簡介 

化肥生產(chǎn)廠將空氣和巖石等原料轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)養(yǎng)料供給植物。長期以來，化肥生產(chǎn)的流程未變，但生產(chǎn)技術(shù)和 技巧已經(jīng)有了顯著變化。1

化肥生產(chǎn)廠致力于改進工藝、限制排放、節(jié)約成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量，同時確保工作環(huán)境的安全 1。要想實現(xiàn)以上目標，至關(guān)重要的一點就是控制生產(chǎn)過程中的有機碳水平。

挑戰(zhàn) 

原料質(zhì)量不穩(wěn)： 化肥廠使用各種來源的無機原料，包括硝酸、鹽酸或磷酸鹽，其質(zhì)量和有機污染物常有差別。如果原料中的有 機污染物含量過高，就會嚴重影響Z終產(chǎn)品的質(zhì)量。如 果能夠盡快、盡早確定進料的質(zhì)量，就能控制生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量，從而節(jié)省時間、資金、材料。

硝酸類化肥的含碳量： 當可燃性物質(zhì)（即有機物）的含量超過一定水平時，硝 酸化肥的燃燒和爆炸風險就會增加。在造粒過程中，脂 族長鏈等有機化合物是不可或缺的，它們能提供顆粒強 度和支持。出于運輸和儲存目的，規(guī)則要求硝酸化肥的 總碳含量不超過 0.2％。2,3

顆粒的抗結(jié)塊性： 控制硝酸化肥的抗結(jié)塊性也有助于確保Z終產(chǎn)品的質(zhì)量。 抗結(jié)塊劑是長烴鏈，加入化肥顆粒中使其分子穩(wěn)定?？?制顆粒結(jié)塊的關(guān)鍵是評估噴灑工藝質(zhì)量的能力。

測定尿素硝酸液態(tài)化肥中的酰胺氮： 尿素硝酸（UAN，Urea Ammonium Nitrate）溶液被稱 為 21 世紀的化肥。該化肥含有氮的所有形式，即使在 植物休眠期，也能滿足植物對氮元素的需求。必須分別 量化 UAN 液體化肥中三種形式的氮 [即銨離子 NH4+、硝酸根離子NO3-、酰胺 NH2（來自尿素 CO(NH2)2]，以確 定該化肥的強度。目前這種量化是通過人力和時間密 集型的實驗室工作來完成的 4。只有快速測出數(shù)據(jù)才能及時有效地批準放行產(chǎn)品批次。6

在尿素生產(chǎn)中損失的尿素： 尿素越來越多地用作化肥生產(chǎn)的重要原料，每個硝酸 生產(chǎn)廠都有尿素生產(chǎn)車間。尿素是由氨和一氧化碳在 需要多個熱循環(huán)的過程中產(chǎn)生的。尿素生產(chǎn)中有一項 非常重要的工作，就是精確測量生產(chǎn)中損失的尿素， 或隨廢水、冷卻水、冷凝物一起被排放掉的尿素。但 尿素是一種難以氧化的化合物，因此很難測量。目前 人們用復(fù)雜的滴定方法來測量尿素，通常需要 1-3 天 才能完成，這對實驗室和生產(chǎn)管理人員提出了挑戰(zhàn)。 只有找到快速定量分析排放物中的有機氮的方法，才 能將尿素含量同其它形式氮（硝酸鹽和氨）的含量區(qū) 分開來，從而使GX生產(chǎn)所需的實時決策成為可能。

解決方案

生產(chǎn)運營、質(zhì)量控制、實驗室等部門的管理人員需要快速可靠的分析方法?？傆袡C碳（TOC，Total

Organic Carbon）分析是一種兼有包容性和非專屬性的測試方法，能夠測量所有的有機碳分子的濃度5。同歐盟條例4所述的方法相比，以實時（在線）或抓樣（實驗室）模式進行的有機化合物監(jiān)測，能夠及時提供化肥生產(chǎn)和產(chǎn)品的寶貴和準確的信息。

Sievers*InnovOx TOC分析儀用超臨界水氧化技術(shù)（SCWO,Super Critical Water Oxidation），將有機碳分子氧化成二氧化碳，然后用非分散紅外（NDIR,Nondispersive Infrared）檢測法對其進行定量分析。

在用SCWO技術(shù)時，有機物高度可溶，而無機鹽即使?jié)舛群芨咭膊豢扇?，這就提高了氧化效率，以及測量侵蝕性和復(fù)雜基質(zhì)中的TOC的能力。Sievers InnovOx分析儀能夠測量含有懸浮、膠狀、溶解化合物的樣品中的TOC顆粒（<800μm）和溶解的TOC。

優(yōu)勢

TOC分析是快速而簡便的分析方法：

可以在幾分鐘內(nèi)（5-20分鐘，取決于具體方法）完成TOC測量。

TOC分析是可重復(fù)的和準確的分析方法：

TOC分析只需有限的人為干預(yù)和實驗室操作，分析的準確性和重復(fù)性高。TOC分析儀能測量復(fù)雜基質(zhì)中的TOC（Z 低濃度甚至在2 ppm以下），能充分氧化樣品中的有機分子。分析儀能夠精確分析含有微粒、高濃度多種離子、低pH或高pH等各種樣品。

TOC分析是工作安全的技術(shù)：

TOC分析不使用或產(chǎn)生有毒或?qū)Νh(huán)境有害的物質(zhì)。分析儀只用環(huán)境空氣、去礦物質(zhì)水和簡單試劑進行分析?？梢詫x器產(chǎn)生的廢液排放到普通廢液排放處。

結(jié)論

在化肥生產(chǎn)過程中進行嚴格的分析控制，對工藝優(yōu)化和Z終產(chǎn)品質(zhì)量保障來說至關(guān)重要。TOC分析法允許工廠在質(zhì)量控制實驗室內(nèi)或生產(chǎn)流程中測量和監(jiān)測有機物。6

Sievers InnovOx分析儀提供化肥生產(chǎn)廠所需的準確、快速、可靠的分析。分析儀有理想的穩(wěn)健性和樣品處理能力，能夠?qū)?fù)雜基質(zhì)進行準確的TOC測量，甚至可以應(yīng)用于難氧化分子（如尿素）。

挑戰(zhàn) 

