20180627 環(huán)氧乙烷殘留量氣相色譜法分析演示幻燈片

1,技術(shù)中心實(shí)驗(yàn)室2018.06,環(huán)氧乙烷殘留量分析方法,2,環(huán)氧乙烷,氣相色譜的基本概念,氣相色譜的結(jié)構(gòu),EO的測試,氣相色譜的維護(hù),其他測試,3,理化性質(zhì)：最簡單的環(huán)醚無色氣體沸點(diǎn)：10.4易爆，易揮發(fā)，有醚味。,1.1環(huán)氧乙烷的綜述,環(huán)氧乙烷對人體的危害（1）急、慢性毒性（2）三致作用及生殖毒性（3）急性中毒與局部刺激（4）神經(jīng)系統(tǒng)損害與慢性毒性（5）致癌作用（6）生殖毒性,滅菌：EO具有頑強(qiáng)的擴(kuò)散和穿透能力，對細(xì)菌芽孢、真菌和病毒等各種微生物均有滅殺作用，屬于廣譜滅菌劑。,機(jī)理：烷基化反應(yīng),4,1.1環(huán)氧乙烷的綜述,殘留物：1.EOEthyleneOxide環(huán)氧乙烷2.ECHethylenechlorohydrin氯乙醇3.EGEthyleneGlycol乙二醇,一種刺激體表、具有急性毒性，并且在中毒劑量通過皮膚快速吸收的易燃性液體。輕微的致突變性，具有產(chǎn)生胎兒毒性的潛能。動物致癌試驗(yàn)：陰性,ISO10993-7:2008附錄IEG無遺傳毒性，未顯示任何潛在的致癌性多數(shù)材料中EO轉(zhuǎn)化為EG不明顯，且EG允許限量明顯高于EO、ECH棉花、膠原,5,參照標(biāo)準(zhǔn)：ISO10993-7:2008,醫(yī)療器械環(huán)氧乙烷的接觸量限度,1.2環(huán)氧乙烷限量,6,1.3環(huán)氧乙烷分析方法,比色分析法,環(huán)氧乙烷在酸性條件下水解生成乙二醇，乙二醇經(jīng)高碘酸氧化生成甲醛，甲醛與品紅亞硫酸試液反應(yīng)生成產(chǎn)生紫紅色化合物，通過比色分析法可求得環(huán)氧乙烷含量。,氣相色譜法,在一定溫度下，用萃取劑萃取樣品中所含環(huán)氧乙烷（EO），用頂空氣相色譜法測定環(huán)氧乙烷含量。,7,1.4環(huán)氧乙烷-浸提方法,浸提方法,模擬使用浸提,極限浸提,定義：用水浸提來模擬產(chǎn)品使用，通過評價患者或使用者在日常使用器械中所接觸到的殘留物水平。,a)浸提介質(zhì)：水b)浸提溫度：整個或部分與人體接觸的器械在37浸提，不直接與人體接觸的器械在（252）浸提；c)浸提時間：應(yīng)考慮在推薦或預(yù)期使用最為嚴(yán)格的時間條件下進(jìn)行，但不短于1h；d)浸漬表面：器械與藥液或血液接觸的表面。,短期接觸長期接觸,定義：隨后的浸提至浸提液中EO或ECH的量小于首次浸提液中10%檢出量的浸提，或浸提到測得的累積殘留量無顯著性增加。,持久接觸,包括熱極限浸提法和溶劑極限浸提法,8,通過分析有代表性的“最壞情況”，經(jīng)動力學(xué)研究來掌握一族相似的產(chǎn)品。,1.5影響環(huán)氧乙烷殘留量的因素,溫度、裝載密度和排列、氣流、時間,滌綸、聚碳酸酯吸附量大,包裝材料、包裝密度、運(yùn)輸容器的密度,濃度、作用時間、溫度、循環(huán)類型、濕度、抽真空度與換氣次數(shù)、產(chǎn)品密度。