分析STERIS清洁剂中的非导电性有机化合物的TOC

研究目的

本研究旨在证明 Sievers*M9 TOC 分析仪能够通过分析 TOC 浓度来有效检测和量化思泰瑞生命科学公司（STERIS Life Sciences）生产的清洁剂中的非导电性化合物的含量。

背景信息

很多行业在转换产品之前都会用思泰瑞清洁剂来清洗生产设备。在清洁验证时，必须确定生产设备的Z 后冲洗液中没有残留的清洁剂或药物。残留的清洁剂、污染物、或其它化合物既可能是有机物，也可能是无机物，而在检测有机物和无机物时需要采用不同的分析方法。人们用电导率来检测普通清洁剂，但残留的清洁剂中常有痕量的有机物，而人们无法用电导率来检测有机物。如果不能将生产设备清洗干净，就会影响产品质量。因此，检测清洁剂中残留的碳污垢，就成为综合评估清洁工艺的重要环节。本研究中的 M9 分析仪数据表明，TOC 分析能用来有效地检测导电性和非导电性有机化合物，对评估清洁工艺起到了补充作用。

样品制备

选择思泰瑞生命科学公司生产的以下 4 种清洁剂，进行初步比对和分析：

• CIP 100（基本清洁剂）

• CIP 220（酸性清洁剂）

• ProKlenz NpH（中性清洁剂）

• Spor-Klenz RTU（酸性清洁剂）

将以上各种清洁剂稀释到 0.01％，然后确定其碳含量（质量比）。基于稀释到 0.01％的清洁剂溶液所提供的碳含量，分别将各清洁剂制备成 5 ppm TOC 溶液。向 5 ppm TOC 清洁剂溶液中分别加入 1 ppm、10 ppm、25 ppm、50 ppm 的非导电性有机化合物，再用 Sievers M9 分析仪分析其 TOC 和电导率。所有清洁剂溶液均在干净的低 TOC 玻璃器皿中制备，然后立即移到 Sievers 认证的电导率和 TOC 双用途（DUCT）样品瓶中。 M9 分析仪的自动加试剂功能（Autoreagent）能够确定分析所需的Z佳试剂流量。对所有样品重复测量 5 次，不舍弃任何一次测量结果。

CIP 100 分析

TOC 回收率：添加 KHP 的 5 ppm CIP 100

电导率回收率：添加 KHP 的 5 ppm CIP 100

CIP 220 分析

TOC 回收率：添加蔗糖的 5 ppm CIP 220

电导率回收率：添加蔗糖的 5 ppm CIP 220

ProKlenz NpH 分析

电导率回收率：添加蔗糖的 5 ppm ProKlenz NpH

Spor-Klenz RTU 分析

TOC回收率：添加蔗糖的 5 ppm  Spor-Klenz RTU

电导率回收率：添加蔗糖的 5 ppm  Spor-Klenz RTU

总结

• 对于以上 4 种情况，在 0.5 - 20 ppm 范围内，残留清洁剂和有机混合物的 TOC 响应都是线性的。

• 在相同的 TOC 范围内，关于来自非导电性有机化合物对电导率的影响，正如预期，电导率响应是水平的。

• 在 1.5 - 150 μS/cm 范围内，电导率能有效检测清洁剂，却无法检测非导电性有机污垢。

• 清洁剂基体不会妨碍痕量 TOC 的检测。

结论

在清洁验证时，电导率用来检测残留的清洁剂，但本研究中的数据表明，如果仅用电导率来评估对有机碳的清洁程 度，则远远不够。尤其是当生产设备上沾有非导电性有机化合物时，如果仅靠电导率来评估清洁程度，就会使人们误以为生产设备很干净。TOC 分析能有效地检测导电性和非导电性有机化合物，对评估清洁工艺起到补充作用，因此用 TOC 和电导率双管齐下就能克服上述局限性。Sievers M9 分析仪能够同时测量 TOC 和电导率，提供准确和精确的有机和无机污染物信息，作为全面评估清洁工艺的依据。

研究目的

本研究旨在证明Sievers® M9 TOC分析仪能够通过分析TOC浓度来有效检测和量化STERIS生命科学公司（STERIS Life Sciences）生产的清洁剂中的非导电性化合物的含量。

