所有TOC分析儀都具備兩種功能：將水中有機(jī)碳氧化成二氧化碳CO₂，并測(cè)量所產(chǎn)生的CO₂。TOC可用于對(duì)未正確清潔的設(shè)備中的雜質(zhì)和殘留物進(jìn)行定量，以及檢測(cè)所有含碳化合物：藥物活性成分 （Active Pharmaceutical Ingredients， API）、清潔劑、蛋白質(zhì)和中間產(chǎn)物。用來(lái)測(cè)量TOC的分析技術(shù)有著相同的目標(biāo)：把有機(jī)分子*氧化成CO₂，檢測(cè)所生成的CO₂，并以碳濃度表示。所有方法都必須區(qū)分無(wú)機(jī)碳和有機(jī)碳，無(wú)機(jī)碳可能來(lái)自水中溶解的CO₂和重碳酸鹽，而有機(jī)碳則是由樣品中有機(jī)分子氧化而成的?？偺迹═C）是有機(jī)碳與無(wú)機(jī)碳之和，因此測(cè)得的總碳（TC）減去測(cè)得的無(wú)機(jī)碳（IC）的值就是TOC：TOC=TC–IC。

各種TOC測(cè)定儀的不同之處在于氧化樣品水中有機(jī)物的方法，以及檢測(cè)樣品中所生成CO₂濃度的方法。不同的檢測(cè)方法對(duì)樣品分析的準(zhǔn)確度有很大影響，進(jìn)而影響清潔驗(yàn)證檢測(cè)程序。

市面上所有TOC測(cè)定儀都使用以下兩種方法之一來(lái)氧化有機(jī)化合物并將之轉(zhuǎn)換為CO₂氣體：燃燒法，或紫外（UV）+過(guò)硫酸鹽法。

燃燒技術(shù)使用氮?dú)狻⒀鯕饣蚩諝饬鳎瑴囟仍?00°C以上。燃燒方法在氧化步驟中也使用催化劑。該類(lèi)方法中常用的催化劑有氧化銅、氧化鉆或鉑。

UV過(guò)硫酸鹽氧化方法利用UV光使有機(jī)物*氧化為CO₂。將樣品暴露在設(shè)備內(nèi)汞蒸汽燈的UV光之下，將樣品內(nèi)的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為CO₂氣體。對(duì)于濃度大于1 ppm的樣品或化合物 ，則在樣品流中加入過(guò)硫酸鹽并混合均勻，從而利用接受照射的樣品生成的負(fù)價(jià)氫氧（HO-）基來(lái)確保氧化過(guò)程順利進(jìn)行。過(guò)硫酸鹽是一種強(qiáng)氧化劑，在UV輻射下生成硫酸鹽和氫氧基，可將有機(jī)化合物*氧化為CO₂。

為檢測(cè)CO₂濃度，分析儀器需要使用檢測(cè)方法以區(qū)分樣品中的CO₂和其他分子?，F(xiàn)有兩種檢測(cè)方法：非色散紅外（Non-Dispersive Infrared， NDIR）或電導(dǎo)檢測(cè)。

用于氣體測(cè)量的NDIR技術(shù)依靠各種氣體在紅外光譜范圍內(nèi)的能量吸收特征來(lái)判別分子類(lèi)型。運(yùn)用NDIR技術(shù)的TOC測(cè)定儀使紅外線穿過(guò)兩根*相同的導(dǎo)管射入檢測(cè)器。第一個(gè)導(dǎo)管作為參比池，充滿無(wú)紅外吸收的氣體，如氮?dú)?。第二個(gè)導(dǎo)管（池）用于氣體樣品的測(cè)量。

電導(dǎo)檢測(cè)方法使用電導(dǎo)傳感器，通過(guò)計(jì)算電導(dǎo)率確定CO₂的濃度。為計(jì)算TOC，水溶液通過(guò)兩個(gè)電導(dǎo)傳感器，其中一個(gè)檢測(cè)總碳（TC）濃度而另一個(gè)檢測(cè)無(wú)機(jī)碳（IC）濃度。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，計(jì)算出樣品的TOC濃度。

NDIR方法可對(duì)含碳范圍在0.004–50,000 ppm的樣品進(jìn)行定量，而電導(dǎo)率法可以進(jìn)行十億分之一（part per billion, ppb）級(jí)的定量。總體而言，NDIR和電導(dǎo)率檢測(cè)器對(duì)于低濃度的TOC有足夠的靈敏度，但會(huì)受到離子干擾。使用只允許CO₂選擇性透過(guò)的半透膜可減輕此因素的影響。

結(jié)合使用UV過(guò)硫酸鹽氧化與*的選擇性CO₂膜技術(shù)，是Sievers系列TOC分析儀優(yōu)于常規(guī)TOC技術(shù)（如燃燒 NDIR技術(shù)）的眾多要素之一。Sievers技術(shù)能持續(xù)為用戶提供更為精確的TOC讀數(shù)。

在Sievers基于選擇性膜的電導(dǎo)方法中，CO₂傳送模塊中的選擇性CO₂膜可阻止離子進(jìn)入，在使CO₂無(wú)阻通過(guò)的同時(shí)，排除了干擾化合物和氧化副產(chǎn)物。選擇性CO₂膜消除了背景干擾，并防止非碳基化合物和副產(chǎn)物聚集。

HPLC分析很漫長(zhǎng)，增加了實(shí)驗(yàn)室清潔驗(yàn)證分析所需時(shí)間。使用HPLC將導(dǎo)致數(shù)小時(shí)或數(shù)天的停工，造成高額成本并減少提供給患者的產(chǎn)品數(shù)量。有例子表明，某些制藥企業(yè)單日停工損失超過(guò)100萬(wàn)美元。表2將Sievers TOC分析儀與燃燒/催化-NDIR和燃燒-NDIR TOC分析儀進(jìn)行了詳細(xì)比較，其中包括估算的月運(yùn)行成本。

TOC是一種用于低濃度級(jí)別有機(jī)化合物檢測(cè)的、簡(jiǎn)單快速的分析方法，并且可用于檢測(cè)無(wú)法使用HPLC檢測(cè)的污染物。與常規(guī)方法相比，TOC已被證明可減少75%以上的停工時(shí)間和方法驗(yàn)證時(shí)間。FDA出臺(tái)的指導(dǎo)方針——21世紀(jì)現(xiàn)行藥物生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范 （cGMP's for the 21st Century），旨在加強(qiáng)和更新藥物制造規(guī)則，使用TOC分析進(jìn)行清潔驗(yàn)證，與專(zhuān)屬性分析方法相比 （如HPLC）在質(zhì)量和效率上的優(yōu)勢(shì)已引發(fā)越來(lái)越多的關(guān)注。

表2. TOC方法比較