介紹 

       美國藥典 USP <645> 要求報告制YY水的電導(dǎo)率。要求用校準的儀器準確測量制YY水的電導(dǎo)率，電導(dǎo)率必須符合 USP <645> 規(guī)定的規(guī)格和操作參數(shù)。 

       配置了樣品電導(dǎo)率檢測功能的 Sievers* M9 總有機碳 （TOC）分析儀可以同時報告階段 1 電導(dǎo)率和 TOC。 M9 分析儀完全符合 USP <643> 和 <645> 規(guī)則要求。請 在以下文獻中查看對 M9 分析儀的詳細分析及其如何符 合上述兩種規(guī)則的要求：白皮書“電導(dǎo)率、溫度依賴性 和 Sievers M9 分析儀 （ Electrical Conductivity,  Temperature Dependence, and the Sievers M9  Analyzer）”；應(yīng)用文獻“Sievers 精益實驗室：在實驗室 同時測量制YY水的階段 1 電導(dǎo)率和 TOC（Sievers  Lean Lab: Simultaneous Stage 1 Conductivity and TOC  Lab Testing of Pharmaceutical Water）”。1,2 

       USP <645> 規(guī)定的在 25°C 下的階段 1 電導(dǎo)率限值為 1.3  μS/cm。在如此低的電導(dǎo)率水平下，很難確認電導(dǎo)計和探頭或在線測量裝置的性能。低電導(dǎo)率的樣品和標樣容易被容器或空氣中的二氧化碳所污染，污染物會溶解到樣品中，并在樣品中分解。 

       為了避免對低濃度標樣所受污染進行不必要的調(diào)查，同時確保電導(dǎo)率測量的可靠性和準確性，本應(yīng)用文獻中的研究證明了 M9 分析儀在低電導(dǎo)率下的線性。而對于較 高的電導(dǎo)率來說，可以在日常分析中確認儀器的性能。

M9 分析儀在低電導(dǎo)率下的線性 

       蘇伊士公司進行了以下研究，證明了 Sievers M9 TOC 分析儀在測量樣品電導(dǎo)率時的線性和準確性，特別是在低電導(dǎo)率下測量樣品電導(dǎo)率的線性和準確性。

       在 Sievers “電導(dǎo)率和 TOC 兩用樣瓶（DUCT，Dual  Use Conductivity & TOC）” 中，用高純度的去離子水將市面上買得到的 100 μS/cm 氯化鈉（NaCl）標樣 稀釋至 9 種不同濃度。Sievers DUCT 樣瓶帶有ZL的內(nèi)涂層，可防止通過浸出或吸收，對電導(dǎo)率和 TOC 造成影響。 

       測量結(jié)果如圖 1 和圖 2 所示。所有數(shù)據(jù)均經(jīng)空白矯正， 且溫度補償至 25°C。圖 2 具體顯示了低于 10 μS/cm 的電導(dǎo)率測量值，表明了 M9 分析儀在低電導(dǎo)率水平 下的線性和準確性。

圖 1：1 至 100 μS/cm 的實測與預(yù)期的電導(dǎo)率比較

圖 2：1 至 10 μS/cm 的實測與預(yù)期的電導(dǎo)率比較

結(jié)論 

       研究結(jié)果表明了 Sievers M9 TOC 分析儀在很寬的電導(dǎo) 率動態(tài)范圍內(nèi)的樣品電導(dǎo)率測量的高準確性和線性。因 此，用戶可以用 M9 分析儀來測量階段 1 樣品電導(dǎo)率以 達到 USP <645> 要求，即使在低電導(dǎo)率水平下也可以放 心使用 M9 分析儀。 

       研究證明了 M9 分析儀對 10 μS/cm 以下的樣品電導(dǎo)率 的測量具有高線性度和準確性，而對于較高電導(dǎo)率水平 （如 25 μS/cm）來說，可以對 M9 分析儀的電導(dǎo)率準確 性進行日常確認，以Z大限度減少確認標樣污染造成的影響。 

       使用 Sievers M9 分析儀來同時測量 TOC 和電導(dǎo)率，可 以簡化實驗室流程，幫助公司能夠提高工作效率。

介紹

美國藥典USP <645>要求報告制藥 用水的電導(dǎo)率。要求用校準的儀器準確測量制藥 用水的電導(dǎo)率，電導(dǎo)率必須符合USP <645>規(guī)定的規(guī)格和操作參數(shù)。

配置了樣品電導(dǎo)率檢測功能的Sievers? M9總有機碳（TOC）分析儀可以同時報告階段1電導(dǎo)率和TOC。M9分析儀完全符合USP <643>和<645>規(guī)則要求。

USP <645>規(guī)定的在25°C下的階段1電導(dǎo)率限值為1.3 μS/cm。在如此低的電導(dǎo)率水平下，很難確認電導(dǎo)計和探頭或在線測量裝置的性能。低電導(dǎo)率的樣品和標樣容易被容器或空氣中的二氧化碳所污染，污染物會溶解到樣品中，并在樣品中分解。

為了避免對低濃度標樣所受污染進行不必要的調(diào)查，同時確保電導(dǎo)率測量的可靠性和準確性，本文中的研究證明了M9分析儀在低電導(dǎo)率下的線性。而對于較高的電導(dǎo)率來說，可以在日常分析中確認儀器的性能。

