总有机碳(TOC)和微生物浓度对应关系？

药典法规与TOC分析技术

回溯至20世纪80年代末，TOC分析作为一种在线水质监控技术已经在半导体超纯水制备领域得到广泛的应用，但是，在当时的制YY水质量控制领域，广大制YY水质量控制工作者才刚刚开始意识到大部分检测技术手段早已落后不堪，甚至有一部分沿用20世纪50年代的方法，这些实验室分析测试方法不仅工作强度大、结果稳定性差，而且极易受到取样容器、取样过程、周围环境、样品等待和人为操作等诸多因素的影响。这些制药法定检测项目以及检测方法已不能满足飞速发展的制YY水制备技术以及质量控制的需求。因此，从1989年开始，美国药典(USP)和美国药品研究和制造商协会（PhRMA）开展了一系列调查研究，考虑采用总有机碳TOC和电导率检测方法替代原来的制YY水湿法化学检测方法。在当时的制YY水设备制造领域，TOC和电导率分析仪器已经开始被制YY水设备制造商用于水纯化设备性能的监控。

USP经过近8年的激烈讨论与漫长的实践论证过程，于1996年11月在USP 23的增补条款第五条中官方公布：TOC分析技术可以用于纯化水和注射用水中有机杂质的监测和控制，对于纯化水和注射用水中的有机物监测，TOC检测和总不稳定性氧化物检测二者可以任选其一。随着1998年5月USP<643>总有机碳检测章节的公布实施，TOC检测成为USP用于制YY水（含纯化水和注射用水）质量控制的强制检测项，同时取消总不稳定性氧化物检测。

伴随着USP发起的药典法规“一致化”倡议，欧洲药典EP和ZG药典也分别在2000年和2010年针对制药行业纯化水和注射用水提出了TOC的检测要求，同时，这些药典法规也详细规定了纯化水和注射用水TOC检测的检测极限值以及对TOC分析仪器的Z低要求。对于制YY水质量控制，日本药典JP也于2007年在USP制YY水专家委员会的帮助下完成了制YY水质量控制改革，JP在其《制YY水综述》章节中规定，参照USP <643> 总有机碳检测章节规定的TOC检测方法，对制YY水进行TOC检测，同时JP推荐对于纯化水和注射用水的TOC检测采用更低的TOC检测极限值：在线TOC测量的极限值为300 ppbC，离线TOC测量的极限值为400 ppbC。各国Z新版药典对制YY水的TOC检测要求见表1。

各国Z新版药典对制YY水的TOC检测要求
TOC和微生物检测

制YY水的TOC检测项目用于检测制YY水中有机物的含量，而有机物含量与微生物污染水平息息相关，微生物污染可能会导致数以百万美元计的产品损失，因此微生物检测项是现代制药行业中Z普遍、要求Z为严格的检测项目之一。由于有机物和微生物之间的关系如此密切，人们很自然联想到如下这些问题：对于注射用水质量控制，TOC检测是否可以代替微生物检测？TOC和微生物含量之间是否有固定的对应关系？500ppbC的TOC检测极限值所对应的微生物活性水平是多少？

我们对于水中的微生物进行如下假设：水中的微生物密度为1 g/cm3，微生物的平均含碳量为10%，微生物为球形微生物并且半径为5 μm。那么：

微生物体积 = (4/3)πr3 = 5.2 × 10-10 cm3，

微生物中的含碳量 = 微生物体积×微生物密度×微生物的平均含碳量 = 5.2×10-11 g C，

1 ppbC TOC = 10 × 10-9 g C/ml，

1 ppbC TOC中的微生物数量 = 10 × 10-9 g C/ml ÷5.2×10-11 g C ≈ 19 /ml，

500 ppbC TOC中的微生物数量 ≈ 10000 /ml。

如果我们进行另外一种假设：水中的微生物密度为1g/cm3，微生物的平均含碳量为10%，微生物为球形微生物并且半径为0.5 μm。那么：

微生物体积 = (4/3)πr3 = 5.2 × 10-13 cm3

微生物中的含碳量 = 微生物体积X微生物密度X微生物的平均含碳量 = 5.2×10-14 g C

1 ppbC TOC = 10 × 10-9 g C/ml

1 ppbC TOC中的微生物数量 = 10 × 10-9 g C/ml÷5.2×10-11 g C ≈ 19000 /ml

500 ppbC TOC中的微生物数量 ≈ 10000000 /ml

通过上面两个简单的理想计算模型，我们很容易发现500 ppbC 的TOC浓度对于不同的微生物种类、微生物大小则意味着不同的微生物含量，因此TOC浓度检测不能替代微生物检测。另外，TOC和微生物之间也不存在某种