很多工藝使用無機酸作為重要原料。在確定特定應(yīng)用的 適用性時，尤其是在確定該應(yīng)用對工藝和產(chǎn)品的影響時， 準確評估酸的質(zhì)量是至關(guān)重要的。 

酸中的可溶性雜質(zhì)會影響生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量。過量的有機污染物帶來以下問題：

- 生產(chǎn)工藝效率低下 

- 產(chǎn)品被污染 

- 生產(chǎn)批次不合格 

- 工藝和產(chǎn)品偏差

化工行業(yè)都需要確定和控制無機酸的質(zhì)量。這些行業(yè)包 括：原料藥物（ API ， Active Pharmaceutical  Ingredient）、化肥、半導(dǎo)體加工、化學(xué)衍生物。酸用 于離子交換樹脂再生，也可以是產(chǎn)品配方的原料。

在半導(dǎo)體行業(yè)中，硫酸用于晶圓蝕刻工藝。酸的純度和 潔凈度對生產(chǎn)至關(guān)重要，這就要求硫酸供應(yīng)商對產(chǎn)品批 次進行污染控制，以滿足工藝要求。很多行業(yè)在電鍍工 藝中使用硫酸銅。為了提高化學(xué)品的性能，生產(chǎn)商添加 有機基體的勻染劑和增白劑。了解添加劑的用量及其潛 在的分解物，有助于控制產(chǎn)品質(zhì)量和工藝。

解決方案

由于有機污染物的種類繁多，用總有機碳（TOC，Total  Organic Carbon）作為評估酸質(zhì)量的參數(shù)不失為測量樣 品雜質(zhì)的有效方法。但是，分析儀器必須具有酸基體的 化學(xué)耐受性，并能在低 pH 值下有效氧化有機碳，這樣才能得到正確的測量結(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)來 測量酸溶液中的 TOC 的 ppm 和 ppb 含量。事實證明，SCWO 技術(shù)能夠?qū)α姿?、鹽酸、硝酸、硫酸進行精 準 的 TOC 定量分析。

技術(shù)

Sievers InnovOx 實驗室型分析儀采用 SCWO 技術(shù)， 將有機碳分子氧化成CO2，然后用非分散紅外 （NDIR，Non-dispersive Infrared）檢測技術(shù)進行精 確定量。在使用 SCWO 技術(shù)時，先在水的臨界點以上 對樣品進行加熱和加壓。在一定條件下（375?C 和 220 巴），水成為超臨界流體，水中的有機物高度可 溶，而無機鹽不溶。這就提高了氧化效率，能夠精確 測量腐蝕性和復(fù)雜基質(zhì)中的 TOC，甚至濃酸中的 TOC。

硫酸中含有來自其自身生產(chǎn)過程的各種雜質(zhì)，包括有 機污染物。這些污染物即使含量極低，也會給要求使 用高純度原料的工藝帶來風險，尤其是給半導(dǎo)體和電 化學(xué)沉積工藝帶來風險。因此，為了優(yōu)化工藝操作、 提供產(chǎn)量，必須對酸的質(zhì)量進行定量分析。

硫酸（H2SO4）

在測試中，向 H2SO4 中加入不同濃度的鄰苯二甲酸氫 鉀（KHP），以此來評估 Sievers InnovOx 實驗室型 分析儀的分析硫酸中 TOC 的能力。將 96%濃度的 ACS 級硫酸稀釋到 24%，然后分別加入 0.2、0.5 和 2  ppm TOC 的 KHP，進而證明了分析儀的分析能力。

分析在 0 - 100 ppm 范圍內(nèi)進行，由于樣品的 pH 值 適用于 TOC 分析，故無需使用酸劑。10%過硫酸鈉氧 化劑足以分析此范圍的 TOC。

表 1 中的分析數(shù)據(jù)包括加標濃度、測自空白 24%硫酸 溶液的 TOC、實測 TOC、以及回收 TOC 的含量和百分比?；厥盏?TOC 值等于實測 TOC 減去空白 TOC。

表中的數(shù)據(jù)證明了分析儀能夠定量分析濃酸溶液中的 低濃度 TOC。當 TOC 從 2 ppm 降至 0.2 ppm 時，回收率百分比就會從 偏離，這主要是因為加標濃度（200 ppb）接近空白濃度（180 ppb）。在這種低濃 度下，空白濃度或儀器基線的波動會導(dǎo)致結(jié)果的波動。

表 1：在 24% H2SO4中的 TOC 分析

第二項測試分析了各種濃度硫酸的 TOC 回收率。將 1  ppm TOC 的 KHP 分別加到 1、5、10 和 24%的 H2SO4中， 測量數(shù)據(jù)如表 2 所示?；厥盏?TOC 值等于實測 TOC 減 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 回收率就偏離了 45%。 當 TOC 濃度接近 空白 TOC 濃度時，空白測量值的波動會顯著影響到計 算的 TOC 結(jié)果。

測試還評估了 Sievers InnovOx 實驗室型分析儀分析 24% ACS 級硫酸中 0.1 - 0.5 ppm 范圍 TOC 的能力。分 別將 100、200、300 ppb KHP 加到 ACS 級硫酸中，測 量結(jié)果如表 3 所示。

表 3：24% H2SO4的低于 500 ppb 的 KHP 回收率

測量結(jié)果顯示了預(yù)期的增長趨勢。100 ppb 加標顯示 了 50 ppb 的增長，200 ppb 加標顯示了 120 ppb 的增 長，300 ppb 加標顯示了 230 ppb 的增長。顯然，分 析儀能夠檢測出 410 ppb 基線上的 50 ppb 的增長， 這表明分析儀的靈敏度完全適用于分析如此低的濃度。 對硫酸進行高靈敏度分析的限制因素是基體中的基線 TOC。同任何其它分析一樣，基線值附近的結(jié)果容易 變化。人們都知道，H2SO4的純度低于同樣濃度的其 它無機酸（如 HCl、HNO3等）的純度，因此不難預(yù)料， 純品 H2SO4中含有一定量的有機雜質(zhì)。