背景信息

很多行业在转换产品之前都会用STERIS清洁剂来清洗生产设备。在清洁验证时，必须确定生产设备的最 后冲洗液中没有残留的清洁剂或药物。残留的清洁剂、污染物、或其它化合物既可能是有机物，也可能是无机物，而在检测有机物和无机物时，需要采用不同的分析方法。人们用电导率来检测普通清洁剂，但残留的清洁剂中常有痕量的有机物，而人们无法用电导率来检测有机物。如果不能将生产设备清洗干净，就会影响产品质量。因此，检测清洁剂中残留的碳污垢，就成为综合评估清洁工艺的重要环节。本研究中的M9 分析仪数据表明，TOC分析能用来有效地检测导电性和非导电性有机化合物，对评估清洁工艺起到了补充作用。

样品制备

选择STERIS生命科学公司生产的以下4种清洁剂，进行初步比对和分析：

CIP 100（基本清洁剂）

CIP 220（酸性清洁剂）

ProKlenz NpH（中性清洁剂）

Spor-Klenz RTU（酸性清洁剂）

将以上各种清洁剂稀释到0.01%，然后确定其碳含量（质量比）。基于稀释到0.01%的清洁剂溶液所提供的碳含量，分别将各清洁剂制备成5 ppm TOC溶液。向5 ppm TOC清洁剂溶液中分别加入1 ppm、10 ppm、25 ppm 、 50 ppm的非导电性有机化合物，再用Sievers M9分析仪分析其TOC和电导率。所有清洁剂溶液均在干净的低TOC玻璃器皿中制备，然后立即移到Sievers认证的电导率和TOC双用途（DUCT）样品瓶中。M9分析仪的自动加试剂功能（Autoreagent）能够确定分析所需的最 佳试剂流量。对所有样品重复测量5次，不舍弃任何一次测量结果。

CIP 100分析

CIP 220分析

ProKlenz NpH分析

Spor-Klenz RTU分析

总结

对于以上4种情况，在0.5 - 20 ppm范围内，残留清洁剂和有机混合物的TOC响应都是线性的。

在相同的TOC范围内，关于来自非导电性有机化合物对电导率的影响，正如预期，电导率响应是水平的。

在1.5 - 150 μS/cm范围内，电导率能有效检测清洁剂，却无法检测非导电性有机污垢。

清洁剂基体不会妨碍痕量TOC的检测。

结论

在清洁验证时，电导率用来检测残留的清洁剂，但本研究中的数据表明，如果仅用电导率来评估对有机碳的清洁程度，则远远不够。尤其是当生产设备上沾有非导电性有机化合物时，如果仅靠电导率来评估清洁程度，就会使人们误以为生产设备很干净。TOC分析能有效地检测导电性和非导电性有机化合物，对评估清洁工艺起到补充作用，因此用TOC和电导率双管齐下就能克服上述局限性。Sievers M9分析仪能够同时测量TOC和电导率，提供准确和精确的有机和无机污染物信息，作为全面评估清洁工艺的依据。

研究目的 

       本研究旨在证明 Sievers* M9 TOC 分析仪能够通过分析 TOC 浓度来有效检测和量化思泰瑞生命科学公司（STERIS  Life Sciences）生产的清洁剂中的非导电性化合物的含量。 

背景信息 

       很多行业在转换产品之前都会用思泰瑞清洁剂来清洗生产设备。在清洁验证时，必须确定生产设备的Z后冲洗液中 没有残留的清洁剂或药物。残留的清洁剂、污染物、或其它化合物既可能是有机物，也可能是无机物，而在检测有 机物和无机物时，需要采用不同的分析方法。人们用电导率来检测普通清洁剂，但残留的清洁剂中常有痕量的有机 物，而人们无法用电导率来检测有机物。如果不能将生产设备清洗干净，就会影响产品质量。因此，检测清洁剂中 残留的碳污垢，就成为综合评估清洁工艺的重要环节。本研究中的 M9 分析仪数据表明，TOC 分析能用来有效地检 测导电性和非导电性有机化合物，对评估清洁工艺起到了补充作用。 

