目的
本研究證明 Sievers® M9 TOC 分析儀能夠透過測量總有機碳 (TOC) 和電導率來檢測和定量分析殘留的微量 0.2 M KOH (一種常用清洗劑)。
背景資訊
稀 KOH 溶液是製藥業常用的基本清潔劑，用於在轉換產品前清洗生產設備。在進行清潔驗證時，必須確定設備的最後沖洗液中是否有殘留的清潔劑。 KOH 分子本身不含碳，因而不產生 TOC 訊號，但我們可以透過測量電導率來有效地檢測 KOH。 KOH 常伴隨有微量的有機碳，我們無法透過測量電導率來檢測這些有機碳。如果無法清除這些有機碳，就會影響產品品質。因此檢測 KOH 中的碳污垢，能夠提高清潔製程的驗證效率。本研究中的數據表明，可以使用 Sievers M9 分析儀來有效地測量 KOH 的 TOC 和電導率。
實驗測試計劃
對酸化的 0.2 M KOH 溶液 (pH 值為 1.78) 的初步分析結果顯示，0.2 M KOH 含有約 3.7% (質量百分比) 的碳。未酸化的 0.2 M KOH 的分析結果顯示，其電導率為 4.4 μS/cm。使用上述碳含量和電導率的分析數據，來完成以下測試步驟。
▶ 用 M9 分析儀測量 TOC
在 1 ppm 0.2 M 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，用於 Sievers M9 分析儀的測試。 KHP 溶液由1,000 ppm 儲備溶液製成。 1 ppm 0.2 M KOH 溶液的含碳量為 3.7% (質量百分比)，來自酸化的 0.2 M 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最佳試劑流量。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省操作時間。表 1 列出了在本研究中進行 TOC 分析時所採用的最佳試劑流量。
| 濃度 (ppm) | 酸劑流量 (μl/分鐘) | 氧化劑流量 (μl/分鐘) |
| 0.5 ppm 0.2 M KOH | 1 | 0 |
| 0.5 ppm 0.2 M KOH + 0.5 ppm KHP | 1 | 0.1 |
| 0.5 ppm 0.2 M KOH + 1 ppm KHP | 1 | 0.2 |
| 0.5 ppm 0.2 M KOH + 5 ppm KHP | 1 | 1 |
| 0.5 ppm 0.2 M KOH + 20 ppm KHP | 1 | 3.1 |
表 1：TOC 分析的最佳試劑流量
▶ 用 M9 分析儀測量電導率
用 20 μS/cm 儲備溶液製成 4 種電導率濃度的 0.2 M KOH 溶液。使用 20 μS/cm 電導率儲備溶液，以非酸化的 0.2 M KOH 電導率 4.4 µS/cm 基礎之上，使用 0.2 M KOH溶 液稀釋至 0.1% (質量比) 配製而成。所有的 0.2 M KOH 溶液均在乾淨的低 TOC 玻璃器皿中製備，然後立即移至 Sievers 認證的 TOC 樣品瓶 (認證 TOC 小於 10 ppb) 中進行分析。對所有樣品重複測量 4 次，不捨棄任何測量結果。
測試設備
- Sievers M9 實驗室型 TOC 分析儀，序號：1611-2048
- Sievers 自動進樣器，序號：14030016
- DataPro2 軟體
校準和確認
▶ TOC 校準
以標準的多點系統任務來校準 Sievers M9 分析儀。表 2 列出了校準數據。校準包括 TC 和 IC 通道。校準參數在設定值內。 R² 為 1.0，表示校準在預期範圍內是線性的。
樣品 (ppb) | 實測TOC (ppb) | 相對標準偏差 (%) | 調整值 (ppb) |
| 試劑水 | 18.0 | 11.1 | 15.3 |
250 | 262 | 0.22 | 271 |
| 1000 | 967 | 0.62 | 1010 |
5000 | 4820 | 0.32 | 5050 |
| 10000 | 9580 | 0.47 | 10000 |
25000 | 23900 | 0.64 | 25000 |
| 50000 | 47500 | 0.21 | 47000 |
