摘  要：为了提高总有机碳（total organic carbon，TOC）分析仪校准用蔗糖溶液定值的准确性，消除 影响总有机碳含量的干扰因素，配制拟商业化标准系列溶液，本研究进行了不同水质、不同储存温 度、不同材质储存器皿、湿度条件下低浓度蔗糖溶液的稳定性试验和加速实验以及 3 个批次拟商业 化系列标准溶液的组间差异实验。结果显示，超纯水经高压灭菌后 TOC 含量变化不显著，呈最稳定 状态；拧盖广口玻璃瓶储存低浓度蔗糖溶液的最佳温度范围是 4~20 ℃ 。20 ℃时，蔗糖溶液中的 TOC 含量在拧盖聚四氟乙烯（Polytetrafluoroethylene，PTFE）瓶中比在聚丙烯瓶（polypropylen，PP）瓶 中更稳定，且与玻璃瓶组无明显差异。加速实验结果显示，在高温（40±2 °C）、高湿（75%±5%）条件 下储存 6 个月，PTFE 蔗糖溶液的TOC 含量无显著变化。此外，随机抽取 3 个批次的拟商业化溶液 并绘制标准曲线，获得了较好重现性和稳定性。通过分析可知，TOC 含量会受水质、温度、储存器皿 材质及时间等因素影响，选择 PTFE 能有效减少析出物，提高低浓度蔗糖溶液中TOC 含量的稳定性。 

　　关键词：总有机碳；TOC；含量变化

　　制药用水 中总有机碳（total organic carbon， TOC）测定法是通过检测制药用水所含有机碳的总 量来间接控制其有机物含量的一种测定方法。TOC  是表示水体有机物总量的综合检测指标，用于反映 水中含碳有机物的绝对量，并以此表示水体的有机 物污染程度[1-2]。《中国药典 2020 年版 四部通则 0682 制药用水中总有机碳测定法》规定供试制药用水的总 有机碳浓度应小于等于 500 μg/L，用于 TOC 检测的 质量控制实验用水要求 TOC 限值为 100 μg/L[3]。

　　总有机碳分析仪是一种可以快速、准确测定水 样总有机碳含量的仪器。该仪器由于具有简单、快 速、准确、线性好、灵敏度高、无二次污染等优点，已 被广泛应用于地表水、饮用水、海水、水产养殖水、工 业用水、制药用水有机物含量的测定过程中，已成为 世界上现行水质控制的主要检测手段之一[4-5] 。TOC 分析仪在经过长期使用后，催化床会钝化导致设备 灵敏度下降[6-7]。为了获得可信度较高的测量值，必 须按照国家校准规范对仪器进行定期校准，使仪器 的各项性能指标均符合相应的要求。分析校准液是检测定值的基础，其准确度会直接影响试验结果；然 而，药典方法中并没有具体溶液的配制要求和步骤 提示。另外，低浓度蔗糖溶液特别容易受到污染并造 成微生物繁殖，国外此类校准液多采用商业化一次 性无菌包装，方便在作业现场进行标准化使用。目 前，我国还没有建立起生产该类产品的相关工艺标 准，同时在实际操作过程中也可能存在配制器皿不 统一、储存温度过于随意、保质期参差不齐、浓度梯 度线性不达标等情况，易导致校准液定值不准确和 结果具有不可重复性，从而直接影响医药用水的质 量[8-9] 。因此，为了保证测量结果的可靠性和一致性， 有必要开发 TOC 分析仪校准用的低浓度蔗糖溶液 标准物质，实现对不同公司、不同型号总有机碳分析 仪检测结果的准确评价与量值溯源。

　　目前市面上 TOC 分析仪系统的适用标准品多 为国外品牌，且价格昂贵，在本项目的前期研究中， 确定了 TOC 分析校准用蔗糖溶液的离子色谱法定 值测定方法。经离子色谱法检验，所研制的 TOC 分 析用低浓度蔗糖溶液均匀性良好，定值结果与配制值具有一致性[10]。为了进一步推动产品商业化，本文 通过配制水质、储存容器、储存温度、加速实验和标 准曲线组间差异等实验，对分析校准用低浓度蔗糖 溶液中的 TOC 含量进行了考察，明确了其溶液制备 的优化条件和防止污染、延长储存期限的可行方法， 以期为后续进行科学生产提供依据和数据支撑。