,組合包：選擇殘留量最大的作為代表如：導(dǎo)管、紗布、吸液材料、手術(shù)衣袖口,9,1.5影響環(huán)氧乙烷殘留量的因素,組合包：手術(shù)衣袖口,10,分配系數(shù)在一定溫度下，組分在兩相間分配達(dá)到平衡時的濃度（g/mL）比，用K表示,分配比k：質(zhì)量比，又叫容量因子或容量比,分配系數(shù)與分配比都是與組分及固定相的熱力學(xué)性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)，隨分離柱溫度、柱壓的改變而變化。分配系數(shù)與分配比都是衡量色譜柱對組分保留能力的參數(shù)，數(shù)值越大，該組分的保留時間越長。,2.1色譜的基本概念-分配系數(shù),11,2.1色譜的基本概念-分配系數(shù),分配比與分配系數(shù)的關(guān)系,式中為相比，流動相體積Vm與固定相體積VS之比,分配比k與保留時間tR的關(guān)系k的實(shí)驗(yàn)求解,12,2.2色譜的基本概念,1.基線無試樣通過檢測器時，檢測到的信號即為基線。2.保留值：時間或體積,保留時間（tR）：組分從進(jìn)樣到柱后出現(xiàn)濃度極大值時所需的時間；,死時間（tM）：不與固定相作用的氣體（如空氣）的保留時間調(diào)整保留時間（tR）：tR=tRtM,13,2.2色譜的基本概念,3.相對保留值r21,組分2與組分1調(diào)整保留值之比：r21=tR2/tR1=VR2/VR1,相對保留值只與柱溫和固定相性質(zhì)有關(guān)，與其他色譜操作條件無關(guān)，它表示了固定相對這兩種組分的選擇性。,r21=tR2/tR1=K2/K1k1/k2,14,2.2色譜的基本概念,色譜峰為高斯正態(tài)分布時，色譜流出曲線為：,用來衡量色譜峰區(qū)域?qū)挾鹊膮?shù)，有三種表示方法：（1）標(biāo)準(zhǔn)偏差()：即0.607倍峰高處色譜峰寬度的一半。（2）半峰寬(Y1/2)：色譜峰高一半處的寬度Y1/2=2.354（3）峰底寬(Y)：Y=4,色譜柱效參數(shù),15,2.3色譜的基本概念-理論,兩種色譜理論塔板理論熱力學(xué)因素速率理論動力學(xué)因素,塔板理論的假設(shè)：(1)在每一個塔板上，可以迅速建立分配平衡(2)將流動相看作成脈動（間歇）過程；(3)試樣沿色譜柱方向的擴(kuò)散可忽略(4)每次分配的分配系數(shù)相同。,16,2.3色譜的基本概念-塔板理論,色譜柱長：L，塔板高度：H，色譜柱的理論塔板數(shù)：n，則三者的關(guān)系為：n=L/H理論塔板數(shù)與色譜參數(shù)之間的關(guān)系為：,組分在tM時間內(nèi)不參與柱內(nèi)分配，需引入有效塔板數(shù)和有效塔板高度：,Y,柱效參數(shù)：單位柱長的塔板數(shù)越多，表明柱效越高,Y,17,2.3色譜的基本概念-塔板理論,(1)提出了計算和評價色譜柱效的參數(shù)和方法,(2)柱效不能表示被分離組分的實(shí)際分離效果，當(dāng)兩組分的分配系數(shù)K相同時，無論該色譜柱的塔板數(shù)多大，都無法分離。,(3)無法解釋同一色譜柱在不同的載氣流速下柱效不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，也無法指出影響柱效的因素及提高柱效的途徑。,塔板理論的特點(diǎn)和不足,2020/5/16,18,2.4色譜的基本概念-速率理論,用速率方程重新定義塔板高度，并提出影響柱效的動力學(xué)因素：渦流擴(kuò)散、分子擴(kuò)散、傳質(zhì)阻力速率方程（也稱范.