結(jié)論 

Sievers InnovOx 實驗室型分析儀能夠精 準地測量出濃度Z 高為 24%的硫酸中的 TOC。 Z 高 2 ppm KHP 的 實測回收率具有出色的精確性和準確性?？瞻诇y量值 的大小和穩(wěn)定性是對 H2SO4進行高靈敏度 TOC 分析的 限制因素。分析儀的靈敏度（檢測限 LOD = 水中的 50 ppb）足以區(qū)分 100、200 和 300 ppb TOC。分析儀 在整個測試過程中表現(xiàn)出極 佳的耐用性，且能耐受 H2SO4基質(zhì)，無降解跡象。

挑戰(zhàn) 

哥倫比亞的知名制糖企業(yè) Ingenio Pichichi 的主要生產(chǎn)活動是加工甘蔗，為國內(nèi)外客戶提供各種各樣的糖產(chǎn)品。糖廠重視環(huán)保和GX運營，追求高盈利。 糖廠每天加工約 4300 噸甘蔗，出產(chǎn)蜂蜜制品、原 糖、白糖、紅糖等多種糖產(chǎn)品。由于產(chǎn)量巨大，優(yōu)化生產(chǎn)并防止昂貴的產(chǎn)品泄漏到生產(chǎn)工藝之中就變得至關(guān)重要。糖廠的現(xiàn)場實驗室收集數(shù)據(jù)，幫助糖廠做出可提高生產(chǎn)效率和節(jié)省成本的決策。

將甘蔗加工成可出售的商品，需要涉及到一系列工 藝步驟，包括粉碎、澄清、過濾、蒸發(fā)、結(jié)晶、離心。在蒸發(fā)階段，需要用多級蒸餾系統(tǒng)來濃縮糖汁。 鍋爐為第 一階段供應(yīng)清潔蒸汽源，第 一階段產(chǎn)生的蒸汽進入下一階段，然后繼續(xù)進行其他步驟。Z 后階段產(chǎn)生的蒸汽被壓力冷凝器冷凝成冷凝水后，被收集到冷卻罐中。每個階段的冷凝水都會被收集到冷卻罐中，以后用作冷卻水。

為了保護鍋爐和冷凝器等設(shè)備，冷凝水不可含有糖或糖汁，以免造成產(chǎn)品損失、降低工廠利潤。因此， 快速有效地監(jiān)控產(chǎn)品泄漏或運行故障就變得非常重 要。及早發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品泄漏，能夠幫助操作員及時停止、 改變、或改進操作，避免損壞設(shè)備或增加成本。

圖 1. Sievers* InnovOx 實驗室型 TOC 分析儀用于泄漏檢測

解決方案 

從前，糖廠是用 pH 值、電導(dǎo)率、堿度、白利糖 度（Brix Degree）、HPLC 分析等方法來檢測產(chǎn)品泄漏。在正常環(huán)境下，糖分子不會電離，其 pH 值為中性，因此上述大多數(shù)方法都不適用于檢測糖泄漏。在高溫高壓的生產(chǎn)過程中，糖分子會分解，成為能夠?qū)е鲁练e、腐蝕、結(jié)垢的破壞性化合物。此外，當糖分子分解時，會失去原有的 HPLC 特征峰。這就使得工廠需要一種快速、 可靠、準確的方法來監(jiān)測糖。

糖是由碳、氫、氧組成的碳水化合物。通過測量 TOC 總參數(shù)，精確量化溶液中的所有有機化合物， 就能很容易檢測出糖。TOC 分析儀的工作原理是， 將有機分子氧化成二氧化碳（CO2），然后檢測逸 出 的 二氧 化碳 。 Ingenio Pichichi 糖廠 購買 了 Sievers* InnovOx 實驗室型 TOC 分析儀（見圖 1）， 用來表征和分析系統(tǒng)。這幫助糖廠建立了蒸汽、冷 凝水、冷卻水的控制限，從而幫助糖廠優(yōu)化生產(chǎn)工 藝、提高生產(chǎn)利潤。應(yīng)當在以下幾個地點監(jiān)測 TOC：

? 第 一臺鍋爐的進水 

? 每個階段產(chǎn)生的冷凝水 

? 冷卻罐的進水和出水

Sievers InnovOx 實驗室型分析儀采用超臨界水氧化（SCWO，Super Critical Water Oxidation）和 非色散紅外（NDIR，Non-Dispersive Infrared）檢測技術(shù)，能夠監(jiān)測 50 ppb（μg/L）至 50,000 ppm （mg/L）碳濃度范圍。糖廠預(yù)期的常規(guī) TOC 值大概在 200 至 500 ppm 范圍內(nèi)，但如果發(fā)生運行故障或產(chǎn)品泄漏，碳濃度會達到 5,000 至 20,000  ppm TOC 峰值。

結(jié)論 

TOC 分析是簡便而準確的分析方法，能夠檢測出導(dǎo)致代價昂貴的設(shè)備損壞和生產(chǎn)損失的產(chǎn)品泄漏事件。哥倫比亞的知名制糖企業(yè) Ingenio Pichichi 需要改進水系統(tǒng)的監(jiān)測和性能。粉碎過程的蒸發(fā)階段， 包括不間斷的蒸汽和冷凝水的反復(fù)加熱和冷卻階段， 是糖泄漏的多發(fā)階段。Ingenio Pichichi 糖廠使用 Sievers InnovOx 實驗室型 TOC 分析儀對上述關(guān)鍵階段進行 TOC 監(jiān)測，實現(xiàn)了利潤目標，同時達到了環(huán)保和運營目標。

挑戰(zhàn) 

       許多行業(yè)都需要掌握鹽水或鹵水溶液中的有機雜質(zhì)的含量，以保證產(chǎn)品質(zhì)量、過程控制、資產(chǎn)保護。能夠準確 評估這些溶液的質(zhì)量，是決定應(yīng)用適用性的關(guān)鍵。上述 行業(yè)包括海水淡化、石油和天然氣、氯堿和制藥/生物 制藥等。 

       典型的鹵水溶液是水基樣品，含有微粒和溶解的碳氫化 合物，以及溶解的氯化鈉（NaCl）或其它鹽。海水一般 是 3.5 - 4.5％的鹵水溶液，氯堿樣品是高達 28％的鹵水 溶液。 

