Анализаторы общего органического углерода (Total Organic

Тема номера: лабораторное оборудование
«Фармацевтическая отрасль», август № 4 (27) 2011
Анализаторы общего органического
углерода (Total Organic Carbon – TOC)
Определение общего органического углерода (TOC) лежит
в основе химии мониторинга состояния окружающей среды
и контроля качества. Содержание углерода измеряется
в растворах или взвесях органических веществ в водной среде.
При помощи TOCанализа можно измерять углерод любого
происхождения – биологического (в живых или мертвых
организмах) или химического (химические загрязнения)
П
редприятия водоснабже
ния следят за показателя
ми TOC для определения
качества исходной воды, для из
мерения эффективности процес
сов удаления органического угле
рода и последующей водоподго
товки. Например, предприятие
водоснабжения использует TOC
для мониторинга количества по
бочных продуктов, возникающих
в процессе хлорирования или
озонирования. Анализ TOC часто
используется вместо проведения
более сложных измерений – на
пример, при исследовании за
грязнений продуктами нефтехи
мии, растворителями, фармацев
тическими продуктами, хлорсо
держащими промышленными ве
ществами, пестицидами. Резуль
таты измерения уровня TOC могут
также стать поводом для дополни
тельного анализа. Например,
фармацевтический производи
тель может прибегнуть к жидкост
ной хроматографии – массспек
трометрии для исследования об
разцов воды, уровень содержа
ния TOC в которых превышает до
пустимые нормы.
Государственные органы США,
Европы и Японии, регулирующие
фармацевтическую отрасль, тре
буют проведения TOCанализа
для определения качества ульт
рачистой воды, используемой в
биотехнологии, чтобы убедиться
в отсутствии бактериального за
грязнения.
Анализ TOC не является специ
фичным. Он показывает общее ко
личественное содержание органи
ческого углерода, но не идентифи
цирует загрязняющее вещество.
66
Как проводится TOCанализ
ТОСпоказатель – это только один
из интегральных показателей
форм углерода. Чтобы понять, как
именно он связан с другими интег
ральными показателями, принято
разделять формы углерода на сле
дующие типы:
ТС – общий углерод;
ТОС – общий органический уг
лерод;
ТIC – общий неорганический
углерод;
NPOC – нелетучий органичес
кий углерод;
РОС – летучий органический уг
лерод.
Между этими показателями ус
танавливается следующая мате
матическая связь:
TC = TOC + TIC
TOC = NPOC + POC
Существует два основных под
хода к проведению TOCанализа:
1) предварительное отделение
неорганического углерода TIC (в
основном карбонатов) с последу
ющим проведением измерения
содержания TOC; 2) математичес
кое вычитание TIC неорганичес
кого углерода из TC общего угле
рода, присутствующего в образ
це. Измерение содержания TOC
проходит в четыре этапа: 1) под
кисление пробы и удаление неор
ганического углерода (ТIC); 2) от
деление продувкой летучих орга
нических соединений, измерение
суммарного содержания которых
(РОС)
проводится
отдельно;
3) окисление оставшихся в пробе
углеродсодержащих соединений;
4) детектирование.
Две последние операции явля
ются основой TOCанализа. Окис
ление может быть проведено раз
личными способами: высоко или
низкотемпературное сгорание, ка
талитическое окисление, фото
окисление, термохимическое
окисление или электролитическое
окисление. Согласно мнению спе
циалистов по TOCанализу из ком
пании OI Analytical (Техас, США),
каждый из этих способов имеет
свои преимущества и недостатки.
Регистрация TOC осуществля
ется путем измерения проводи
мости, методами недиспергирую
щей инфракрасной спектроско
пии (NDIR) на максимальной по
лосе поглощения диоксида угле
рода или колориметрическим
способом. Наиболее распростра
ненные online анализаторы TOC,
применяемые для анализа питье
вой воды, используют метод
NDIR. СО2 имеет уникальную ха
рактеристическую полосу погло
щения в инфракрасном диапазо
не. Настроившись точно на эту
частоту, можно исключить влия
ние всех остальных мешающих
веществ.
Измерение ТОС в режиме online
может быть реализовано
как в лабораторном варианте,
так и в варианте многоканальных
автоматических систем,
устанавливаемых вне
лаборатории, непосредственно
на производственных участках.
Оба указанных варианта online
анализаторов, а также приборы
для пробоотборного анализа,
использующие
термокаталитическое
или УФ/химическое окисление,
выпускаются корпорацией
SHIMADZU (подробно
о ТОСанализаторах SHIMADZU
см. статью на стр. 71
настоящего выпуска)
Тема номера: лабораторное оборудование
«Фармацевтическая отрасль», август № 4 (27) 2011
Анализаторы TOC, работающие
в режиме online, могут непрерыв
но функционировать в автомати
ческом режиме. Однако для обес
печения надежности квалифици
рованные технические специали
сты должны регулярно проводить
калибрование, инспекцию и об
служивание приборов.