　　1   材料与方法

　　1.1   材料与试剂

　　蔗糖标准品（纯度≥99.97%，德国 Dr.Ehrenstor- fergmbh 公司）；Milli-Q 超纯水（电导率值为 0.054 8 μS/cm（25 ℃),TOC≤5 μg/L）。采用 Milli-Q 超纯水 为空白对照和配制试剂。

　　1.2   仪器与设备

　　IKA MS3 漩涡混合器（德国 IKA 公司）；Milli-Q 超纯水仪（美国 Millipore 公司）；MS104S 电子天平 （万分之一，瑞士梅特勒公司）；Sievers 500RL 总有 机碳 TOC 分析仪（美国GE 公司）；离子色谱仪配有 三元及以上梯度泵，脉冲安培检测器，Au 工作电极 （美国赛默飞世尔科技公司）；HWS-150 恒温恒湿箱 （上海森信公司）。

　　1.3   实验方法

　　1.3.1   样品预处理

　　根据文献可知，蔗糖分子质量 342.3，含碳量为 42.11% 。蔗糖溶液中 TOC 浓度计算式：

　　ρ=m×P×ωt （1）

　　式中：ρ 为 TOC 浓度，单位 mg/L；m 为质量 ，单位 mg；P 为纯度，单位%；ωt  为含碳量，单位%。

　　TOC 质量浓度为 50 mg/L 的蔗糖储备液：准确 称取干燥恒重蔗糖（P 为 99.97%）0.119 1g（准确至 0.000 1 g），加 Milli-Q 超纯水逐步溶解后，准确定容 至 1 000 mL，混匀后进行高温灭菌，冷藏保存。

　　TOC 质量浓度为 500 μg/L 的蔗糖工作液：准确 量取 5 mL 蔗糖储备液置于 1 000 mL 的容量瓶中， 加入超纯水定容至刻度，混匀后分装。采用离子色 谱法对配制值进行验证，以获得量值与配制值一致 性良好的样品。进行高温灭菌后，冷藏保存。

　　1.3.2   水质考察

　　取 500 mL 新鲜蒸馏水、新鲜超纯水样品，放置15 d 的超纯水和高压灭菌后放置 15 d 超纯水样品，各 6 瓶，置于拧盖广口玻璃瓶中，用离子色谱法检测 其 TOC 含量。

　　1.3.3   储存容器考察

　　室温（25 °C）下，用高压灭菌的超纯水配制 TOC 质量浓度为 250 μg/L、500 μg/L 的蔗糖溶液，以拧 盖 广 口 玻璃 瓶 作为 对 照 ， 用 拧 盖 聚 丙 烯 瓶 （polypropylen，PP）和拧盖聚四氟乙烯（Polytetrafluo- roethylene，PTFE）瓶各分装 6 瓶，每瓶 500 mL，分别 在储存 0 d、3 d、7 d 后考察，使用 TOC 分析仪进行 检测。

　　1.3.3   储存温度考察

　　取 500 mLTOC 质量浓度 500 μg/L 的蔗糖溶 液，置于拧盖广口玻璃瓶中，分别在 4 ℃、20 ℃、25  ℃、40 ℃的恒温箱内放置，每个温度下各储存 6 瓶， 分别于 0  d、1  d、3  d、7  d、10  d、14  d 后取样检测 TOC 含量，将该测定结果与 0 d 的测定结果进行比 较分析。

　　1.3.4   长期稳定性实验

　　将灭菌超纯水配制的 TOC 质量浓度为 250 μg/ L、500 μg/L、2 000 μg/L 的蔗糖溶液分别置于 PTFE 瓶（n=6）中，样品放置于恒温箱（温度 18±2 °C，相对 湿度 30%~70%）中，于第 3、12 个月末随机抽取样品 进行测试。按理论值/实测值计算得到日因子。

　　1.3.5   标准曲线组间差异实验

　　随机取 3 个不同批次拟商业化 PTFE 中的蔗糖 系列溶液，蔗糖含量分别为 2 000 μg/L、1 000 μg/L、 750 μg/L、500 μg/L、250 μg/L、0 μg/L ，备用。采用 TOC 分析仪分别检测，将结果绘制标准曲线。