       選擇總有機碳（TOC，Total Organic Carbon）作為衡量 鹵水質(zhì)量的參數(shù)，是評估有機雜質(zhì)的有效方法。所選的 分析儀器必須滿足化學(xué)兼容性，而且必須確定氧化效率。 

       在測量 TOC 時，鹽基質(zhì)給分析儀器帶來了挑戰(zhàn)。在 UVNDIR 類系統(tǒng)中，侵蝕性的樣品基質(zhì)會損害紅外源，大幅降低其工作效率。在燃燒類技術(shù)中，會發(fā)生催化劑中 毒及燃燒管變得不透明。設(shè)備一旦遭受鹵水溶液的侵害， 就需要進行徹底的維護和修理。

解決方案 

       Sievers InnovOx 分析儀采用超臨界水氧化（SCWO， Supercritical Water Oxidation）技術(shù)，能夠定量分析高 濃度鹽基質(zhì)中的 TOC，具有高準確度、精確度和靈敏度。 超臨界水氧化技術(shù)通過去除無機干擾物來使氧化率Z大 化。例如，分析儀通過增加分析量，達到飽和 NaCl （6M）溶液的 50 μg/L（ppb）碳的檢測限（LOD， Limit of Detection）。分析儀能夠耐受溶解的和懸浮的 固體顆粒，能夠抵抗分析過程中產(chǎn)生的鹽酸的腐蝕。分 析儀還具有其他優(yōu)勢，其中包括：

-無需催化劑，無燃燒管結(jié)垢或退化 

-低耗材成本，只需更換管子、密封件、鹵素捕集器 

-無需氣泵，分析儀可以使用環(huán)境空氣來操作

-可以用 Sievers InnovOx Online 在線型分析儀來 實時產(chǎn)生過程數(shù)據(jù)，或用 Sievers InnovOx ES 實 驗室型分析儀來產(chǎn)生離線數(shù)據(jù)組

       在以下的鹵水分析中，Sievers InnovOx（實驗室型或在線型 ）用鄰苯二甲酸氫鉀（ KHP， Potassium  Hydrogen Phthalate）來校準。分析儀在不可去除有 機碳（NPOC，Non-purgeable Organic Carbon）的 模式下運行樣品。 

1.在氯堿膜電解過程中使用 28％ NaCl，TOC 限值 小于 10 ppm  

2.在制藥/生物制藥浸出和提取物應(yīng)用中，用 6M  NaCl 溶液，其中 TOC 污染必須極小 

3.海水處理

結(jié)果 

1.在氯堿膜電解過程中，用 28％ NaCl 用自動進樣器在無人操作的情況下對含有 5 ppm TOC 的氯堿鹵水樣品進行 140 次分析，運行時間約為 12 小時。表 1 是數(shù)據(jù)總結(jié)，其中 σ 是標準偏差，RSD 是 相對標準偏差。

表 1：Sievers InnovOx 飽和 NaCl 的 TOC 結(jié)果

       表 1 中的結(jié)果顯示，儀器的相對精確度優(yōu)于 4％。在 如此長時間的運行中，分析不受干預(yù)，分析儀無需維護，這進一步說明 Sievers InnovOx 不受 28％NaCl 基質(zhì)的影響。

2. 高純度鹵水（6M NaCl）的低濃度 TOC 定量分析（制 藥/生物制藥浸出和提取物應(yīng)用）

       分別將 0.25、0.40、0.60 ppm 的蔗糖加標到 6M NaCl 溶液中，然后用 Sievers InnovOx 進行分析，由此來確 定高純度鹵水中的 TOC 回收率的精確度和準確度。表 2 中的結(jié)果顯示，相對于加標值，回收率的偏差在 5% 以 內(nèi)。甚至在低于 0.50 ppm 時，相對精確度也好于 15%。 在 0.25 - 0.60 ppm 范圍內(nèi)的回收性能進一步表明， Sievers InnovOx 適用于分析 6M NaCl 中的小于 1 ppm  的 TOC。 

表 2：Sievers InnovOx 對 6M NaCl 中低于 1 mg/L 的 TOC 結(jié)果

3. 海水處理 在海水處理應(yīng)用中，海水經(jīng)過幾個步驟的處理，在每個處理步驟之后檢查有機物含量，以確保Z 佳性能和出水質(zhì)量。分析結(jié)果如表 3 所示。 

表 3：Sievers InnovOx 在海水應(yīng)用中的 TOC 結(jié)果

表3中的結(jié)果顯示，相對精確度優(yōu)于6％。有機物含量隨工藝步驟而降低，表明有機物被有效去除。這就證明了Sievers InnovOx適用于測量有機物。即使當TOC濃度小于1 ppm時，分析儀都具有良好的適用性。

技術(shù)

Sievers InnovOx分析儀采用超臨界水氧化（SCWO，SupercriticalWater Oxidation）技術(shù)，將有機碳分子氧化成二氧化碳，然后用非色散紅外（NDIR，Non-Dispersive Infrared）檢測技術(shù)對其進行定量分析。在超臨界水氧化過程中，樣品在水的熱力學(xué)臨界點以上被加熱加壓。在此條件（375?C和220 bar）下，水成為超臨界液體，有機物高度可溶，而無機鹽不可溶。這些條件能夠提高氧化效率，使分析儀能夠有效

測量侵蝕性和復(fù)雜基質(zhì)中的TOC。

Sievers InnovOx除了測量溶解的TOC外，還能測量含有懸浮物質(zhì)的樣品中的TOC微粒（<800μm）。

建議

在用吸樣來監(jiān)測多個位置時，可以使用SieversInnovOx ES實驗室型分析儀，此款儀器可以配置可選的空氣過濾器。此選項可以使用環(huán)境空氣作為分析儀的載氣，無需加壓的氮氣或儀器氣體。自動進樣器Z多可以配置120個35mL樣品管，或者63個40mL或60mL樣品瓶。此外，在應(yīng)用中還可以使用可選的攪拌臺和清洗臺。我們建議使用上述選項來保持樣品的均勻性，而且便于日常清潔自動進樣器的針，以及防止鹵水腐蝕設(shè)備。

當需要連續(xù)的實時數(shù)據(jù)時，可以使用Sievers InnovOx在線型分析儀來分析鹵水。我們建議配置PTFE樣品閥來防止鹵水腐蝕。此外，應(yīng)在防護罩內(nèi)安裝吹掃空氣加濕器，以防腐蝕性環(huán)境氣體和水濺起。