M9 分析儀在低電導(dǎo)率下的線性

Sievers分析儀進行了以下研究，證明了Sievers M9 TOC分析儀在測量樣品電導(dǎo)率時的線性和準確性，特別是在低電導(dǎo)率下測量樣品電導(dǎo)率的線性和準確性。

在Sievers“電導(dǎo)率和TOC兩用樣品瓶（DUCT，Dual Use Conductivity & TOC）”中，用高純度的去離子水將市面上買得到的100 μS/cm氯化鈉（NaCl）標樣稀釋至9種不同濃度。Sievers DUCT樣品瓶帶有專 利的內(nèi)涂層，可防止通過浸出或吸收，對電導(dǎo)率和TOC造成影響。

測量結(jié)果如圖1和圖2所示。所有數(shù)據(jù)均經(jīng)空白矯正，且溫度補償至25°C。圖2具體顯示了低于10 μS/cm的電導(dǎo)率測量值，表明了M9分析儀在低電導(dǎo)率水平下的線性和準確性。

圖1：1至100 μS/cm的實測與預(yù)期的電導(dǎo)率比較

圖2：1至10 μS/cm的實測與預(yù)期的電導(dǎo)率比較

結(jié)論

研究結(jié)果表明了Sievers M9 TOC分析儀在很寬的電導(dǎo)率動態(tài)范圍內(nèi)的樣品電導(dǎo)率測量的高準確性和線性。

因此，用戶可以用M9分析儀來測量階段1樣品電導(dǎo)率以達到USP <645>要求，即使在低電導(dǎo)率水平下也可以放心使用M9分析儀。

研究證明了M9分析儀對10 μS/cm以下的樣品電導(dǎo)率的測量具有高線性度和準確性，而對于較高電導(dǎo)率水平（如25 μS/cm）來說，可以對M9分析儀的電導(dǎo)率準確性進行日常確認，以最 大限度減少確認標樣污染造成的影響。

使用Sievers M9分析儀來同時測量TOC和電導(dǎo)率，可以簡化實驗室流程，幫助公司能夠提高工作效率。

介紹 

       美國藥典 USP <645> 要求報告制YY水的電導(dǎo)率。要求用校準的儀器準確測量制YY水的電導(dǎo)率，電導(dǎo)率必須符合 USP <645> 規(guī)定的規(guī)格和操作參數(shù)。 

       配置了樣品電導(dǎo)率檢測功能的 Sievers* M9 總有機碳 （TOC）分析儀可以同時報告階段 1 電導(dǎo)率和 TOC。 M9 分析儀完全符合 USP <643> 和 <645> 規(guī)則要求。請在以下文獻中查看對 M9 分析儀的詳細分析及其如何符合上述兩種規(guī)則的要求：白皮書“電導(dǎo)率、溫度依賴性和 Sievers M9 分 析 儀 （ Electrical Conductivity,  Temperature Dependence, and the Sievers M9  Analyzer）”；應(yīng)用文獻“Sievers 精益實驗室：在實驗室同時測量制YY水的階段 1 電導(dǎo)率和 TOC（Sievers  Lean Lab: Simultaneous Stage 1 Conductivity and TOC  Lab Testing of Pharmaceutical Water）”。1,2

       USP <645> 規(guī)定的在 25°C 下的階段 1 電導(dǎo)率限值為 1.3  μS/cm。在如此低的電導(dǎo)率水平下，很難確認電導(dǎo)計和探頭或在線測量裝置的性能。低電導(dǎo)率的樣品和標樣容易被容器或空氣中的二氧化碳所污染，污染物會溶解到樣品中，并在樣品中分解。    

       為了避免對低濃度標樣所受污染進行不必要的調(diào)查，同時確保電導(dǎo)率測量的可靠性和準確性，本應(yīng)用文獻中的研究證明了 M9 分析儀在低電導(dǎo)率下的線性。而對于較高的電導(dǎo)率來說，可以在日常分析中確認儀器的性能。

M9 分析儀在低電導(dǎo)率下的線性 

       蘇伊士公司進行了以下研究，證明了 Sievers M9 TOC 分析儀在測量樣品電導(dǎo)率時的線性和準確性，特別是在低電導(dǎo)率下測量樣品電導(dǎo)率的線性和準確性。

       在Sievers “電導(dǎo)率和 TOC 兩用樣瓶（DUCT，Dual  Use Conductivity & TOC）” 中，用高純度的去離子水將市面上買得到的 100 μS/cm 氯化鈉（NaCl）標樣 稀釋至 9 種不同濃度。Sievers DUCT 樣瓶帶有ZL的 內(nèi)涂層，可防止通過浸出或吸收，對電導(dǎo)率和 TOC 造 成影響。 測量結(jié)果如圖 1 和圖 2 所示。所有數(shù)據(jù)均經(jīng)空白矯正， 且溫度補償至 25°C。圖 2 具體顯示了低于 10 μS/cm 的電導(dǎo)率測量值，表明了 M9 分析儀在低電導(dǎo)率水平下的線性和準確性。

