标准曲线。

1.3.6 仪器条件

TOC 分析仪：载气（O2，体积分数99.999%）为150 mL/min，燃烧室温度为680 ℃，取一定体积的样品放入TOC 分析仪自动进样器中，编写好进样序列，仪器自动进行测定，记录相应的TOC 值。取样量为20 mL。

2 结果与分析

2.1 水质考察

用离子色谱法检测在500 mL 拧盖玻璃瓶中加入新鲜蒸馏水、新鲜超纯水、放置15 d 的超纯水和高压灭菌后放置15 d 的超纯水中的TOC 含量，各6瓶，发现玻璃瓶中新鲜蒸馏水的平均TOC 含量为132.11±20.12 μg/L；新鲜超纯水的平均TOC 含量3.25±0.16 μg/L；室温放置15 d 的超纯水的平均TOC 含量为96.75±8.28 μg/L，较新鲜超纯水显著增加；高压灭菌后放置15 d 的超纯水的TOC 含量为3.26±0.37 μg/L，较新鲜超纯水无显著变化。由此可见，新鲜蒸馏水的TOC 含量不达标；而新鲜超纯水的TOC 含量达标，但经过储存后可能会由于细菌易繁殖以及空气中的CO2易溶解于纯水中等原因，导致其TOC 含量明显升高。因此，结合商业化大规模生成需要，拟采用将配制好的低浓度蔗糖溶液高压灭菌后，于无菌条件下迅速封装的工艺。

2.2 储存容器的选择

室温（25 ℃）下，灭菌超纯水配制的TOC 浓度为250 μg/L 和500 μg/L 的样品在不同容器中TOC含量随时间的变化见表1。由表1 可知，PP 瓶内不同浓度蔗糖溶液中TOC 含量在3 d、7 d 时均有不同幅度的增加，其中，TOC 浓度定值为250 μg/L 的样品从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，增幅高达19.6%。PP 瓶超纯水中的TOC 含量在7 d 内增加了约6 倍，表明了容器内壁在储存过程中存在有机物析出的现象。而与广口玻璃瓶对照组相比，PTFE 瓶中超纯水、250 μg/L、500 μg/L 蔗糖溶液中的TOC 含量则无显著变化。由此可见，PTFE 瓶比PP 瓶更不易析出有机物，效果类似于玻璃器皿，能有效减少储存器皿对TOC含量的影响。因此，本实验拟选择PTFE 瓶作为TOC分析校准用低浓度蔗糖溶液储存容器，并进行下一步考察。

表1 储存容器内壁有机物析出性对TOC 含量影响

2.3 储存温度对TOC 含量的影响

以拧盖广口玻璃瓶为储存容器，分别在4 °C、20 °C、25 °C、40 °C 的条件下，将TOC 质量浓度为500 μg/L 的蔗糖溶液储存0 d、1 d、3 d、7 d、10 d、14 d 后，检测TOC 含量随时间的变化情况，结果见图1。结果显示，在4 °C、20 °C 的条件下，样品TOC 含量几乎未发生变化；温度为25～40°C 时，低浓度蔗糖溶液富含养分，较适宜的温度可以促进细菌生长，有机物污染可能会导致溶液中的TOC 含量增加。另一方面，高温40 °C 时，蔗糖溶液总有机碳值会随时间延长而出现波动，导致标准偏差变大。这可能是由于在温度升高后的前1 d，水源中的有机碳在蔗糖溶液中的溶解度随温度升高而降低，逸出率大于溶解率导致TOC 含量减小。由此可见，4～20°C 的储存条件可以有效减弱溶解率的变化率，抑制细菌繁殖，保证低浓度蔗糖溶液中TOC 含量的稳定性。

图1 储存温度对TOC 质量浓度为500 μg/L 蔗糖溶液的稳定性影响

2.4 长期稳定性试验

将250 μg/L、500 μg/L、2 000 μg/L 的蔗糖溶液置于恒温箱（n=6）中，于第6、12 个月后进行检测。其中TOC 含量250 μg/L 的检测结果分别为250.00±0.32 μg/L 和251.00±0.62 μg/L，日因子在0.99～1.00 之间；TOC 含量500 μg/L 的检测结果分别为500.00±0.63 μg/L 和505.00±1.21 μg/L，日因子在0.98～1.00 之间；TOC 含量2 000 μg/L 的检测结果分别为2 003.00±1.66 μg/L 和2 008.00±3.59μg/L，日因子维持在1 左右。长期稳定性试验结果表明，在温度为6±2 °C，相对湿度为30%～70%的条件下，将模拟商业化样品保存12 个月后，日因子变化范围较小，TOC 含量变化不明显。

2.5 标准曲线组间差异实验

为了提高现场采样的工作效率，预先配制不同批次蔗糖梯度的系列溶液，进行批次间的稳定性对比分析，并以此考察商业化标准曲线系列溶液的可行性。实验中随机取3 个不同批次拟商业化PTFE中的蔗糖系列溶液，TOC 定值含量为2 000 μg/L、1 000 μg/L、750 μg/L、500 μg/L、250 μg/L、0 μg/L。绘制的3 条标准曲线的斜率及截距见表2，经t 检验不存在显著性差异。实验数据表明，在本实验室环境下，为不同批次浓度为0～2 000 μg/L 的拟商业化蔗糖溶液绘制标准曲线，具有较好的重现性和稳定性。

表2 批间标准曲线斜率和截距

3 讨论与结论

本文通过考察不同储存条件下蔗糖校准液中TOC 变化的试验结果，阐明拟商业化TOC 分析校准溶液的最佳配制工艺为以经高压灭菌的超纯水为溶剂；以拧盖PTFE 广口瓶作为储存容器，储存最佳温度为4～20 ℃。于冰箱冷藏（温度6±2 °C，相对湿度30%～70%）保存12 个月，TOC 含量无显著变化。使用相同方法储存TOC 质量浓度为0～2 000 μg/L 的低浓度蔗糖溶液，不同批次间的标准曲线具有较好的重现性和稳定性。通过对实验结果进行数据分析和阐述，本研究力求为改进生产工艺，控制分析校准用低浓度蔗糖中的TOC 含量提供科学依据和数据支持，而推动医药用水质量安全保障工作的发展与革新。