　　1.3.6   仪器条件

　　TOC 分析仪：载气（O2，体积分数 99.999%）为 150 mL/min，燃烧室温度为 680 ℃ , 取一定体积的样 品放入 TOC 分析仪自动进样器中，编写好进样序 列，仪器自动进行测定，记录相应的 TOC 值。取样量 为 20 mL。

　　2   结果与分析

　　2.1   水质考察

　　用离子色谱法检测在 500 mL 拧盖玻璃瓶中加 入新鲜蒸馏水、新鲜超纯水、放置 15 d 的超纯水和 高压灭菌后放置 15 d 的超纯水中的 TOC 含量，各 6瓶，发现玻璃瓶中新鲜蒸馏水的平均 TOC 含量为 132.11±20.12 μg/L；新鲜超纯水的平均 TOC 含量 3.25±0.16 μg/L；室温放置 15 d 的超纯水的平均 TOC 含量为 96.75±8.28 μg/L，较新鲜超纯水显著增 加；高压灭菌后放置 15 d 的超纯水的 TOC 含量为 3.26±0.37 μg/L，较新鲜超纯水无显著变化。由此可 见，新鲜蒸馏水的 TOC 含量不达标；而新鲜超纯水 的 TOC 含量达标，但经过储存后可能会由于细菌易 繁殖以及空气中的 CO2 易溶解于纯水中等原因，导 致其 TOC 含量明显升高。因此，结合商业化大规模 生成需要，拟采用将配制好的低浓度蔗糖溶液高压 灭菌后，于无菌条件下迅速封装的工艺。

　　2.2   储存容器的选择

　　室温（25 ℃)下，灭菌超纯水配制的 TOC 浓度 为 250 μg/L 和 500 μg/L 的样品在不同容器中 TOC  含量随时间的变化见表 1。由表 1 可知，PP 瓶内不 同浓度蔗糖溶液中 TOC 含量在 3 d、7 d 时均有不同 幅度的增加，其中，TOC 浓度定值为 250 μg/L 的样 品从 255.0±1.11 μg/L 增加到 280.2±2.32 μg/L，之后 又增加到 311.1±3.29 μg/L，增幅高达 19.6% 。PP 瓶 超纯水中的 TOC 含量在 7 d 内增加了约 6 倍，表明 了容器内壁在储存过程中存在有机物析出的现象。 而与广口玻璃瓶对照组相比，PTFE 瓶中超纯水、250  μg/L、500 μg/L 蔗糖溶液中的 TOC 含量则无显著变 化。由此可见，PTFE 瓶比 PP 瓶更不易析出有机物， 效果类似于玻璃器皿，能有效减少储存器皿对 TOC  含量的影响。因此，本实验拟选择 PTFE 瓶作为 TOC  分析校准用低浓度蔗糖溶液储存容器，并进行下一 步考察。

　　2.3   储存温度对TOC 含量的影响

　　以拧盖广口玻璃瓶为储存容器，分别在 4 °C、 20 °C、25 °C、40 °C 的条件下，将 TOC 质量浓度为 500 μg/L 的蔗糖溶液储存 0 d、1 d、3 d、7 d、10 d、14  d 后，检测 TOC 含量随时间的变化情况，结果见图  1。结果显示，在 4 °C、20 °C 的条件下，样品 TOC 含 量几乎未发生变化；温度为 25~40° C 时，低浓度蔗  糖溶液富含养分，较适宜的温度可以促进细菌生长， 有机物污染可能会导致溶液中的 TOC 含量增加。另  一方面，高温 40 °C 时，蔗糖溶液总有机碳值会随时 间延长而出现波动，导致标准偏差变大。这可能是由  于在温度升高后的前 1 d，水源中的有机碳在蔗糖 溶液中的溶解度随温度升高而降低，逸出率大于溶  解率导致 TOC 含量减小。由此可见，4~20°C 的储存 条件可以有效减弱溶解率的变化率，抑制细菌繁殖， 保证低浓度蔗糖溶液中 TOC 含量的稳定性。