圖 1：1 至 100 μS/cm 的實測與預(yù)期的電導(dǎo)率比較

圖 2：1 至 10 μS/cm 的實測與預(yù)期的電導(dǎo)率比較

結(jié)論 

       研究結(jié)果表明了 Sievers M9 TOC 分析儀在很寬的電導(dǎo)率動態(tài)范圍內(nèi)的樣品電導(dǎo)率測量的高準確性和線性。因此，用戶可以用 M9 分析儀來測量階段 1 樣品電導(dǎo)率以 達到 USP <645> 要求，即使在低電導(dǎo)率水平下也可以放心使用 M9 分析儀。 

       研究證明了 M9 分析儀對 10 μS/cm 以下的樣品電導(dǎo)率 的測量具有高線性度和準確性，而對于較高電導(dǎo)率水平 （如 25 μS/cm）來說，可以對 M9 分析儀的電導(dǎo)率準確 性進行日常確認，以Z大限度減少確認標樣污染造成的影響。 

       使用 Sievers M9 分析儀來同時測量 TOC 和電導(dǎo)率，可以簡化實驗室流程，幫助公司能夠提高工作效率。

參考文獻 

1.Electrical Conductivity, Temperature Dependence, and M9 Analyzer, 300  00322, 2016. Retrieved Dec. 20, 2016, from  https://geinstruments.com/down-media?f_id=42654 

2. Sievers Lean Lab: Simultaneous Stage 1 Conductivity and TOC Lab Testing of Pharmaceutical Water, 300 40030, 2018. Retrieved Mar. 14, 2018,  from https://geinstruments.com/down-media?f_id=43067

目的

本研究證明 Sievers* M9 TOC 分析儀能夠通過測量總有機碳（TOC）和電導(dǎo)率來檢測和定量分析殘留的微量 0.2M NaOH（一種常用清洗劑）。

背景信息

稀 NaOH 溶液是制藥業(yè)中常用的基本清潔劑，用于在轉(zhuǎn)換產(chǎn)品前清洗生產(chǎn)設(shè)備。在進行清潔驗證時，必須確定設(shè)備的Z 后沖洗液中是否有殘留的清潔劑。NaOH 分子本身不含碳，因而不產(chǎn)生 TOC 信號，但我們可以通過測量電導(dǎo)率來有效地檢測 NaOH。NaOH 常伴隨有痕量的有機碳，我們無法通過測量電導(dǎo)率來檢測這些有機碳。如果不能清除這些有機碳，就會影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此檢測 NaOH 中的碳污染，能夠提高清潔工藝的驗證效率。本研究中的數(shù)據(jù)表明，可以用 Sievers M9 分析儀來有效地測量 NaOH 的 TOC 和電導(dǎo)率。

實驗測試計劃

對酸化的 0.2M NaOH 溶液（pH 值為 1.68）的初步分析結(jié)果顯示，0.2M NaOH 含有約 2.8％（質(zhì)量百分比）的碳。對未酸化的 0.2M NaOH 的分析結(jié)果顯示，其電導(dǎo)率為 3.4 μS/cm。使用上述碳含量和電導(dǎo)率的分析數(shù)據(jù)，來完成以下測試步驟。

用 M9 分析儀測量 TOC

向 0.5 ppm 0.2M NaOH 儲備溶液中分別加入 4 種濃度的 KHP 溶液（KHP 濃度分別為 0.5 ppm、1 ppm、5 ppm、20 ppm），得到不同 TOC 濃度的溶液，用于 Sievers M9 分析儀的測試。KHP 溶液由 20,000 ppm 儲備溶液制成。0.5 ppm 0.2M NaOH 溶液的含碳量為 2.8％（質(zhì)量百分比），來自酸化的 0.2M NaOH。M9 分析儀的自動加試劑功能（AutoReagent）能夠自動確定分析所需的Z佳試劑流量。當運行未知 TOC 濃度的樣品時（例如進行清潔驗證時），自動加試劑功能能夠節(jié)省操作時間。表 1 列出了在本研究中進行 TOC 分析時所采用的Z佳試劑流量。

用 M9 分析儀測量電導(dǎo)率 

用 20 μS/cm 儲備溶液制成 4 種電導(dǎo)率濃度的 0.2M NaOH 溶液。使用 20 μS/cm 電導(dǎo)率儲備溶液，基于非酸化的 0.2M NaOH 電導(dǎo)率 3.4 μS/cm 基礎(chǔ)之上，使用 0.2M NaOH 溶液稀釋至 0.1%（質(zhì)量比）配制而成。所有的 0.2M  NaOH 溶液均在干凈的低 TOC 玻璃器皿中制備，然后立即移到 Sievers 認證的 TOC 樣品瓶（認證 TOC 小于 10 ppb） 中進行分析。對所有樣品重復(fù)測量 4 次，不舍棄任何測量結(jié)果。

表 1：TOC 分析的Z佳試劑流量

測試設(shè)備

? Sievers M9 實驗室型 TOC 分析儀，序列號：1401-0043

? Sievers 自動進樣器，序列號：09040005

? DataPro2 軟件

校準和確認

TOC 校準

用標準的多點系統(tǒng)任務(wù)來校準 Sievers M9 分析儀。表 2 列出了校準數(shù)據(jù)。校準包括 TC 和 IC 通道。校準參數(shù)在設(shè)定值內(nèi)。R2為 1.0，表示校準在預(yù)期范圍內(nèi)是線性的。