結(jié)論 

Sievers InnovOx 分析儀用于有效地、GX地分析復(fù)雜 水性基質(zhì)中的有機碳含量，包括含有高濃度無機鹽的 溶液中的有機碳。分析儀結(jié)合了 SCWO 氧化法與 NDIR 檢測法，可以定量分析飽和鹽溶液中的低 ppm  TOC。

挑戰(zhàn) 

許多行業(yè)都需要掌握鹽水或鹵水溶液中的有機雜質(zhì)的含 量，以保證產(chǎn)品質(zhì)量、過程控制、資產(chǎn)保護。能夠準確 評估這些溶液的質(zhì)量，是決定應(yīng)用適用性的關(guān)鍵。上述行業(yè)包括海水淡化、石油和天然氣、氯堿和制藥/生物制藥等。 

典型的鹵水溶液是水基樣品，含有微粒和溶解的碳氫化 合物，以及溶解的氯化鈉（NaCl）或其它鹽。海水一般 是 3.5 - 4.5％的鹵水溶液，氯堿樣品是高達 28％的鹵水 溶液。 

選擇總有機碳（TOC，Total Organic Carbon）作為衡量鹵水質(zhì)量的參數(shù)，是評估有機雜質(zhì)的有效方法。所選的分析儀器必須滿足化學(xué)兼容性，而且必須確定氧化效率。 

在測量 TOC 時，鹽基質(zhì)給分析儀器帶來了挑戰(zhàn)。在 UV-NDIR 類系統(tǒng)中，侵蝕性的樣品基質(zhì)會損害紅外源，大幅降低其工作效率。在燃燒類技術(shù)中，會發(fā)生催化劑中 毒及燃燒管變得不透明。設(shè)備一旦遭受鹵水溶液的侵害， 就需要進行徹底的維護和修理。

解決方案 

Sievers InnovOx 分析儀采用超臨界水氧化（SCWO， Supercritical Water Oxidation）技術(shù)，能夠定量分析高 濃度鹽基質(zhì)中的 TOC，具有高準確度、精確度和靈敏度。超臨界水氧化技術(shù)通過去除無機干擾物來使氧化率Z大 化。例如，分析儀通過增加分析量，達到飽和 NaCl （6M）溶液的 50 μg/L（ppb）碳的檢測限（LOD， Limit of Detection）。分析儀能夠耐受溶解的和懸浮的 固體顆粒，能夠抵抗分析過程中產(chǎn)生的鹽酸的腐蝕。分析儀還具有其他優(yōu)勢，其中包括：

- 無需催化劑，無燃燒管結(jié)垢或退化 

- 低耗材成本，只需更換管子、密封件、鹵素捕集器 

- 無需氣泵，分析儀可以使用環(huán)境空氣來操作

-可以用 Sievers InnovOx Online 在線型分析儀來 實時產(chǎn)生過程數(shù)據(jù)，或用 Sievers InnovOx ES 實 驗室型分析儀來產(chǎn)生離線數(shù)據(jù)組

在以下的鹵水分析中，Sievers InnovOx（實驗室型或 在 線 型 ）用鄰苯二甲酸氫鉀（ KHP， Potassium  Hydrogen Phthalate）來校準。分析儀在不可去除有 機碳（NPOC，Non-purgeable Organic Carbon）的 模式下運行樣品。

1.在氯堿膜電解過程中使用 28％ NaCl，TOC 限值 小于 10 ppm  

2. 在制藥/生物制藥浸出和提取物應(yīng)用中，用 6M  NaCl 溶液，其中 TOC 污染必須極小 

3. 海水處理

結(jié)果

1.在氯堿膜電解過程中，用 28％ NaCl 用自動進樣器在無人操作的情況下對含有 5 ppm TOC 的氯堿鹵水樣品進行 140 次分析，運行時間約為 12 小時。表 1 是數(shù)據(jù)總結(jié)，其中 σ 是標準偏差，RSD 是 相對標準偏差。

表 1：Sievers InnovOx 飽和 NaCl 的 TOC 結(jié)果

表 1 中的結(jié)果顯示，儀器的相對精確度優(yōu)于 4％。在 如此長時間的運行中，分析不受干預(yù)，分析儀無需維 護，這進一步說明 Sievers InnovOx 不受 28％NaCl 基 質(zhì)的影響。

2. 高純度鹵水（6M NaCl）的低濃度 TOC 定量分析（制 藥/生物制藥浸出和提取物應(yīng)用）

分別將 0.25、0.40、0.60 ppm 的蔗糖加標到 6M NaCl 溶液中，然后用 Sievers InnovOx 進行分析，由此來確 定高純度鹵水中的 TOC 回收率的精確度和準確度。表 2 中的結(jié)果顯示，相對于加標值，回收率的偏差在 5% 以 內(nèi)。甚至在低于 0.50 ppm 時，相對精確度也好于 15%。 在 0.25 - 0.60 ppm 范圍內(nèi)的回收性能進一步表明， Sievers InnovOx 適用于分析 6M NaCl 中的小于 1 ppm  的 TOC。

表 2：Sievers InnovOx 對 6M NaCl 中低于 1 mg/L 的 TOC 結(jié)果

3. 海水處理 在海水處理應(yīng)用中，海水經(jīng)過幾個步驟的處理，在每個 處理步驟之后檢查有機物含量，以確保Z 佳性能和出水 質(zhì)量。分析結(jié)果如表 3 所示。

表 3：Sievers InnovOx 在海水應(yīng)用中 的 TOC 結(jié)果

表 3 中的結(jié)果顯示，相對精確度優(yōu)于 6％。有機物含量 隨工藝步驟而降低，表明有機物被有效去除。這就證明 了 Sievers InnovOx 適用于測量有機物。即使當 TOC 濃 度小于 1 ppm 時，分析儀都具有良好的適用性。

技術(shù) 

Sievers InnovOx 分析儀采用超臨界水氧化（SCWO， Supercritical Water Oxidation）技術(shù)，將有機碳分子 氧化成二氧化碳，然后用非色散紅外（NDIR，Non-Dispersive Infrared）檢測技術(shù)對其進行定量分析。 

