在清潔驗證和水純化應用中TOC分析儀所用分析檢測器的比較
確定用于清洗驗證和純化水應用的最佳TOC分析儀，通常會有兩種常用檢測技術(shù)的比較:，NDIR檢測和膜電導率。本研究中，在藥物的應用上，通過使用幾種不同的基質(zhì)和分析物，分析比較這兩種分析檢測技術(shù)。
背景
電導率
TOC分析儀采用直接的電導率檢測器，提供最簡單和最緊湊的設(shè)計應用。電導率法(包括直接電導法和膜電導法)測量樣品氧化前后的電導率。結(jié)果的差異測量歸因于樣品的TOC含量。在樣品氧化階段，形成二氧化碳(CO2)和其他氣體，溶解的二氧化碳形成一種弱酸，從而改變原始樣品的電導率，它與TOC的含量成一定比例。該技術(shù)的成功依賴于樣品基體中只存在二氧化碳的假設(shè)，如果樣品中存在其他化學物質(zhì)，它們單獨的氧化產(chǎn)物可能對實際TOC值產(chǎn)生正干擾或負干擾，從而導致相應的分析誤差。此外，超過50 ppmC的測量值與樣品的TOC并不是均勻成比例的，因此無法實現(xiàn)。最后，電導率補償誤差與溫度和pH值有關(guān)，這也是非常重要的。
膜電導率
另一種利用電導率提高TOC分析準確性的方法是使用疏水氣體滲透膜。這些膜可以讓溶解的二氧化碳氣體有更大的“選擇性”通過，到達用于電導率分析的“零級”水。雖然這種方法解決了某些問題，但膜往往有其自身的局限性。潛在的問題通常包括堵塞、真正的選擇性、微泄漏、流動問題、死點和微生物生長(堵塞)。最令人擔憂的是，在關(guān)鍵應用中，膜容易發(fā)生二次化學反應，導致“假陰性”，這種情況比“假陽性”嚴重得多。因為假陰性可能導致符合清潔驗證標準的錯誤結(jié)論，它們是消費者最大的安全問題。
其他的擔憂包括一旦發(fā)生超負荷的條件，超過儀器的范圍，膜法無法恢復他們的操作性能，恢復通常需要數(shù)小時才能恢復到可靠的服務(wù)和重新校準。pH值的微小變化也是導致不準確的一個眾所周知的因素，它會導致有機物的不完全氧化，從而干擾CO2檢測。
NDIR 檢測器
NDIR探測器使用紅外(IR)能量來檢測二氧化碳的存在。當含有二氧化碳的樣品氣體充滿樣品室時，紅外光束通過樣品室傳輸。通過位于檢測器內(nèi)質(zhì)量流量傳感器連接的前后加壓的池子，光學濾光片只允許預定波長的光從紅外源到達探測器單元，當紅外能量穿過二氧化碳氣體時，會產(chǎn)生獨特的吸收光譜，使二氧化碳有別于其他氣體，為了校準通過樣品室的紅外光并提高光學效率，光源被一個特別的金質(zhì)內(nèi)襯的拋物面反射器組件包裹。
流向檢測池的氣體的任何變化都會單獨改變每個池內(nèi)的壓力。這種壓力差由質(zhì)量流量傳感器檢測，然后發(fā)出與流量大小成比例的電信號。當這種情況發(fā)生時，儀表監(jiān)測器在與發(fā)出的電信號對應的圖形上顯示一個單點(通常以毫伏[mV]為單位)。這個點表示檢測器內(nèi)的二氧化碳在特定時刻的量。隨著時間的推移，測量紅外光的吸附量，樣品氣體流經(jīng)檢測器時，檢測器內(nèi)的二氧化碳量會增加或減少。集合在一起后發(fā)現(xiàn)，繪制的點與傳統(tǒng)的流通池鐘形曲線有關(guān)。二氧化碳樣品的結(jié)果是通過曲線下面積的數(shù)學積分計算出來的。NDIR檢測技術(shù)為TOC分析中CO2的檢測提供了一種更實用、無干擾的方法。通過測量氣相中的二氧化碳，消除了殘留在樣品中的其他化合物的干擾效應。
Figure 3 隨著水樣中疊氮化物量的增加，TOC分析檢測器的比較
Figure 4 隨著水樣中硝酸鹽量的增加，TOC分析檢測器的比較
結(jié)論
對比圖1中0.8%氯化鈉濃度下的鹵水樣品，可以看出NDIR檢測的優(yōu)越性。NDIR檢測器遠遠超過膜電導率檢測分析鹽水的能力。圖2顯示，難以氧化的藥物化合物 (由于它們復雜的分子結(jié)構(gòu)和不同的氮、硫和碳含量) 的比較。如所示，與NDIR檢測器相比，膜電導率檢測器不能有效地回收這些化合物。圖3和圖4表明，隨著氮濃度的增加，樣品中的氮化學物質(zhì) (及其各自的氧化產(chǎn)物) 對膜的電導率TOC回收率有負影響。相比膜電導率技術(shù)，NDIR檢測技術(shù)在所有的化合物分析以及廣泛的水樣品基質(zhì)分析中，表現(xiàn)出優(yōu)越的回收率和精度。
參考文獻
1. Light, T.S.; Kingman, E.A.; Bevilacqua A.C. The Conductivity of Low Concentrations of CO2 Dissolved in Ultrapure Water From 0-100 °C; Paper presented at the 209th American Chemical Society National Meeting, Anaheim, CA, April 2-6, 1995. [Online] http://www.gatewayequipment.com/cond_CO2.pdf (accessed Sept 28, 2017).
2. Wallace, B.; Stevens, R. Evaluating Oxidation and Detection Technologies, Pharmaceutical Formulation. March/April 2004, 76 – 77.