表 2：0 - 50 ppm 校準的結(jié)果

TOC 確認

用蔗糖來確認 2 ppm 處的校準。表 3 列出了確認結(jié)果。

表 3：校準后對 2 ppm TOC KHP 標樣測量的結(jié)果

結(jié)果和討論

表 4 列出了將不同濃度的 KHP 加入 0.5 ppm 0.2M NaOH 溶液中的 TOC 測量值，圖 1 是線性回歸結(jié)果。

表 4：0.5 ppm 0.2M NaOH 和 0.5、1、5、20 ppm KHP 的 TOC 測量結(jié)果

加入 KHP 的 NaOH 的 TOC 回收率

圖 1：TOC 與 0.2M NaOH/KHP 濃度的線性回歸結(jié)果

加入 KHP 的 0.2M NaOH 的 TOC 回收率在 0.5 – 20 ppm 濃度范圍內(nèi)是高度線性的（R2= 0.9996）。0.5 ppm 0.2M NaOH 的 TOC 為 582 ± 13 ppb，是 Sievers M9 分析儀的 0.03 ppb 檢測限的 16,000 倍以上。這些數(shù)據(jù)表明，痕量的0.2M NaOH 不會影響 Sievers M9 分析儀準確和精確地檢測有機碳。表 5 列出了 0.5 - 20 μS/cm 范圍內(nèi) NaOH 的電導(dǎo)率測量結(jié)果，圖 2 是線性回歸結(jié)果。

表 5：0.5 – 20 μS/cm 0.2M NaOH 的電導(dǎo)率測量結(jié)果

圖 2：電導(dǎo)率與 0.2M NaOH 濃度的線性回歸結(jié)果

0.2M NaOH 的電導(dǎo)率在 0.5 - 20 μS/cm 范圍內(nèi)是高度線性的（R2= 0.999）。0.5 μS/cm 0.2M NaOH 的電導(dǎo)率為 0.1 ± 0.02 μS/cm，是 Sievers M9 分析儀的 0.01 μS/cm 檢測限的 10 倍以上。因此可以用 Sievers M9 分析儀通過測量電導(dǎo)率來準確、精確地檢測 0.2M NaOH。

結(jié)論

同時測量電導(dǎo)率和 TOC 的能力使得 Sievers M9 分析儀能夠在清潔驗證時有效地檢測出殘留的清潔劑。Sievers M9的電導(dǎo)率功能可以檢測到大于 0.5 μS/cm 的 NaOH（是一種市售的堿性清潔劑）。當痕量的 0.2M NaOH 中的 KHP濃度范圍是 0.5 - 20 ppm 時，TOC 響應(yīng)為線性（R2= 0.9996），表明 NaOH 基質(zhì)效應(yīng)對 TOC 測量的影響微乎其微。

由于 NaOH 分子本身不含有機碳，無法通過測量 TOC 來檢測痕量的 0.2M NaOH，但同時測量 TOC 和電導(dǎo)率就能夠準確了解沖洗液中是否含有污染物和化合物。因此在驗證清潔工藝時，具有電導(dǎo)率功能的 Sievers M9 分析儀是測量無機離子和有機化合物的Z佳儀器。

背景

       美國田納西河谷管理局（TVA，Tennessee Valley Authority）所屬的艾倫聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠（Allen Combined Cycle Plant）位于田納西州孟菲斯市近郊，艾倫發(fā)電廠是田納西河谷管理局的第七家聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠。發(fā)電廠于2018年新增2臺天然氣輪機（每臺33萬千瓦）、1臺燃燒蒸汽輪機（42萬千瓦）、以及3000塊太陽能板（約1千千瓦）。發(fā)電廠的總發(fā)電量超過100萬千瓦，為50多萬戶家庭供電。

       艾倫發(fā)電廠的前身是擁有55年歷史和三個燃煤機組的艾倫化石燃料發(fā)電廠。天然氣發(fā)電的排放很低，艾倫發(fā)電廠于2018年成為管理局的最GX的天然氣發(fā)電廠1。在發(fā)電高峰時段2，發(fā)電廠每天要用7—10百萬加侖（約26500—38000 m3/天）的水來冷卻冷凝器。由于在生產(chǎn)效率和資產(chǎn)優(yōu)化方面有較高要求，發(fā)電廠難以承受因停機而造成重大經(jīng)濟損失，因此采用了總有機碳（TOC，Total Organic Carbon）監(jiān)測法來預(yù)防因乙二醇（glycol）泄漏而導(dǎo)致停機，造成高昂損失。

挑戰(zhàn)

      艾倫發(fā)電廠的鍋爐給水系統(tǒng)的設(shè)計與管理局的其它兩家發(fā)電廠的鍋爐給水系統(tǒng)的設(shè)計相同。去年，這三家發(fā)電廠的閉環(huán)冷卻水系統(tǒng)都發(fā)生了乙二醇泄漏，不得不停產(chǎn)維修，以維護設(shè)備安全。艾倫發(fā)電廠尋求建立一種更積極主動的監(jiān)測工藝來避免再度發(fā)生此類停產(chǎn)維修。

      艾倫發(fā)電廠的技術(shù)人員檢查了冷卻水回路，測試了冷凝水和加有冷卻水（約含35％乙二醇）的冷凝水。測試結(jié)果表明，污染是由泄漏到鍋爐給水泵中的少量乙二醇引起。泄漏的原因有以下兩條，都涉及到密封不良：