在超臨界水氧化過程中，樣品在水的熱力學(xué)臨界點以 上被加熱加壓。在此條件（375?C 和 220 bar）下， 水成為超臨界液體，有機物高度可溶，而無機鹽不可 溶。這些條件能夠提高氧化效率，使分析儀能夠有效 測量侵蝕性和復(fù)雜基質(zhì)中的 TOC。 

Sievers InnovOx 除了測量溶解的 TOC 外，還能測量 含有懸浮物質(zhì)的樣品中的 TOC 微粒（<800 μm）。

建議 

在用吸樣來監(jiān)測多個位置時，可以使用 Sievers  InnovOx ES 實驗室型分析儀，此款儀器可以配置可選 的空氣過濾器。此選項可以使用環(huán)境空氣作為分析儀 的載氣，無需加壓的氮氣或儀器氣體。自動進樣器Z 多可以配置 120 個 35 mL 樣品管，或者 63 個 40 mL 或 60 mL 樣品瓶。此外，在應(yīng)用中還可以使用可選的 攪拌臺和清洗臺。我們建議使用上述選項來保持樣品 的均勻性，而且便于日常清潔自動進樣器的針，以及 防止鹵水腐蝕設(shè)備。 

當需要連續(xù)的實時數(shù)據(jù)時，可以使用 Sievers InnovOx 在線型分析儀來分析鹵水。我們建議配置 PTFE 樣品閥來防止鹵水腐蝕。此外，應(yīng)在防護罩內(nèi)安裝吹掃空 氣加濕器，以防腐蝕性環(huán)境氣體和水濺起。

結(jié)論 

Sievers InnovOx 分析儀用于有效地、GX地分析復(fù)雜 水性基質(zhì)中的有機碳含量，包括含有高濃度無機鹽的 溶液中的有機碳。分析儀結(jié)合了 SCWO 氧化法與 NDIR 檢測法，可以定量分析飽和鹽溶液中的低 ppm  TOC。

簡介 

       Sievers InnovOx ES 總有機碳TOC分析儀用于分析復(fù)雜水溶液中的濃度范圍 為 50 ppb 至 50,000 ppm 的總有機碳（TOC）。通過精 確校準和控制儀器使用條件，儀器可以對低于 5 ppm 的 TOC 進行可靠的定量分析。在快速、精確分析低于 5  ppm TOC 時，建議儀器專用于分析低于 100 ppm TOC 的樣品。下面列出了低范圍 TOC 定量分析及實例的方法和Z佳操作。這種復(fù)雜溶液的低濃度定量分析對于化 學(xué)品生產(chǎn)質(zhì)量控制、海水淡化優(yōu)化、工業(yè)廢水法規(guī)達標 等應(yīng)用來說極為重要。

儀器條件 

       儀器的碳基線需滿足以下兩個要求，才能保證低濃度范圍定量分析的高精確度和準確度： 

       ? 碳基線的質(zhì)量響應(yīng)必須比樣品的質(zhì)量響應(yīng)至少低 3 倍。理想的碳基線為 0.3-0.5 μg 碳。 

       ? 在校準時，基線碳信號的變化量不可超過基線 的±5％。校準基線的變化會使分析結(jié)果偏離實 際值，產(chǎn)生正、負偏差。

       表 1 列明了典型的偏差結(jié)果和修正。

表 1：常見的低 TOC 定量分析誤差

儀器校準的建議： 

       ? 儀器操作范圍：0-100 ppm 

       ? 漂洗使碳基線降至 0.3-0.5 μg 后立即進行校準 

       ? 開始校準后應(yīng)完成校準。在校準過程中不要終止或暫停校準 

       ? 校準后用去離子水漂洗儀器，重復(fù)操作至少 3 次

校準參數(shù)： 

       ? 線性校準 

       ? 操作模式：NPOC 

       ? 碳基線：0.3-0.5 μg  

       ? 校準點：試劑水、300 ppb、500 ppb、750 ppb、 1000 ppb 

       ? 4 次重復(fù)校準，1 次舍棄校準

校準示例：0-1 ppm 

       在 0-1 ppm TOC 范圍內(nèi)進行校準時，首先漂洗儀器使 基線碳響應(yīng)降至 0.35 μg 碳。應(yīng)在 NPOC 模式下完成 校準，進行 4 次重復(fù)和 1 次舍棄。校準數(shù)據(jù)如表 2 所 示。重復(fù)校準的變量應(yīng)在可接受的范圍內(nèi)（通過標準 <7％）。R² 值為 0.99，表示儀器在該濃度范圍內(nèi)具有 較強的線性響應(yīng)。

表 2：0 - 1 ppm 的校準數(shù)據(jù)

       通過分析兩個已知 TOC 的標樣來確認校準，分析濃度 應(yīng)不同于所使用的校準點濃度。漂洗儀器使基線降至 0.35 μg。在 NPOC 模式下分析 KHP 核查標樣，分析濃 度為 400 ppb 和 600 ppb。表 3 中的數(shù)據(jù)表明，經(jīng)過恰 當?shù)臏蕚洹⑴渲谩⑿?，Sievers InnovOx ES 在分析低 于 1 ppm 濃度時的相對精確度和準確度均優(yōu)于 10％， 其中 σ 為標準偏差，RSD 為相對標準偏差。

表 3：0 - 1 ppm 校準的確認數(shù)據(jù)

樣品分析示例：海水中 1 ppm TOC 定量分析

       用 Sievers InnovOx ES 來定量分析脫鹽進水及后續(xù)工藝 步驟中的 TOC，方法參數(shù)如表 4 所列。先進行 0-1 ppm 范圍的校準，儀器在 670 ppb 至 1.05 ppm 范圍內(nèi)分析 TOC，具有足夠的靈敏度來分辨出表 5 所列的工藝步驟 中漸降的 TOC。測量的相對精確度優(yōu)于 6％。

表 4：海水應(yīng)用中的分析方法參數(shù)

表 5：工業(yè)海水應(yīng)用的數(shù)據(jù)