Различные возможности
TOCанализаторов
Покупатели оценивают TOCана
лизаторы по таким качествам,
как простота в использовании,
производительность и степень
автоматизации. Пользователь хо
чет иметь возможность загрузить
набор образцов и уйти, пока при
бор выполняет работу. Желатель
но также, чтобы TOCанализатор,
наряду с предоставлением ре
зультатов, выполнял функцию
контроля. Это может быть обеспе
чено путем подключения анали
затора к информационной систе
ме лаборатории – LIMS (laborato
ry information management sys
tems), или (для критически важ
ных приложений) – к системе
SCADA (supervisory control and
data acquisition), или к сети
Ethernet, что посредством функ
ции контроля обеспечит останов
ку завода или процесса при реги
страции существенного отклоне
ния от нормы.
Анализаторы TOC имеют раз
умную цену: базовый прибор сто
ит около USD 20 000. Цена будет
выше в случае комплектации ав
томатическим пробоотборником,
а также устройством для опреде
ления азота или изотопов угле
рода. Последовательно соеди
ненные детекторы чаще встреча
ются в исследовательских цент
рах, чем в промышленных лабо
раториях.
Как отмечает руководство
компании GE Power and Water
(Колорадо, США), за последнее
десятилетие популярность TOC
анализаторов определялась тре
бованиями регуляторных орга
нов. Каждая фармацевтическая
компания, которая поставляет ле
карства в США и Европу, должна
измерять уровень TOC на соот
ветствие определенным специ
фикациям. При производстве ле
карств вода высокой степени чи
стоты используется как для про
68
изводства стерильных препара
тов, так и для операций очистки.
Другой областью, на которую
распространяются требования
регулятора, является окружаю
щая среда. Каждый город с насе
лением свыше 10 000 человек
должен контролировать соответ
ствие уровня TOC в питьевой во
де определенным стандартам.
Кроме того, некоторые компа
нии продемонстрировали эквива
лентность измерений TOC другим
тестам и используют TOC в качест
ве основного обязательного ана
лиза при сбросе сточных вод. Пре
имущество состоит в том, что TOC
анализ дает непосредственный
результат и не требует специаль
ных навыков, в отличие от, напри
мер, методики хроматографии.
Удобство программного обес
печения для пользователя также
очень желательно. Однако про
цесс обработки данных значи
тельно отличается в различных
секторах. Важно, чтобы програм
мное обеспечение служило кон
кретным потребностям каждого
приложения. В большинстве слу
чаев анализаторы TOC теперь со
ответствуют параметрам LIMS
для лабораторий. Однако произ
водитель лекарств будет требо
вать для TOCанализатора соот
ветствия требованиям CFR Part
11 правил FDA США для ведения
электронных записей.
Надежность и время эксплуа
тации TOCанализаторов являют
ся важными факторами как для
загруженных работой аналитиче
ских лабораторий, так и для не
прерывной работы в режиме он
лайн. Однако в конечном счете
большинство решений о покупке
того или иного оборудования при
нимают на основе показателя
производительности, что в итоге
сводится к времени, необходимо
му для анализа пробы, и к про
пускной способности.
Применение TOCанализаторов
Анализаторы органического угле
рода являются одними из основ
ных рабочих инструментов в от
раслях, где необходимо определе
ние и количественное измерение
содержания углерода в различных
образцах различного происхожде
ния. В отличие от спектроскопии, с
помощью которой проводится из
мерение определенных соедине
ний углерода по их характерным
признакам взаимодействия со
светом, анализ TOC не дает ответа
на вопрос, какие именно соедине
ния углерода присутствуют в об
разце. Тем не менее этот анализ
дает информацию о наличии за
грязнений, которая очень важна
для оценки состояния окружаю
щей среды. Анализ TOC является
обязательным для многих лабора
торий, особенно для определения
качества технологической воды
при работе с полупроводниками,
или в отраслях, для которых сущес
твуют регуляторные требования к
ультравысокой чистоте технологи
ческой воды и инструментов, для
процессов очистки или валидации
отмывки, а также при производ
стве лекарств. Другие отрасли
промышленности, регулярно ис
пользующие анализ TOC, – фарма
цевтика, пищевая и нефтегазовая.
Кроме того, этот анализ активно
используют в науках о жизни и при
проведении следственных меро
приятий.
Анализ TOC включает обработ
ку образца кислотой и окисление
до диоксида углерода (СО2), с по
следующей диагностикой и изме
рением количества углерода. Об
работка кислотой проводится для
устранения углерода неорганиче
ского происхождения. Окисление
проходит через прямое высоко
температурное (1 300 °С) или ка
талитическое (680 °С) сгорание,
либо же при помощи методики
воздействия ультрафиолетом или
термического окисления в при
сутствии персульфата.
Детектор является «сердцем»
анализаторов TOC. Для определе
ния количества диоксида углерода
используются две основные мето
дики: на основе измерения прово
димости и при помощи недиспер
гирующей инфракрасной спектро
скопии (NDIR). Измерение прово
димости осуществляется непо
средственно на образце или при
помощи мембраны. Прямое изме
рение проводимости имеет свои
ограничения, но является деше
вым способом, не требующим на
личия газаносителя, и имеет чув
ствительность до уровня частиц на
миллиард (ppb). Измерение прово
димости при помощи мембраны
является более сложной методи
Тема номера: лабораторное оборудование
«Фармацевтическая отрасль», август № 4 (27) 2011
кой, требующей затрат дополни
тельного времени, но имеет боль
шую степень надежности и более
широкую область применения.