01、當發(fā)電設(shè)備不運行而閉環(huán)冷卻水系統(tǒng)正常運行時，冷卻水與鍋爐給水泵之間有約150 PSI的壓力差。如果給水泵的密封不良，就會導(dǎo)致乙二醇泄漏。

02、當發(fā)電設(shè)備運行時，如果給水泵的密封不良，也會導(dǎo)致乙二醇泄漏。

       發(fā)電廠只有迅速確定停機的根本原因，才能盡快恢復(fù)生產(chǎn)，降低經(jīng)濟損失。

       乙二醇在室溫和正常壓力下為非離子狀態(tài)，因此無法用pH值或電導(dǎo)率等傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)來檢測乙二醇泄漏。但當給水進入低壓（70—80 PSI）、中壓（300—350 PSI）和高壓（1600—1800 PSI）桶之后，水中的乙二醇會氧化成乙酸等有害的有機酸，使水的pH值從10迅速降到5。隨著水從液體變?yōu)檎羝?，低pH值的環(huán)境會使金屬呈熔融狀態(tài)，使管道壁被腐蝕變薄。低pH值甚至還能在24至48小時內(nèi)使管道壁穿孔，造成更嚴重的管道破損。艾倫發(fā)電廠在調(diào)查鍋爐事故時，最初以為需要幾加侖的乙二醇才能造成這樣的鍋爐損壞，但實際上只需半升乙二醇就能造成發(fā)電廠停產(chǎn)（見圖1，1加侖約為3.79升）。

圖1. 左側(cè)為最初估計的導(dǎo)致設(shè)備損壞和pH值偏移所需的乙二醇量，右側(cè)為實際上能造成發(fā)電廠停產(chǎn)和管道老化的乙二醇量。

      停產(chǎn)會給發(fā)電廠帶來重大經(jīng)濟損失。管理局估計，停產(chǎn)5天的經(jīng)濟損失高達170萬美元。沒有蒸汽就無法發(fā)電，因此艾倫發(fā)電廠用一臺燃氣輪機作為備用，以減少停機損失。如果沒有備用輪機，管理局的發(fā)電廠可能會面臨500萬美元以上的停產(chǎn)損失，具體損失金額取決于當時的發(fā)電量需求。此外，設(shè)備損壞還會使發(fā)電設(shè)施加速老化，從而進一步加大損失。

解決方案

       艾倫發(fā)電廠采用TOC分析法來測量有機污染物，TOC分析法是一種能夠快速、準確、可靠地檢測乙二醇泄漏的取樣工藝。TOC濃度與泄漏的乙二醇濃度呈正比線性關(guān)系，因此可以用TOC來檢測超純給水中的微量乙二醇，如圖2a所示。在開始TOC監(jiān)測之前，管理局進行了一系列測試，以確定能觸發(fā)TOC響應(yīng)的加標乙二醇濃度（見圖2b）。

圖2

（a）蘇伊士WTS分析儀器實驗室先前完成的測量結(jié)果，以及在寬濃度范圍內(nèi)回收率大于97％的乙二醇（ethylene glycol）測量結(jié)果。

（b）管理局用丙二醇（propylene glycol）進行的類似測量結(jié)果。

       此時用正常測量值的基線與峰值結(jié)果相比較來定義行動限。測試結(jié)果表明，僅幾盎司乙二醇的泄漏就會產(chǎn)生400—700 ppb的TOC結(jié)果。在正常情況下，純冷凝水中的TOC濃度應(yīng)低于100 ppb，通常在20 ppb附近。

       TOC分析儀將有機化合物氧化成CO2，并測量所產(chǎn)生的CO2。有多種方法可以用來進行氧化和檢測，而艾倫發(fā)電廠采用膜電導(dǎo)檢測和紫外過硫酸鹽氧化法。這種TOC方法被廣泛用于飲用水處理、制藥、半導(dǎo)體等行業(yè)的從原水到超純水的監(jiān)測。

       測試程序包括TOC分析和各種樣品檢查，能夠有效預(yù)防有害的乙二醇泄漏。操作人員可以根據(jù)測試結(jié)果來制定日常監(jiān)測步驟，也可以根據(jù)測試結(jié)果來決定是否切換或關(guān)閉設(shè)備。圖3是決策流程示意圖。

圖3.田納西河谷管理局艾倫發(fā)電廠采用TOC分析法來檢測乙二醇泄漏的操作程序流程示意圖，包括行動限和步驟。

       在開始操作之前，先從鍋爐給水泵的水池中取樣，測量TOC。發(fā)電廠有兩個鍋爐給水泵。如果在泵A中測出高于痕量的TOC，則測試并使用泵B，除非在泵B中也測出高于痕量的TOC。每天進行兩次樣品分析，檢查是否有足以損壞設(shè)備或系統(tǒng)的TOC結(jié)果。

       也可以從低壓桶中取樣，因為低壓桶是較早的檢測點。在更換鍋爐給水泵的機械密封材料時完成低壓桶取樣，以確保密封材料保持良好性能。如果發(fā)現(xiàn)低壓桶中有泄漏，應(yīng)徹底沖洗和清潔系統(tǒng)，去除有機酸并恢復(fù)較高的pH值。以往的測試方法具有破壞性，在不進行破壞性測試的情況下很難徹底分析管道壁變薄的原因。但TOC測試法則不同，能夠提供易測量和可重復(fù)的TOC數(shù)據(jù)，是一種穩(wěn)健耐用的檢測技術(shù)，幫助艾倫發(fā)電廠在發(fā)生停機事件和設(shè)備老化之前就能夠監(jiān)控、測量、預(yù)防乙二醇泄漏。