10000 IC | 9580 IC | 0.16 | 10300 IC |
表 2：0 – 50 ppm 校準的結果
▶ TOC 確認
用蔗糖來確認 2 ppm 處的校正。表 3 列出了確認結果。
| 標樣濃度 | 預期值 | 實測值 | 相對標準偏差 (%) | 差值 (%) | 差值 ≤ ± 2% 且相對標準差 ≤ 3% 嗎？ |
| 2 ppm TOC | 2.00 ppm | 2.020 ppm | 0.29% | 0.01% | 是的，測試通過 |
表 3：校準後對 2 ppm TOC KHP 標樣測量的結果
結果和討論
表 4 列出了將不同濃度的 KHP 加入 1 ppm 0.2 M KOH 溶液中的 TOC 測量值，圖 1 是線性迴歸結果。
| 預期 TOC (ppm) | TOC 濃度 (ppm) | 標準偏差 (ppm) | 相對標準偏差 (%) | 偏離預期值 (%) |
| 1 ppm 0.2M KOH | 1.02 | 0.01 | 1.2% | 2% |
| 1 ppm 0.2M KOH + 0.5 ppm KHP | 1.54 | 0.02 | 1.2% | 3% |
| 1 ppm 0.2M KOH + 1 ppm KHP | 2.09 | 0.01 | 0.46% | 4% |
| 1 ppm 0.2M KOH + 5 ppm KHP | 6.25 | 0.04 | 0.56% | 4% |
| 1 ppm 0.2M KOH + 20 ppm KHP | 21.6 | 0.08 | 0.38% | 3% |
表 4：0.5 ppm 0.2M KOH 和 0.5、1、5、20 ppm KHP 的 TOC 測量結果
圖 1：TOC 與 0.2 M KOH/KHP 濃度的線性迴歸結果
加入 KHP 的 0.2 M KOH 的 TOC 回收率在 0.5 – 20 ppm 濃度範圍內是高度線性的 (R²=1)。 1 ppm 0.2 M KOH 的 TOC 為 1020 ± 12.6 ppb，是 Sievers M9 分析儀的 0.03 ppb 檢測極限的 30,000 倍以上。這些數據表明，微量的 0.2 M 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 範圍內 KOH 的電導率測量結果，圖 2 是線性迴歸結果。
| 預期電導率 (μS/cm) | rCond (μS/cm) | 標準偏差 (μS/cm) | 相對標準偏差 (%) |
| 0.5 | 0.1 | 0.03 | 4.19 |
| 1 | 0.3 | 0.003 | 0.35 |
| 5 | 4.4 | 0.02 | 0.38 |
| 20 | 25.9 | 0.13 | 0.48 |
表 5：0.5 – 20 μS/cm 0.2 M KOH 的電導率測量結果
圖 2：電導率與 0.2 M KOH 濃度的線性迴歸結果
0.2 M KOH 的電導率在 0.5 – 20 μS/cm 範圍內是高度線性的 (R² = 0.996)。 0.5 μS/cm 0.2 M KOH 的電導率為 0.1 ± 0.03 μS/cm，是 Sievers M9 分析儀的 0.01 μS/cm 檢測極限的 10 倍以上。因此可以用 Sievers M9 分析儀透過測量電導率來準確、精確地檢測 0.2 M KOH。
結論
同時測量電導率和 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 的電導率功能可以偵測到大於 0.5 μS/cm 的 KOH (是一種市售的鹼性清潔劑)。當微量的 0.2 M KOH 中的 KHP 濃度範圍是 0.5 – 20 ppm 時，TOC 響應為線性 (R² = 1)，顯示 KOH 基質效應對 TOC 測量的影響微乎其微。由於 KOH 分子本身不含有機碳，無法透過測量 TOC 來檢測微量的 0.2 M KOH，但同時測量 TOC 和電導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，具有電導率功能的 Sievers M9 分析儀是測量無機離子和有機化合物的最佳儀器。