背景
電導率
TOC分析儀采用直接的電導率檢測器，提供最簡單和最緊湊的設(shè)計應用。電導率法(包括直接電導法和膜電導法)測量樣品氧化前后的電導率。結(jié)果的差異測量歸因于樣品的TOC含量。在樣品氧化階段，形成二氧化碳(CO2)和其他氣體，溶解的二氧化碳形成一種弱酸，從而改變原始樣品的電導率，它與TOC的含量成一定比例。該技術(shù)的成功依賴于樣品基體中只存在二氧化碳的假設(shè)，如果樣品中存在其他化學物質(zhì)，它們單獨的氧化產(chǎn)物可能對實際TOC值產(chǎn)生正干擾或負干擾，從而導致相應的分析誤差。此外，超過50 ppmC的測量值與樣品的TOC并不是均勻成比例的，因此無法實現(xiàn)。最后，電導率補償誤差與溫度和pH值有關(guān)，這也是非常重要的。
膜電導率
另一種利用電導率提高TOC分析準確性的方法是使用疏水氣體滲透膜。這些膜可以讓溶解的二氧化碳氣體有更大的“選擇性”通過，到達用于電導率分析的“零級”水。雖然這種方法解決了某些問題，但膜往往有其自身的局限性。潛在的問題通常包括堵塞、真正的選擇性、微泄漏、流動問題、死點和微生物生長(堵塞)。最令人擔憂的是，在關(guān)鍵應用中，膜容易發(fā)生二次化學反應，導致“假陰性”，這種情況比“假陽性”嚴重得多。因為假陰性可能導致符合清潔驗證標準的錯誤結(jié)論，它們是消費者最大的安全問題。
其他的擔憂包括一旦發(fā)生超負荷的條件，超過儀器的范圍，膜法無法恢復他們的操作性能，恢復通常需要數(shù)小時才能恢復到可靠的服務(wù)和重新校準。pH值的微小變化也是導致不準確的一個眾所周知的因素，它會導致有機物的不完全氧化，從而干擾CO2檢測。
NDIR 檢測器
NDIR探測器使用紅外(IR)能量來檢測二氧化碳的存在。當含有二氧化碳的樣品氣體充滿樣品室時，紅外光束通過樣品室傳輸。通過位于檢測器內(nèi)質(zhì)量流量傳感器連接的前后加壓的池子，光學濾光片只允許預定波長的光從紅外源到達探測器單元，當紅外能量穿過二氧化碳氣體時，會產(chǎn)生獨特的吸收光譜，使二氧化碳有別于其他氣體，為了校準通過樣品室的紅外光并提高光學效率，光源被一個特別的金質(zhì)內(nèi)襯的拋物面反射器組件包裹。
流向檢測池的氣體的任何變化都會單獨改變每個池內(nèi)的壓力。這種壓力差由質(zhì)量流量傳感器檢測，然后發(fā)出與流量大小成比例的電信號。當這種情況發(fā)生時，儀表監(jiān)測器在與發(fā)出的電信號對應的圖形上顯示一個單點(通常以毫伏[mV]為單位)。這個點表示檢測器內(nèi)的二氧化碳在特定時刻的量。隨著時間的推移，測量紅外光的吸附量，樣品氣體流經(jīng)檢測器時，檢測器內(nèi)的二氧化碳量會增加或減少。集合在一起后發(fā)現(xiàn)，繪制的點與傳統(tǒng)的流通池鐘形曲線有關(guān)。二氧化碳樣品的結(jié)果是通過曲線下面積的數(shù)學積分計算出來的。NDIR檢測技術(shù)為TOC分析中CO2的檢測提供了一種更實用、無干擾的方法。通過測量氣相中的二氧化碳，消除了殘留在樣品中的其他化合物的干擾效應。
Figure 1 在0.8% NaCl條件下，隨著TOC濃度的增加，兩臺分別采用膜電導率和NDIR檢測技術(shù)的TOC分析儀的比較。在分析之前，每個分析儀都根據(jù)其制造規(guī)格進行校準
Figure 2利用膜電導率與NDIR檢測技術(shù)對比藥物化合物的回收率
Figure 3 隨著水樣中疊氮化物量的增加，TOC分析檢測器的比較
Figure 4 隨著水樣中硝酸鹽量的增加，TOC分析檢測器的比較
結(jié)論
對比圖1中0.8%氯化鈉濃度下的鹵水樣品，可以看出NDIR檢測的優(yōu)越性。NDIR檢測器遠遠超過膜電導率檢測分析鹽水的能力。圖2顯示，難以氧化的藥物化合物 (由于它們復雜的分子結(jié)構(gòu)和不同的氮、硫和碳含量) 的比較。如所示，與NDIR檢測器相比，膜電導率檢測器不能有效地回收這些化合物。圖3和圖4表明，隨著氮濃度的增加，樣品中的氮化學物質(zhì) (及其各自的氧化產(chǎn)物) 對膜的電導率TOC回收率有負影響。相比膜電導率技術(shù)，NDIR檢測技術(shù)在所有的化合物分析以及廣泛的水樣品基質(zhì)分析中，表現(xiàn)出優(yōu)越的回收率和精度。
參考文獻
1. Light, T.S.; Kingman, E.A.; Bevilacqua A.C. The Conductivity of Low Concentrations of CO2 Dissolved in Ultrapure Water From 0-100 °C; Paper presented at the 209th American Chemical Society National Meeting, Anaheim, CA, April 2-6, 1995. [Online] http://www.gatewayequipment.com/cond_CO2.pdf (accessed Sept 28, 2017).
2. Wallace, B.; Stevens, R. Evaluating Oxidation and Detection Technologies, Pharmaceutical Formulation. March/April 2004, 76 – 77.
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