      此項檢測技術(shù)提高了發(fā)電廠的運營信心，未來可以在全管理局推廣，實現(xiàn)連續(xù)的在線監(jiān)測。

結(jié)論

      即便是針孔般小的乙二醇泄漏，都會損壞發(fā)電廠的工藝設(shè)備。在較高的溫度和壓力下，乙二醇會降解為有機酸，進而酸化水流，加快系統(tǒng)腐蝕。雖然無法準確量化發(fā)電設(shè)備老化或管道壁變薄所造成的損失，但發(fā)電廠停產(chǎn)一天就會損失數(shù)百萬美元的營業(yè)收入。pH值和電導(dǎo)率都難以檢測到給水泵中的乙二醇泄漏，因而無法及時提醒操作人員系統(tǒng)中的有機酸降解。TOC分析法被證明是檢測乙二醇泄漏的最有效方法，實驗室或在線的TOC檢測濃度從低到高，范圍非常廣。當發(fā)現(xiàn)TOC濃度偏離了典型工藝濃度時，就表示有乙二醇泄漏。

       艾倫發(fā)電廠采用TOC分析法來監(jiān)控設(shè)備運行，能夠及時采取措施保護設(shè)備，維持發(fā)電廠的正常運營。使用膜電導(dǎo)檢測技術(shù)的TOC分析儀能夠檢測到極低濃度的乙二醇泄漏，并且具有回收乙二醇和有機酸的超高靈敏度。事實證明，TOC分析儀非常有助于發(fā)電廠的運營監(jiān)控。當分析儀DY次檢測到乙二醇泄漏事件時，即完成了分析儀的投資回報。田納西河谷管理局艾倫聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠用TOC分析法建立了乙二醇檢測工藝，為發(fā)電廠帶來了更高的運營信心和更好的資產(chǎn)保護。

參考文獻

1.“Allen Combined Cycle Plant.” TVA, www.tva.gov/Energy/Our-Power-System/Natural-Gas/Allen-Combined-Cycle-Plant. 

2.“Allen Combined-Cycle Power Plant, Tennessee, United States of America.” Power Technology | Energy News and Market Analysis, www.power-technology.com/projects/allen-combined-cycle-power-plant-tennessee/.

挑戰(zhàn) 

       在許多工業(yè)過程中，硝酸等無機酸被用作原料或成分。在確定這些酸是否適用于生產(chǎn)時，質(zhì)量評估手 段起關(guān)鍵作用。 

       無機酸溶液中的可溶性雜質(zhì)會給生產(chǎn)過程和產(chǎn)品造成損害。微量的有機物雜質(zhì)是可以接受的，但過量 的有機污染物會導(dǎo)致以下問題： 

- 生產(chǎn)過程受到干擾或生產(chǎn)停頓 

- 產(chǎn)品污染 

- 生產(chǎn)批次不合格 

- 生產(chǎn)過程和產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定 

       這些挑戰(zhàn)導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量降低、生產(chǎn)效率低下、設(shè)備 損壞、產(chǎn)品潛在的降解或損失。 

       化工行業(yè)需要監(jiān)測無機酸原料和成分的質(zhì)量，以確保其符合生產(chǎn)標準。這些行業(yè)應(yīng)用包括：原料藥 （API，Active Pharmaceutical Ingredient）、化肥、 化學衍生物等生產(chǎn)行業(yè)?，F(xiàn)行的有機物監(jiān)測方法均 采用耗時的、勞動密集型的分析技術(shù)，無法幫助企業(yè)進行快速決策，監(jiān)測方法也達不到可接受的精確度。

解決方案 

       測量總有機碳（TOC，Total Organic Carbon）是測量樣品中雜質(zhì)的有效方法，是一種簡單的、非特定的、適用范圍廣的有機污染物測量方法。 

      為了提供穩(wěn)定可靠的測量結(jié)果，有機物監(jiān)測工具必須對酸性基體有化學耐受性，并能夠在低 pH 值下GX地氧化有機碳，以獲得有效的、可接受的、可操作的測量結(jié)果。

      Sievers InnovOx ES 實驗室型 TOC 分析儀采用超 臨界水氧化 （ SCWO ， Supercritical Water  Oxidation）技術(shù)，能夠測量酸溶液中的 TOC。分析儀的分析時間為 15 - 30 分鐘，具體時間取決于所選的操作模式（TOC 或 NPOC）和所選的分析任務(wù)。 

       用 Sievers InnovOx ES 實驗室型 TOC 分析儀測量含有 100 ppm TOC 蔗糖的 6N (26.5%) HNO₃樣品溶液中的 TOC 值。上述酸濃度和有機物的預(yù)期含量通常在 API、化肥、化學衍生物行業(yè)中都有需要。 

       由于 pH 值較低，無機碳（IC，Inorganic Carbon） 的預(yù)期含量也較低，因此無需在不可去除有機碳 （NPOC，Non-purgeable Organic Carbon）模式下吹掃樣品。 