样品制备 

       选择思泰瑞生命科学公司生产的以下 4 种清洁剂，进行初步比对和分析：

• CIP 100（基本清洁剂） 

• CIP 220（酸性清洁剂） 

• ProKlenz NpH（中性清洁剂） 

• Spor-Klenz RTU（酸性清洁剂）

       将以上各种清洁剂稀释到 0.01％，然后确定其碳含量（质量比）。基于稀释到 0.01％的清洁剂溶液所提供的碳含量， 分别将各清洁剂制备成 5 ppm TOC 溶液。向 5 ppm TOC 清洁剂溶液中分别加入 1 ppm、10 ppm、25 ppm、50  ppm 的非导电性有机化合物，再用 Sievers M9 分析仪分析其 TOC 和电导率。所有清洁剂溶液均在干净的低 TOC 玻璃器皿中制备，然后立即移到 Sievers 认证的电导率和 TOC 双用途（DUCT）样品瓶中。 M9 分析仪的自动加试剂 功能（Autoreagent）能够确定分析所需的Z佳试剂流量。对所有样品重复测量 5 次，不舍弃任何一次测量结果。

CIP 100 分析

CIP 220 分析

ProKlenz NpH 分析

Spor-Klenz RTU 分析

总结 

• 对于以上 4 种情况，在 0.5 - 20 ppm 范围内，残留清洁剂和有机混合物的 TOC 响应都是线性的。 

• 在相同的 TOC 范围内，关于来自非导电性有机化合物对电导率的影响，正如预期，电导率响应是水平的。 

• 在 1.5 - 150 μS/cm 范围内，电导率能有效检测清洁剂，却无法检测非导电性有机污垢。 

• 清洁剂基体不会妨碍痕量 TOC 的检测。 

结论 

在清洁验证时，电导率用来检测残留的清洁剂，但本研究中的数据表明，如果仅用电导率来评估对有机碳的清洁程度，则远远不够。尤其是当生产设备上沾有非导电性有机化合物时，如果仅靠电导率来评估清洁程度，就会使人们 误以为生产设备很干净。TOC 分析能有效地检测导电性和非导电性有机化合物，对评估清洁工艺起到补充作用，因此用 TOC 和电导率双管齐下就能克服上述局限性。Sievers M9 分析仪能够同时测量 TOC 和电导率，提供准确和精确的有机和无机污染物信息，作为全面评估清洁工艺的依据。

挑战 

很多工艺使用无机酸作为重要原料。在确定特定应用的 适用性时，尤其是在确定该应用对工艺和产品的影响时， 准确评估酸的质量是至关重要的。 

酸中的可溶性杂质会影响生产工艺和产品质量。过量的有机污染物带来以下问题：

- 生产工艺效率低下 

- 产品被污染 

- 生产批次不合格 

- 工艺和产品偏差

化工行业都需要确定和控制无机酸的质量。这些行业包 括：原料药物（ API ， Active Pharmaceutical  Ingredient）、化肥、半导体加工、化学衍生物。酸用 于离子交换树脂再生，也可以是产品配方的原料。

在半导体行业中，硫酸用于晶圆蚀刻工艺。酸的纯度和 洁净度对生产至关重要，这就要求硫酸供应商对产品批 次进行污染控制，以满足工艺要求。很多行业在电镀工 艺中使用硫酸铜。为了提高化学品的性能，生产商添加 有机基体的匀染剂和增白剂。了解添加剂的用量及其潜 在的分解物，有助于控制产品质量和工艺。

解决方案

由于有机污染物的种类繁多，用总有机碳（TOC，Total  Organic Carbon）作为评估酸质量的参数不失为测量样 品杂质的有效方法。但是，分析仪器必须具有酸基体的 化学耐受性，并能在低 pH 值下有效氧化有机碳，这样才能得到正确的测量结果。

Sievers InnovOx ES 实验室型 TOC 分析仪采用超临界水 氧化（SCWO，Supercritical Water Oxidation）技术来 测量酸溶液中的 TOC 的 ppm 和 ppb 含量。事实证明，SCWO 技术能够对磷酸、盐酸、硝酸、硫酸进行精 准 的 TOC 定量分析。

技术

Sievers InnovOx 实验室型分析仪采用 SCWO 技术， 将有机碳分子氧化成CO2，然后用非分散红外 （NDIR，Non-dispersive Infrared）检测技术进行精 确定量。在使用 SCWO 技术时，先在水的临界点以上 对样品进行加热和加压。在一定条件下（375˚C 和 220 巴），水成为超临界流体，水中的有机物高度可 溶，而无机盐不溶。这就提高了氧化效率，能够精确 测量腐蚀性和复杂基质中的 TOC，甚至浓酸中的 TOC。