　　2.4   长期稳定性试验

　　将 250 μg/L、500 μg/L、2 000 μg/L 的蔗糖溶液 置于恒温箱（n=6）中，于第 6、12 个月后进行检测。 其 中 TOC 含量 250  μg/L  的 检 测 结 果 分 别 为 250.00±0.32 μg/L 和 251.00±0.62 μg/L ， 日因子在 0.99~1.00 之间；TOC 含量 500  μg/L 的检测结果分 别为 500.00±0.63 μg/L 和 505.00±1.21 μg/L，日因子 在 0.98~1.00 之间；TOC 含量 2 000  μg/L 的检测结 果分别为 2 003.00±1.66 μg/L 和 2 008.00±3.59μg/  L ， 日因子维持在 1 左右。长期稳定性试验结果表 明，在温度为 6±2 °C，相对湿度为 30%~70%的条件下，将模拟商业化样品保存 12 个月后，日因子变化 范围较小，TOC 含量变化不明显。

　　2.5   标准曲线组间差异实验

　　为了提高现场采样的工作效率，预先配制不同 批次蔗糖梯度的系列溶液，进行批次间的稳定性对 比分析，并以此考察商业化标准曲线系列溶液的可 行性。实验中随机取 3 个不同批次拟商业化 PTFE 中的蔗糖系列溶液，TOC 定值含量为 2 000 μg/L、1 000 μg/L、750 μg/L、500 μg/L、250 μg/L、0 μg/L。绘 制的 3 条标准曲线的斜率及截距见表 2 ，经 t 检验 不存在显著性差异。实验数据表明，在本实验室环 境下，为不同批次浓度为 0~2 000 μg/L 的拟商业化 蔗糖溶液绘制标准曲线，具有较好的重现性和稳定 性。

　　3   讨论与结论

　　本文通过考察不同储存条件下蔗糖校准液中 TOC 变化的试验结果，阐明拟商业化 TOC 分析校准 溶液的最佳配制工艺为以经高压灭菌的超纯水为溶 剂；以拧盖 PTFE 广口瓶作为储存容器，储存最佳温 度为 4~20 ℃ 。于冰箱冷藏（温度 6±2 °C，相对湿度 30%~70%）保存 12 个月，TOC 含量无显著变化。使 用相同方法储存 TOC 质量浓度为 0~2 000 μg/L 的低浓度蔗糖溶液，不同批次间的标准曲线具有较好 的重现性和稳定性。通过对实验结果进行数据分析 和阐述，本研究力求为改进生产工艺，控制分析校准 用低浓度蔗糖中的 TOC 含量提供科学依据和数据 支持，而推动医药用水质量安全保障工作的发展与 革新。

　　参  考  文  献

　　［1］ 付朝阳, 季红梅, 黄成浩, 等. 水中低含量总有机碳在线 监测仪校准方法探讨［J］. 中国标准化, 2022(9): 227-232.

　　［2］ 李瑞瑞, 张彦彪, 吴展华, 等. 总有机碳分析方法的优化 ［J］. 广东化工, 2022, 49(20): 98-101, 89.

　　［3］ 国家药典委员会. 中华人民共和国药典: 2020 年版四 部［S］. 北京: 中国医药科技出版社, 2020.

　　［4］ 黄梓宸, 周瑾艳, 黄彦捷, 等. 水中总有机碳溶液标准物质 的研制［J］.食品安全质量检测学报,2019, 10(11):3530-3535.

　　［5］ 付广伟, 陈翰, 张宏扬, 等. 基于紫外 / 三维荧光的海水 总有机碳浓度测量［J］. 仪器仪表学报, 2020, 41(12): 192-198.

　　［6］ 马康, 谷雪蔷, 黎朋. 总有机碳(TOC)分析技术及仪器的 计量标准现状［J］. 中国计量, 2011(5): 94-96.

　　［7］ 张民. 深入开展碳水化合物研究,改善食品品质,提高食 品营养性和安全性［J］. 食品安全质量检测学报, 2015, 6(5): 1748-1749.

　　［8］ RICK ANDREW. Total Organic Carbon in Organic Con- taminant Reduction Test Water［J］. WC&P International: Wa- ter Ponditioning & Purification Magazine, 2022, 64 (7): 34-35.

　　［9］ 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中国国 家标准化管理委员会．标准样品工作导则(3)标准样品 定值的一般原则和统计方法: GB/T 15000.3—2008［S］. 北京: 中国标准出版社, 2008.

　　［10］ 胡守江, 张妮, 庄毅. 总有机碳(TOC)分析校准用蔗糖 溶液的离子色谱法定值测定［J］. 广州化工, 2022, 50(10):64-66, 79.