在制药行业，不同药物的生产过程使用到的水质也不同。最常见的有纯净水（AP）和注射用水（WFI）。欧洲药典（EP）和美国药典（USP）都将总有机碳含量的限值设定为0.5 mg/L。这种超纯水的TOC 测定有两种方法，即差值法和直接法。两种测定方法在总无机碳（TIC）测定的过程上有所不同。除有机物质外，水里还有无机碳化合物。这些无机碳化合物以溶解的CO2 形式存在，也有可能以碳酸盐和碳酸氢盐的形式存在。在TOC 测定时，为了不将这些无机碳化合物计算在内，必须去除TIC。

差值法的优缺点

使用差值法时，首先需要将所有碳组分（有机物和无机物）完全氧化。运载气体将CO2 输送到检测器，该检测器能够测出所产生的总碳（TC）量。然后在接下来的分析步骤中添加所需的无机酸，如盐酸或磷酸。这些酸能将所有碳酸盐和碳酸氢盐转化为CO2，这样一来便可得出TIC。TC和TIC 之差（TOC=TC-TIC）即为TOC 含量。

这种测定方法的缺点是误差传播，因为通过这两个分析步骤得出的浓度差包含统计的不确定性。定量方法既不准确且不合适，尤其是当总TOC 浓度很低或TIC浓度明显高于TOC 时。通常，TOC 应该大于或等于TIC 浓度。

采用直接法更精确、更快

当比率不同时，可使用直接法。样品制备时需要通过酸化样品，将TIC 成分（碳酸盐和碳酸氢盐）转化为CO2，然后利用一种气体把样品中的CO2 冲洗掉。随后所有现有的碳组分都会被氧化，转化成CO2，得到不可吹出的有机碳（NPOC）。此方法的优点是更精确、更快速。然而，如果样品在除气过程中出现发泡趋势，则测出值可能低于实际值。因此，应该根据样品的性质在两种分析方法中进行选择。

下列两种方法可将碳氧化：

● 湿式氧化法：在过硫酸根离子存在的情况下，用紫外线照射样品，此时会释放出OH 自由基。该自由基将碳组分转化为CO2。

● 催化燃烧氧化法：把样品注入热的带有铂涂层的催化器中。

两种氧化法的检测限

岛津公司（Shimadzu） 在其TOC-V 和TOC-L 系列产品中提供了两种氧化方法。TOC-V 使用湿式氧化法。其优点是可以将20.4 mL 的大进样量注入到反应器中。这样可以得出小于0.5μg/L的最低检测限。

TOC-L 则采用催化燃烧氧化法，使用了温度为680℃的铂催化剂。这种氧化作用更加强大，尤其是在对颗粒进行氧化时。由于热压激增，催化燃烧氧化时的最大进样量会低于湿化氧化时的最大进样量，但也可以达到4μg/L的检测限。

如果EP 和USP 没有指定氧化方法，则两种方法均可在此处使用。为此，药典提供了使用TOC 分析装置的相关信息。这些分析装置必须能够去除或获取TIC（差值法和直接法均适用），并且检测限至少为50μg/L。另外，它们必须经过系统适用性测试，通过此测试能够了解难以氧化的物质（在这种情况下为苯醌）和容易氧化的物质（在此情况下为蔗糖）的可氧化程度。

当然， 这些方法不仅用于确定超纯水或注射用水的纯度，TOC 分析法也被用于清洁验证。

清洁验证的相关法规

进行清洁验证的依据是欧盟GMP 附录15 和《药品和有效成分制造条例》（AM-WHV）。AMWHV（1）中第6 节规定必须检查所用清洁、消毒和灭菌过程的有效性，并验证相应的过程。欧盟GMP 附录15 中的10.6 和10.7节指出，在对产品和清洁剂残留，以及微生物和内毒素污染进行清洁验证时，必须检查装置和仪器。

附录15 中的10.6.2 也提到了TOC 测定是一种适用于产品残留或清洁剂残留检测的方法。

TOC 测定具有以下优点：

● 快速且高效；

● 在药典中有描述，参见Eur. 2.2.44/USP <643> ；

● 欧盟GMP 附录15 中提到的分析方法；

● 针对有机化合物；

● 适用于痕量范围；

● 价格便宜；

● 使用水性介质， 例如，Aqua Purificata（AP）或注射用水，进行简单采样；

● 计算最坏情况，安全系数高。

清洁验证中的采样

根据欧盟GMP 附录15 中第10.12 节规定，应在样品的清洁验证中通过擦拭或淋洗进行采样。其中淋洗采样尤其受欢迎，因为它可以相对快速地进行，且成本低。在淋洗采样过程中，最终淋洗和后续最终淋洗（Post-Final Rinse）之间存在区别。

在最终淋洗测试时，要检查在清洁过程中最后的漂洗水。然而此处测定的TOC 值并不代表清洁后系统上的残留物，因为最后的淋洗水含有已被清除的残留物，会被去除掉。

与之相反，在后续最终淋洗测试时，则是在清洁后再取样来测定残留物。为了能够有针对性地对困难区域进行检测，例如，连接处或拐角处可以用棉签擦拭采样来补充淋洗采样。

用于淋洗采样的装置有几种常见的选择。最常见的是CIP 清洗系统（在线清洗）。该系统装有一定数量的介质，这些介质通过泵和喷嘴被带到表面。清洁喷嘴的喷射流可以保护机械部件。选择CIP 清洗系统的最大优势是可以通过机械控制反复使用。另一种选择是密闭容器，如穆勒桶，将其注入足量的介质后封闭，然后在限定的时间内（如3 ～ 5 min），在摆动式混合机上转动。

如果无法提供设备支持时，例如，使用老式的Solida 混合机，或者为了进行采样必须拆卸系统时，则通常通过冲洗表面来进行淋洗采样。为此，可以使用喷雾瓶、一次性注射器、烧杯等类似的工具。软管适用于一种特殊情况，在这种情况下，通常需要极大的水量才能完全冲洗内表面。因此，淋洗取样是通过“摆动”进行的。无论淋洗技术如何，都有必要对采样介质的空白值进行检测。

如果已根据先前验证的方法测定了样品的TOC，就可计算出残留量。为此，重要的是确定所用淋洗介质的体积。在利用所找到的污染物中测定的TOC 值计算最坏情况时，需要假设所有测得的碳均源自该污染物。这样计算的优点在于，当可能存在痕量的其他含碳化合物时，计算出的目标物质中的污染物会偏高，这样可以提高安全性。

确保水检测的安全性

TOC 测定是检测超纯水以及残留物，尤其是痕量范围内清洁剂的残留物的常见方法。TOC 测定在药典中有专门的描述，并在欧盟GMP附录15 中明确提及清洁验证，如淋洗样品。在Shimadzu TOCLCPH装置上，采用燃烧方法进行TOC 测定，可以分解更为复杂的分子，并安全地对其进行测定。无论采用哪种测定方法（包括擦拭和淋洗采样法在内），TOC 测定必须根据物质的特异性来进行验证。ICHQ2（R1）通常作为理论基础。