弟姆特方程式）H=A+B/u+CuH：理論塔板高度，u：載氣的線速度(cm/s),A渦流擴(kuò)散項(xiàng)B/u分子擴(kuò)散項(xiàng)Cu傳質(zhì)阻力項(xiàng),19,2.4色譜的基本概念-速率理論,渦流擴(kuò)散項(xiàng),A=2dpdp：固定相的平均顆粒直徑：固定相的填充不均勻因子,固定相顆粒越小dp，填充的越均勻，A，H，柱效n，色譜峰變寬現(xiàn)象減輕，色譜峰較窄。,20,2.4色譜的基本概念-速率理論,分子擴(kuò)散項(xiàng),B=2Dg：彎曲因子，Dg：組分在氣相中的擴(kuò)散系數(shù)（cm2s-1）,與組分性質(zhì)、流速、滯留時間、流動相性質(zhì)、柱溫等因素有關(guān),21,傳質(zhì)阻力項(xiàng),2.4色譜的基本概念-速率理論,k為容量因子；Dg、DL為擴(kuò)散系數(shù)。減小擔(dān)體粒度，選擇小分子量的氣體作載氣，可降低傳質(zhì)阻力。,流動相傳質(zhì)阻力Cg固定傳質(zhì)阻力CLC=（Cg+CL）,22,2.5色譜的基本概念-分離度,塔板理論和速率理論都難以描述難分離物質(zhì)對的實(shí)際分離程度。即柱效為多大時，相鄰兩組份能夠被完全分離。難分離物質(zhì)對的分離度大小受色譜過程中兩種因素的綜合影響：保留值之差色譜過程的熱力學(xué)因素；區(qū)域?qū)挾壬V過程的動力學(xué)因素。色譜分離中的四種情況如圖所示：,柱效高，K(分配系數(shù))較大,完全分離；K不是很大，峰較窄，柱效高，基本分離峰寬，柱效較低，K較大,但分離的不好；K小，柱效低，分離效果更差。,23,2.5色譜的基本概念-分離度,分離度的表達(dá)式：,R=0.8：兩峰的分離程度可達(dá)89%；R=1：分離程度98%；R=1.5：達(dá)99.7%（相鄰兩峰完全分離的標(biāo)準(zhǔn)）。,24,2.5色譜的基本概念-分離度,影響分離度的因素：,理論塔板數(shù)n增加柱效，可提高分離度r21（或選擇因子）增大r21是提高分離度的最有效方法，容量因子，分配比,25,2.5色譜的基本概念-分離度,k影響峰位,n影響峰寬窄,影響兩峰間距,26,2.6色譜的基本概念-分離條件的優(yōu)化,載氣及其流速,H=A+B/u+Cu，最佳流速uopt(B/C)1/2,柱溫柱溫，分離度，分析時間，綜合考慮復(fù)雜，沸程寬的試樣，采用程序升溫,柱長和柱內(nèi)徑滿足分離目的的前提下，盡可能選用較短的柱,載體粒度影響柱效,進(jìn)樣方式和進(jìn)樣量,27,2.7色譜的基本概念,用回收率表示，至少3個濃度點(diǎn)9個結(jié)果。,一般認(rèn)為：色譜圖上平直基線部分的噪聲峰高RN，3倍RN對應(yīng)的量就是檢出限。,基線漂移在最初基線的5%以內(nèi),至少5個濃度點(diǎn)，最小相關(guān)性宜為0.95（ISO10993-2008）要求0.99以上。,28,3.1氣相色譜-結(jié)構(gòu),氣相色譜法系采用氣體為流動相（載氣）流經(jīng)裝有填充劑的色譜柱進(jìn)行分離測定的色譜方法。物質(zhì)或其衍生物氣化后，被載氣帶入色譜柱進(jìn)行分離，各組分先后進(jìn)入檢測器，用記錄儀、積分儀或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)記錄色譜信號。