       在運行樣品之前，先從儀器中取出酸劑，代之以去離子水。用去離子水替換酸劑之后，至少進行 10 次沖洗，確保儀器中沒有殘留酸劑（先前使 用 3N HCl）。 在 NPOC 模式下，用 Sievers 自動進樣器對 20 個樣品進行 2 次運行分析。每次運行之后，用 8 個樣品瓶去離子水沖洗掉儀器中的 HNO₃。結(jié)果 見表 1，其中 σ 是標準偏差，RSD 是相對標準偏差。

表 1：6N HNO₃樣品的 NPOC 和 TOC 結(jié)果

結(jié)論 

       Sievers InnovOx ES 實驗室型 TOC 分析儀能夠準確地、精確地測量 6N HNO₃中的 100 ppm TOC。 運行這些樣品的建議模式是 NPOC，無需吹掃樣品， 使用 10-15％的氧化劑。在分析 6N HNO₃樣品之后， 請務(wù)必用去離子水漂洗儀器，以盡量減小儀器損壞的可能。 

建議 

       Sievers InnovOx ES 實驗室型 TOC 分析儀非常適合上述應(yīng)用。如果使用以下附件和配置，分析儀的 性能就可以進一步加強。可選的空氣過濾器可以讓分析儀使用環(huán)境空氣來代替加壓氮氣或儀表空氣作為載氣。 

       此外，Sievers 自動進樣器Z多可以使用 120 個 35 ml 樣品管，或者 63 個 40 ml 或 60 ml 樣品瓶。建議使用可選的攪拌站和清洗臺，以保持樣品的均勻性，并且每天清洗自動進樣器的針。 

       請務(wù)必使用帶隔片并經(jīng)過 TOC 測量認證的玻璃樣瓶。經(jīng)過認證的樣瓶能夠大大減少來自樣品容器的污染，樣瓶的隔片能夠在分析過程中保持良好的密封。請勿使用塑料容器，因為塑料會向樣品中釋放有機物。Sievers 提供各種類型的樣瓶。 

       請及時維護和更換分析儀的部件（例如管子），確保分析儀在應(yīng)用中達到Z佳性能。

目的

本研究證明 Sievers* M9 TOC 分析儀能夠通過測量總有機碳（TOC）和電導(dǎo)率來檢測和定量分析殘留的微量 0.2M KOH（一種常用清洗劑）。

背景信息

稀 KOH 溶液是制藥業(yè)中常用的基本清潔劑，用于在轉(zhuǎn)換產(chǎn)品前清洗生產(chǎn)設(shè)備。在進行清潔驗證時，必須確定設(shè)備的Z 后沖洗液中是否有殘留的清潔劑。KOH 分子本身不含碳，因而不產(chǎn)生 TOC 信號，但我們可以通過測量電導(dǎo)率來有效地檢測 KOH。KOH 常伴隨有痕量的有機碳，我們無法通過測量電導(dǎo)率來檢測這些有機碳。如果不能清除這些有機碳，就會影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此檢測 KOH 中的碳污垢，能夠提高清潔工藝的驗證效率。本研究中的數(shù)據(jù)表明，可以用 Sievers M9 分析儀來有效地測量 KOH 的 TOC 和電導(dǎo)率。

實驗測試計劃

對酸化的 0.2M KOH 溶液（pH 值為 1.78）的初步分析結(jié)果顯示，0.2M KOH 含有約 3.7％（質(zhì)量百分比）的碳。對未酸化的 0.2M KOH 的分析結(jié)果顯示，其電導(dǎo)率為 4.4 μS/cm。使用上述碳含量和電導(dǎo)率的分析數(shù)據(jù)，來完成以下測試步驟。

用 M9 分析儀測量 TOC

向 1 ppm 0.2M KOH 儲備溶液中分別加入 4 種濃度的 KHP 溶液（KHP 濃度分別為 0.5 ppm、1 ppm、5 ppm、20 ppm），得到不同 TOC 濃度的溶液，用于 Sievers M9 分析儀的測試。KHP 溶液由 1,000 ppm 儲備溶液制成。1ppm 0.2M KOH 溶液的含碳量為 3.7％（質(zhì)量百分比），來自酸化的 0.2M KOH。

M9 分析儀的自動加試劑功能（AutoReagent）能夠自動確定分析所需的Z佳試劑流量。當運行未知 TOC 濃度的樣品時（例如進行清潔驗證時），自動加試劑功能能夠節(jié)省操作時間。表 1 列出了在本研究中進行 TOC 分析時所采用的Z佳試劑流量。

用 M9 分析儀測量電導(dǎo)率

用 20 μS/cm 儲備溶液制成 4 種電導(dǎo)率濃度的 0.2M KOH 溶液。使用 20 μS/cm 電導(dǎo)率儲備溶液，基于非酸化的0.2M KOH 電導(dǎo)率 4.4 μS/cm 基礎(chǔ)之上，使用 0.2M KOH 溶液稀釋至 0.1%（質(zhì)量比）配制而成。所有的 0.2M KOH溶液均在干凈的低 TOC 玻璃器皿中制備，然后立即移到 Sievers 認證的 TOC 樣品瓶（認證 TOC 小于 10 ppb）中進行分析。對所有樣品重復(fù)測量 4 次，不舍棄任何測量結(jié)果。