硫酸中含有来自其自身生产过程的各种杂质，包括有 机污染物。这些污染物即使含量极低，也会给要求使 用高纯度原料的工艺带来风险，尤其是给半导体和电 化学沉积工艺带来风险。因此，为了优化工艺操作、 提供产量，必须对酸的质量进行定量分析。

硫酸（H2SO4）

在测试中，向 H2SO4 中加入不同浓度的邻苯二甲酸氢 钾（KHP），以此来评估 Sievers InnovOx 实验室型 分析仪的分析硫酸中 TOC 的能力。将 96%浓度的 ACS 级硫酸稀释到 24%，然后分别加入 0.2、0.5 和 2  ppm TOC 的 KHP，进而证明了分析仪的分析能力。

分析在 0 - 100 ppm 范围内进行，由于样品的 pH 值 适用于 TOC 分析，故无需使用酸剂。10%过硫酸钠氧 化剂足以分析此范围的 TOC。

表 1 中的分析数据包括加标浓度、测自空白 24%硫酸 溶液的 TOC、实测 TOC、以及回收 TOC 的含量和百分比。回收的 TOC 值等于实测 TOC 减去空白 TOC。

表中的数据证明了分析仪能够定量分析浓酸溶液中的 低浓度 TOC。当 TOC 从 2 ppm 降至 0.2 ppm 时，回收率百分比就会从 偏离，这主要是因为加标浓度（200 ppb）接近空白浓度（180 ppb）。在这种低浓 度下，空白浓度或仪器基线的波动会导致结果的波动。

表 1：在 24% H2SO4中的 TOC 分析

第二项测试分析了各种浓度硫酸的 TOC 回收率。将 1  ppm TOC 的 KHP 分别加到 1、5、10 和 24%的 H2SO4中， 测量数据如表 2 所示。回收的 TOC 值等于实测 TOC 减 去空白 TOC。

表 2：1 - 24% H2SO4的 KHP 回收率

5 - 24% H2SO4的 1 ppm TOC 回收率非常好， 但 1%  H2SO4的 TOC 回收率就偏离了 45%。 当 TOC 浓度接近 空白 TOC 浓度时，空白测量值的波动会显著影响到计 算的 TOC 结果。

测试还评估了 Sievers InnovOx 实验室型分析仪分析 24% ACS 级硫酸中 0.1 - 0.5 ppm 范围 TOC 的能力。分 别将 100、200、300 ppb KHP 加到 ACS 级硫酸中，测 量结果如表 3 所示。

表 3：24% H2SO4的低于 500 ppb 的 KHP 回收率

测量结果显示了预期的增长趋势。100 ppb 加标显示 了 50 ppb 的增长，200 ppb 加标显示了 120 ppb 的增 长，300 ppb 加标显示了 230 ppb 的增长。显然，分 析仪能够检测出 410 ppb 基线上的 50 ppb 的增长， 这表明分析仪的灵敏度完全适用于分析如此低的浓度。 对硫酸进行高灵敏度分析的限制因素是基体中的基线 TOC。同任何其它分析一样，基线值附近的结果容易 变化。人们都知道，H2SO4的纯度低于同样浓度的其 它无机酸（如 HCl、HNO3等）的纯度，因此不难预料， 纯品 H2SO4中含有一定量的有机杂质。

结论 

Sievers InnovOx 实验室型分析仪能够精 准地测量出浓度Z 高为 24%的硫酸中的 TOC。 Z 高 2 ppm KHP 的 实测回收率具有出色的精确性和准确性。空白测量值 的大小和稳定性是对 H2SO4进行高灵敏度 TOC 分析的 限制因素。分析仪的灵敏度（检测限 LOD = 水中的 50 ppb）足以区分 100、200 和 300 ppb TOC。分析仪 在整个测试过程中表现出极 佳的耐用性，且能耐受 H2SO4基质，无降解迹象。

啤酒中的化合物环糊精分析

Cyclodextrin-Encapsulated Flavour Compounds in Beer

Conditions
Column: ACE 3 C18
Dimensions: 150 x 4.0 mm
Part Number: ACE-111-1504
Mobile Phase: 0.1% phosphoric acid in MeOH/H2O (53:47 v/v)
Flow Rate: 0.5 mL/min
Injection: 20 μL
Temperature: 35 °C
Detection: UV, 225 nm