結(jié)論 

       事實證明，Sievers InnovOx ES 能夠分析多種水性基體中的大范圍濃度的 TOC。當采用本說明所述的校準和Z佳操作方法時，儀器的成熟分析能力就會進一步提高，能夠分析 1 ppm 以下的濃度。這就使用戶能以高精確度和準確度來定量分析海水等基體中的有機碳。 TOC 分析在海水淡化應(yīng)用中極為重要，它有助于監(jiān)測膜是否完好無損，有助于將消毒副產(chǎn)物降至Z低。本儀器具有穩(wěn)健的分析能力，能夠確保水質(zhì)適用于冷卻 水、化學(xué)品生產(chǎn)、飲用水等各種應(yīng)用。

近年來，水質(zhì)監(jiān)測方法形成的種類繁多，但總的來說分為試紙檢測和傳感器監(jiān)測兩類，傳統(tǒng)的試紙監(jiān)測方法，面臨著操作過程復(fù)雜、試紙易受污染、監(jiān)測不準確等問題，而探頭法水質(zhì)檢測儀和國標法水質(zhì)檢測儀雖然克服了上述問題，但也面臨著檢測數(shù)據(jù)不易區(qū)分、價格昂貴以及占用空間大等缺陷，那么如何才能在保持檢測過程簡便、檢測結(jié)果準確這兩個關(guān)鍵優(yōu)勢的同時，減少檢測儀的價格和占用空間，并提升其進一步區(qū)分能力呢？

經(jīng)過多年努力，山東霍爾德電子自主研發(fā)的高精度總有機碳toc分析儀采用便攜設(shè)計，使用電導(dǎo)率差值檢測技術(shù)，檢測精度高，響應(yīng)時間短且配備大量的儲存空間，能夠存儲大量的測試數(shù)據(jù)。產(chǎn)品符合國家法規(guī)和標準，可滿足制藥用水、注射用水、超純水和去離子水的在線及離線的檢測要求。

目的 

       建議的美國藥典USP23要求，對于純化水（PW） 和注射用水（WFI），應(yīng)使用總有機碳含量（TOC） 測定替代當前的易氧化物測試。為支持使用自動進 樣器在實驗室測量TOC的建議要求，Z小化并去除 來自試管及樣品準備過程的背景碳，是非常關(guān)鍵的。 

適用范圍 

       本文設(shè)計用于協(xié)助制藥公司遵循水質(zhì)量的建議規(guī)格。 本文檢驗了幾種不同的試管和玻璃器皿清洗方法。 

       在試管中進行總碳分析時，背景污染可有多種不同 的來源。Z大的潛在背景碳含量來源之一，可以直 接來自用于試管漂洗和樣品制備的水源。為了進行 此測定，可使用諸如本研究所用的Sievers* 800型 等在線TOC分析儀直接測量水源中的總有機碳 （TOC）含量。如果水源是商品瓶裝水，則應(yīng)從容 器直接取樣進行該分析。如果水源為實驗室水系統(tǒng)， 充注1升干凈的玻璃燒瓶并從該燒瓶取樣進行分析。 表1顯示了使用這些技術(shù)在Sievers分析儀得到的結(jié)果。

表1 不同低TOC水及取樣方法比較

**Sievers分析儀

       當水轉(zhuǎn)移到燒瓶和試管內(nèi)時很容易被污染，正如以 上所示，Sievers分析儀的水轉(zhuǎn)移到燒瓶中的TOC含 量更高。如果可能的話，檢驗所選水源類型，以顯示其具有穩(wěn)定的低TOC。 

       污染的第二個主要來源可來自試管和清洗步驟。為了測定TOC背景污染的初始程度，請使用強烈的清 洗步驟。在科學(xué)界廣泛使用的清洗實驗室玻璃器皿的方法是鉻酸溶液（Sievers分析儀技術(shù)方案914- 80005），已經(jīng)被從美國藥典的實驗室玻璃器皿清 洗<1051>章中去除。使用該步驟清洗的試管和其他 玻璃器皿將獲得較低的TOC背景污染。在獲得較低 的背景污染之后，需要慎重檢驗更溫和的清洗步驟 以獲得同樣的結(jié)果。這里所檢驗的腐蝕性Z小的化 學(xué)清洗步驟是CIP-100洗滌劑。作為清洗劑的替代 方案，可使用馬弗爐清洗玻璃器皿。馬弗爐工藝需 要的人工更少，但初始設(shè)備成本巨大。如表2所示， 硫酸清洗、馬弗爐和CIP-100洗滌劑清洗過程與鉻 酸清洗過程的結(jié)果相當。CIP-100洗滌劑的一個優(yōu) 點是只需要10次漂洗，而與之相比，其他清洗劑需 要15或20次漂洗。Alconox實驗室洗滌劑不建議作為低TOC工作的清洗劑。

       當表 2 中所使用的試管 ， 加入足夠的苯醇醚 （Octoxynol）（Triton X-100），形成當充滿去離 子水時50 ppm（以碳計）的溶液，這時的清洗是有 挑戰(zhàn)性的。使這些標準添加溶液在各試管中干燥， 然后進行各種清洗步驟。

       當細菌污染成為問題時，微生物群落存在類似的情 況。在這里開發(fā)了無菌化技術(shù)，以應(yīng)對微生物工作 中遇到的交叉污染問題。 此概念可部分適用于碳樣品的制備。

例如，適合碳 樣品制備的無菌化概念為：

1) 避免直接觸摸墊片、移液管、自動取樣器針和其 他與樣品直接接觸的設(shè)備， 

2) 制備樣品時時避免對著它們呼吸， 

3) 避免采集前幾毫升的樣品流，采集樣品前等待， 直到一些體積經(jīng)過并凈化管道后，并且 

4) 當將試管載入自動取樣器時避免接觸覆蓋試管的隔膜。

       第二種意見是僅使用新試管進行 TOC 分析。這種做 法費錢費力，因為這些新試管需要進行 15 次漂洗 的準備步驟。使用此方法獲得的 TOC 值列在表 3 中。

       而另一種方法是購買制造商預(yù)清洗的試管。然而此 處列出的試管，供應(yīng)商沒有直接測試其 TOC，而是 測試其揮發(fā)性有機化合物。因此，沒有保證其Z大 TOC 含量。這些預(yù)清洗的試管充注 Sievers 低有機 物去離子水，并在儀器上進行分析。結(jié)果如圖 4 所 示。   