表 1：TOC 分析的Z佳試劑流量

測試設(shè)備 

? Sievers M9 實驗室型 TOC 分析儀，序列號：1611-2048 

? Sievers 自動進樣器，序列號：14030016 

? DataPro2 軟件

校準和確認 

TOC 校準 

用標準的多點系統(tǒng)任務(wù)來校準 Sievers M9 分析儀。表 2 列出了校準數(shù)據(jù)。校準包括 TC 和 IC 通道。校準參數(shù)在設(shè) 定值內(nèi)。R2為 1.0，表示校準在預(yù)期范圍內(nèi)是線性的。 

表 2：0 - 50 ppm 校準的結(jié)果

TOC 確認

用蔗糖來確認 2 ppm 處的校準。表 3 列出了確認結(jié)果。

表 3：校準后對 2 ppm TOC KHP 標樣測量的結(jié)果

結(jié)果和討論

表 4 列出了將不同濃度的 KHP 加入 1 ppm 0.2M KOH 溶液中的 TOC 測量值，圖 1 是線性回歸結(jié)果。

表 4：1 ppm 0.2M KOH 和 0.5、1、5、20 ppm KHP 的 TOC 測量結(jié)果

圖 1：TOC 與 0.2M KOH/KHP 濃度的線性回歸結(jié)果

加入 KHP 的 0.2M KOH 的 TOC 回收率在 0.5 – 20 ppm 濃度范圍內(nèi)是高度線性的（R2= 1）。1 ppm 0.2M KOH 的TOC 為 1020 ± 12.6 ppb，是 Sievers M9 分析儀的 0.03 ppb 檢測限的 30,000 倍以上。這些數(shù)據(jù)表明，痕量的 0.2M KOH 不會影響 Sievers M9 分析儀準確和精確地檢測有機碳。表 5 列出了 0.5 - 20 μS/cm 范圍內(nèi) KOH 的電導(dǎo)率測量結(jié)果，圖 2 是線性回歸結(jié)果。

表 5：0.5 – 20 μS/cm 0.2M KOH 的電導(dǎo)率測量結(jié)果

圖 2：電導(dǎo)率與 0.2M KOH 濃度的線性回歸結(jié)果

0.2M KOH 的電導(dǎo)率在 0.5 - 20 μS/cm 范圍內(nèi)是高度線性的（R2= 0.996）。0.5 μS/cm 0.2M KOH 的電導(dǎo)率為 0.1 ± 0.03 μS/cm，是 Sievers M9 分析儀的 0.01 μS/cm 檢測限的 10 倍以上。因此可以用 Sievers M9 分析儀通過測量電導(dǎo)率來準確、精確地檢測 0.2M KOH。

結(jié)論

同時測量電導(dǎo)率和 TOC 的能力使得 Sievers M9 分析儀能夠在清潔驗證時有效地檢測出殘留的清潔劑。Sievers M9的電導(dǎo)率功能可以檢測到大于 0.5 μS/cm 的 KOH（是一種市售的堿性清潔劑）。當痕量的 0.2M KOH 中的 KHP 濃度范圍是 0.5 - 20 ppm 時，TOC 響應(yīng)為線性（R2= 1），表明 KOH 基質(zhì)效應(yīng)對 TOC 測量的影響微乎其微。由于KOH 分子本身不含有機碳，無法通過測量 TOC 來檢測痕量的 0.2M KOH，但同時測量 TOC 和電導(dǎo)率就能夠準確了解沖洗液中是否含有污染物和化合物。因此在驗證清潔工藝時，具有電導(dǎo)率功能的 Sievers M9 分析儀是測量無機離子和有機化合物的Z佳儀器。

       總有機碳（TOC）和電導(dǎo)率是確保制藥水質(zhì)的關(guān)鍵因素。在傳統(tǒng)上，人們在實驗室中分別測量 TOC 和電導(dǎo)率，需耗費大量人力和時間。 Sievers* M9 系列 TOC 分析儀可以對單個樣品瓶同時進行 TOC 和電導(dǎo)率測量，大大節(jié)省時間和資源。

更簡單，更輕松，更快捷

簡化藥典實驗室檢測程序，節(jié)省了實驗室的 USP <645> 第1階段電導(dǎo)率測試所需的時間、人力和數(shù)據(jù)處理量。

M9提供：

? 合并的藥典檢測 

? 更快的分析，增加樣品通量 

? 過程分析技術(shù)（PAT）合規(guī) 性的可擴展平臺 

? 提高 21 CFR Part 11 合規(guī)性調(diào)查報告的可追溯性

同時測量TOC和電導(dǎo)率可以 節(jié)省分析時間，提高生產(chǎn)效率，節(jié)省資金。

M9便攜式總有機碳TOC分析儀產(chǎn)品特點

兩分鐘樣品分析時間

可用于在線監(jiān)測、吸取樣品，或配合Sievers自動進樣器在實驗室里使用

輕巧、緊湊的設(shè)計，IP-21防護等級，適合現(xiàn)場應(yīng)用

自動進行校準、驗證和數(shù)據(jù)分析等操作

試劑自適應(yīng)功能可自動確定每個樣品的Z 佳流速

非常適合各種樣品基質(zhì)和濃度

極少的預(yù)防性維護（通常每年只需幾個小時）

12個月的校準穩(wěn)定期

可選擇“階段1”電導(dǎo)率測試能力，用于同步檢測TOC和電導(dǎo)率

可選的Turbo加速模式，分析時間僅需4秒