Следует отдать предпочтение
методике NDIR, в которой отсут
ствуют погрешности интерферен
ции и которая напрямую измеря
ет уровень TOC, получаемого в
процессе окисления. Относитель
но недавний вариант методики
NDIR, основанный на повышении
концентрации в образце при по
мощи статического давления,
обеспечивает лучшую чувстви
тельность и точность измерений
в объеме всего образца без ис
пользования проточной кюветы.
Еще одно направление ТОС
анализа – определение содержа
ния общего органического углеро
да в твердых веществах, напри
мер в почве. Наличие устройства
для накопления газа после сжига
ния позволяет усреднять данные,
полученные для неоднородных
твердых образцов. По технологии
высокотемпературного окисления
твердые образцы очень легко
анализировать, и нет надобности
применять сложные устройства
накопления газа после сжигания.
Экологи рассматривали воз
можность использования данных
о соотношении изотопов в перьях
или в помете птиц для нанесения
на карту их миграционных путей.
Исследователи происхождения
продуктов питания используют
эту методику для точного опреде
ления места происхождения та
ких основных продуктов, как, на
пример, оливковое масло. А фар
мацевтические компании ис
пользуют изотопы для определе
ния подделок.
TOCанализ приобретает все
большую популярность и вскоре
может заменить проверенные, но
устаревшие методики, разрабо
танные много лет назад для мате
риалов, о содержании углерода в
которых раньше не думали, – та
ких, например, как бетон. Конеч
но, внедрение новой методики
TOCанализа займет некоторое
время, поскольку лишь неболь
шое количество людей стремится
преодолеть силу инерции.
По материалам
журнала LabManager,
www.labmanager.com
Практические аспекты высокоэффективной
жидкостной хроматографии
О
собенностью данного семинара
тренинга было обучение практи
ческим навыкам работы на жидкост
ном хроматографе, ознакомление с
основными подходами при разработ
ках методик работы на нем, начиная с
пробоподготовки и заканчивая вали
дацией аналитических методик.
Отзывы участников:
Жанна Смолко, начальник отдела кон
троля качества,
Марина Барун, инженер лаборатории
отдела контроля качества,
ООО «Фармхим» (г. Шостка)
«Выражаем искреннюю благодар
ность за интересный и содержатель
ный семинар «Практические аспекты
ВЭЖХ» (30.06–01.07.2011). Особен
но полезными для применения в на
шей дальнейшей работе считаем сле
дующие темы, раскрытые в ходе семи
наратренинга:
• возможные причины повышения и
понижения рабочего давления, ал
горитм проведения диагностики
сбоя работы насоса, способ пред
упреждения отложения солей или
развития бактерий, консервация
хроматографа при длительных пе
рерывах в работе;
• эксплуатация, промывка, хране
ние хроматографических колонок,
пути повышения времени службы
колонок;
• выбор органических растворите
лей, рекомендации по разработке
методов анализа.
Спасибо».
Под таким названием 30 июня – 1 июля
2011 г. в Киеве прошел семинар
тренинг, организованный компанией
ООО «Стандарты Технологии Развитие»
и ООО «ШимЮкрейн». В семинаре
принимали участие директор Александр
Сухомлинов, заместитель директора
Виктория Волченко и инженерметодист
Роман Гайдук (компания «ШимЮкрейн»).
Вел семинартренинг к. х. н. Александр
Макаренко. Обучение прошли
20 специалистов – химикианалитики,
хроматографисты, инженеры, технологи
фармацевтических предприятий Украины
способи їх реалізації на практиці,
обговорено широко розповсюджені
проблеми, з якими стикаються
аналітики при роботі з хроматогра
фом. Було розглянуто елементи будо
ви і функціонування хроматографів
для ВЕРХ, виділено основні джерела
похибок і несправностей у вузлах
хроматографів та методи їх усунення.
Велику увагу було приділено власти
востям фази колонки та взаємодії ру
хомої і нерухомої фаз з аналітом, спо
собам покращення розділення визна
чуваних речовин. Наприкінці семінару
належну увагу було приділено пробле
мам кваліфікації хроматографів
і валідації аналітичних методик,
що застосовують метод ВЕРХ.
Теоретичні заняття супроводжувались
демонстрацією роботи рідинного
хроматографа Prominence фірми
Shimadzu спеціалістами
ТОВ «ШимЮкрейн».
Отримані на семінарі знання дозволи
ли переглянути і систематизувати
власний досвід. Фактичний табличний
матеріал є цінним для застосування
в процедурах кваліфікації лаборатор
ного обладнання і валідації аналітич
них методик».
Ю. В. Шуха, хіміканалітик,
ТОВ «ЮріяФарм»
«На дводенному семінарітренінгу було
розглянуто теоретичні основи ВЕРХ і
69