       減小背景碳污染的第三步是遵守嚴格的制備技術(shù)。 特別小心地處理與樣品接觸的試劑和設(shè)備，因為碳 污染無處不在。 

     例如，儲存在塑料袋中的墊片，如果手伸入內(nèi)部時， 可能受到殘留的手紋油的污染。表 5 顯示了使用故意被手紋直接污染的隔膜時更高的 TOC 含量。右列 顯示了在樣品制備時上下表面皆有觸摸的隔膜。碳污染量是樣品制備時與臟手或表面接觸程度的反映。

結(jié)論 

在樣品制備的三個方面敘述了背景碳的潛在原 因。要在低碳背景污染下獲得穩(wěn)定的 TOC 結(jié)果， 水、試管和樣品制備方法都必須仔細地監(jiān)控。

表2 試管清洗的不同清洗方案比較

表3 新試管的漂洗與測試

表4 預(yù)清潔試管充滿并測試

表5 樣品制備時無菌相對非無菌化墊片觸摸

簡介和挑戰(zhàn) 

       制藥行業(yè)嚴重依賴于塑料包裝材料，以將產(chǎn)品推向市場。藥品的包裝材料包括瓶子、一次性使用的袋 子（例如靜脈輸液、血液或其組分的輸液袋）、預(yù) 充式注射器等，包裝材料中可能含有多種成分（各 種聚合物和添加劑）。必須證明這些包裝材料（及 其結(jié)構(gòu)材料）不會與藥品發(fā)生反應(yīng)，從而影響藥品的適用性。 近來，USP <661>章經(jīng)過修訂，適用范圍更加全面， 能夠用于驗證各種包裝材料和包含多種材料的包裝 系統(tǒng)。 

USP 的總有機碳（TOC）法規(guī) 

       USP 要求對純化水（Purified Water ，PW）和注射用水（Water for Injection ，WFI）進行 TOC 測試， USP <643>章對此有完整的說明。純化水和注射用水的 TOC 限值設(shè)定為 0.5 ppm。 

       2016 年 5 月 1 日， USP <661>總章有了重大修訂， 此章標題重定為“塑料包裝系統(tǒng)及其結(jié)構(gòu)材料 （ PLASTIC PACKAGING SYSTEMS AND THEIR  MATERIALS OF CONSTRUCTION）”。另外，總章 的 2 個分節(jié)為：

? <661.1>塑料結(jié)構(gòu)材料（Plastic Materials of  Construction） 

? <661.2> 制 藥 用 塑 料 包 裝 系 統(tǒng) （ Plastic  Packaging Systems for Pharmaceutical Use） 

法規(guī)除了描述材料和系統(tǒng)之外，還提出了更廣泛的測試方法和技術(shù)，其中包括 TOC 測試。 

       如上所述，這是為了使用戶了解包裝系統(tǒng)和包裝本 身所使用的材料。因此，修訂的法規(guī)對行業(yè)運營產(chǎn)生了深遠影響，目前適用于：

? 成品藥制造商 

? 塑料袋、瓶、輸液器具等的制造商包裝藥品的監(jiān)管批準者負有達到本法規(guī)要求的主要職責。

USP <661>分節(jié) 

<661>有兩個分節(jié)： 

<661.1>塑料結(jié)構(gòu)材料。本節(jié)旨在確保各種材料符 合適用性。本節(jié)專用于各種塑料材料。 

<661.2>藥品用塑料包裝系統(tǒng)。本節(jié)旨在確保含有 一種或多種材料的整個包裝系統(tǒng)符合適用性。

661 的預(yù)期評估 

材料篩選 

? 評估可能的可萃取物和潛在的可浸出物的成分 控制條件下的萃取研究 

? 進行Z壞情況的受控的萃?。M）研究，確定萃取物變成可能的可浸出物的程度 

產(chǎn)品評估 

? 對于將要推向市場的包裝/輸送系統(tǒng)中的藥品， 對已確認的可浸出物進行實際測量

661 的 TOC 限值

滿足 USP <661>法規(guī)的其他 TOC 要求 

進行的 TOC 分析： 

? 應(yīng)有 0.2 ppm 檢測限 

? 應(yīng)有 0.2 - 20 ppm 線性動態(tài)范圍

Sievers M9 TOC 分析儀與滿足 USP <661>的要求

       Sievers M9 總有機碳（TOC）分析儀提供良好的可 靠性和快速分析性能，此優(yōu)越性已經(jīng)過時間的檢驗。 分析儀能夠?qū)?TOC 結(jié)果的報告時間縮短 50％，從 而提高了生產(chǎn)效率。 

       Sievers TOC 分析儀能夠幫助在嚴格監(jiān)管的環(huán)境下 運營的企業(yè)達標，儀器的性能超過了法規(guī)和分析要 求。分析儀的線性范圍廣，對超純水樣品的低濃度 具有高靈敏度，對清潔驗證樣品的高濃度檢測能力也很強。

       M9 分析儀的線性范圍為 0.03 ppb - 50 ppm，有效 地達到了 USP <661>對檢測限和動態(tài)線性范圍的要求。所有的 Sievers TOC 分析儀都符合純化水和注 射用水的 USP <643>要求。

為了支持分析儀和 USP <661>合規(guī)性，我們提供 NIST 可追溯標樣和 ISO Guide 34 與 ISO/IEC 17025 的認證標樣：

? 準確度/精確度標樣組，8 ppm (STD 770131) 

? 準確度/精確度標樣組，5 ppm (STD 99011) 

? USP <661>線性標樣組 (STD 99012) 如有要求，我們還提供線性協(xié)議和電子表格以供參考。 

       上述標樣，結(jié)合 Sievers 的故障調(diào)查分析報告 （Failure Analysis Report，F(xiàn)AR），提供了可追溯 性和快速“不合規(guī)（Out of Specification ，OOS）” 調(diào)查。 

       M9 分析儀有實驗室型和便攜式兩種，便于使用。分析儀符合 USP <643>、USP <645>、USP <661>、 USP <1225>、21 CFR Part 11 等法規(guī)要求，包括國際同類標準要求。

參考文獻 

1.USP <661>總章 

2. USP <661.1>和<661.2>分節(jié) 

3. USP 661 簡報： http://www.usp.org/sites/default/files/usp_pd f/EN/meetings.pdf