啤酒中的化合物环糊精分析

挑战 

       在许多工业过程中，硝酸等无机酸被用作原料或成分。在确定这些酸是否适用于生产时，质量评估手 段起关键作用。 

       无机酸溶液中的可溶性杂质会给生产过程和产品造成损害。微量的有机物杂质是可以接受的，但过量 的有机污染物会导致以下问题： 

- 生产过程受到干扰或生产停顿 

- 产品污染 

- 生产批次不合格 

- 生产过程和产品质量不稳定 

       这些挑战导致产品质量降低、生产效率低下、设备 损坏、产品潜在的降解或损失。 

       化工行业需要监测无机酸原料和成分的质量，以确保其符合生产标准。这些行业应用包括：原料药 （API，Active Pharmaceutical Ingredient）、化肥、 化学衍生物等生产行业。现行的有机物监测方法均 采用耗时的、劳动密集型的分析技术，无法帮助企业进行快速决策，监测方法也达不到可接受的精确度。

解决方案 

       测量总有机碳（TOC，Total Organic Carbon）是测量样品中杂质的有效方法，是一种简单的、非特定的、适用范围广的有机污染物测量方法。 

      为了提供稳定可靠的测量结果，有机物监测工具必须对酸性基体有化学耐受性，并能够在低 pH 值下GX地氧化有机碳，以获得有效的、可接受的、可操作的测量结果。

      Sievers InnovOx ES 实验室型 TOC 分析仪采用超 临界水氧化 （ SCWO ， Supercritical Water  Oxidation）技术，能够测量酸溶液中的 TOC。分析仪的分析时间为 15 - 30 分钟，具体时间取决于所选的操作模式（TOC 或 NPOC）和所选的分析任务。 

       用 Sievers InnovOx ES 实验室型 TOC 分析仪测量含有 100 ppm TOC 蔗糖的 6N (26.5%) HNO₃样品溶液中的 TOC 值。上述酸浓度和有机物的预期含量通常在 API、化肥、化学衍生物行业中都有需要。 

       由于 pH 值较低，无机碳（IC，Inorganic Carbon） 的预期含量也较低，因此无需在不可去除有机碳 （NPOC，Non-purgeable Organic Carbon）模式下吹扫样品。 

       在运行样品之前，先从仪器中取出酸剂，代之以去离子水。用去离子水替换酸剂之后，至少进行 10 次冲洗，确保仪器中没有残留酸剂（先前使 用 3N HCl）。 在 NPOC 模式下，用 Sievers 自动进样器对 20 个样品进行 2 次运行分析。每次运行之后，用 8 个样品瓶去离子水冲洗掉仪器中的 HNO₃。结果 见表 1，其中 σ 是标准偏差，RSD 是相对标准偏差。

表 1：6N HNO₃样品的 NPOC 和 TOC 结果

结论 

       Sievers InnovOx ES 实验室型 TOC 分析仪能够准确地、精确地测量 6N HNO₃中的 100 ppm TOC。 运行这些样品的建议模式是 NPOC，无需吹扫样品， 使用 10-15％的氧化剂。在分析 6N HNO₃样品之后， 请务必用去离子水漂洗仪器，以尽量减小仪器损坏的可能。 

建议 

       Sievers InnovOx ES 实验室型 TOC 分析仪非常适合上述应用。如果使用以下附件和配置，分析仪的 性能就可以进一步加强。可选的空气过滤器可以让分析仪使用环境空气来代替加压氮气或仪表空气作为载气。 

       此外，Sievers 自动进样器Z多可以使用 120 个 35 ml 样品管，或者 63 个 40 ml 或 60 ml 样品瓶。建议使用可选的搅拌站和清洗台，以保持样品的均匀性，并且每天清洗自动进样器的针。 

       请务必使用带隔片并经过 TOC 测量认证的玻璃样瓶。经过认证的样瓶能够大大减少来自样品容器的污染，样瓶的隔片能够在分析过程中保持良好的密封。请勿使用塑料容器，因为塑料会向样品中释放有机物。Sievers 提供各种类型的样瓶。 

       请及时维护和更换分析仪的部件（例如管子），确保分析仪在应用中达到Z佳性能。