,采用溶液直接進(jìn)樣時，進(jìn)樣口溫度應(yīng)高于柱溫3050,柱溫箱穩(wěn)定性要求:1，波動0.1/h,火焰離子化檢測器（FID）：痕量有機(jī)物熱導(dǎo)檢測器（TCD）：水、氣體混合物的分析電子捕獲檢測器（ECD）：含鹵素的化合物NPD、FPD、MS,檢測器溫度一般應(yīng)高于柱溫，并不低于150，以免水汽凝結(jié)，通常為250350。,色譜柱:填充柱或毛細(xì)管柱。（230老化5h）,載氣系統(tǒng)包括氣源、氣體凈化、氣體流速控和測量5個9,隔墊襯管,29,3.2氣相色譜-操作,毛細(xì)管進(jìn)樣系統(tǒng)：InertCap6240.32mmx30mx3.00m,上海舜宇GC1120,30,4.1氣相色譜法-定量法,歸一法適用于試樣中各組分都能流出色譜柱，并在色譜圖上顯示色譜峰。全部出峰,外標(biāo)法精密量取對照品，配制成溶液，注入儀器，記錄色譜圖對照品溶液和供試品溶液中待測成分的峰面積（或峰高），按下式計算含量：Cx=CRAx/AR,自動進(jìn)樣,內(nèi)標(biāo)法精密取對照品和內(nèi)標(biāo)物質(zhì)，分別配制成溶液，精密取各溶液配成校正因子測定的對照溶液，測量對照品和內(nèi)標(biāo)物質(zhì)的峰面積或者峰高，按下式計算校正因子：（f）=AsCR/ARCs再取各項(xiàng)中含有內(nèi)標(biāo)物質(zhì)的供試品溶液，測量峰面積。按下式計算含量：Cx=fAxCs/As,例子：EO、ECH,例子：乙醇（正丙醇）甲醇（正丁醇）EO（氧化丙烯）,內(nèi)標(biāo)物4個注意點(diǎn)：相近相似；試樣中不存在內(nèi)標(biāo)物，且完全分離；純物質(zhì)或已知含量；互溶，不可逆,不能全部出峰,31,標(biāo)準(zhǔn)貯備液,測試樣品,繪標(biāo)準(zhǔn)曲線,參考標(biāo)準(zhǔn)：ISO10993-7-2008、GB/T14233.1-2008,4.2EO的測試,計算結(jié)果,32,4.3標(biāo)準(zhǔn)曲線-EO,1、標(biāo)準(zhǔn)儲備液的配制取外部干燥的50mL容量瓶，加入30mL水，稱重，記a；用冷卻的注射器加入0.2mL環(huán)氧乙烷，輕輕搖晃后，蓋好瓶蓋，稱重，記b。前后質(zhì)量差即為溶液中所含環(huán)氧乙烷的質(zhì)量，加水至刻度線，配成儲備液，該濃度為C1=（b-a）*CEO*103/50mg/mL。2、稀釋10倍為C2后配置成標(biāo)樣點(diǎn)3、加熱每個標(biāo)樣取5mL液體，于60下加入40min4、測試并繪標(biāo)準(zhǔn)曲線,5、舉例a=61.6839gb=61.8183gC1=(61.8183-61.6839)x99.5%x103/50=2.67456mg/mL=2674.56g/mL稀釋10倍，C2=267.456g/mL取8個100mL容量瓶，配置標(biāo)樣點(diǎn)：,33,4.4標(biāo)準(zhǔn)曲線-EO,34,4.4測試樣品,1、制樣將樣品透析包裝打開，選取易于拆卸、剪取及不易環(huán)氧乙烷解析部位，將樣品剪成5mm碎塊，取1.00g，置于20mL頂空瓶，加水5.0mL，密封。注意：a、做好準(zhǔn)備工作b、組合包中每款產(chǎn)品都檢，以“結(jié)果最壞的”作為組合包的測試結(jié)果c、稀釋合適的倍數(shù)2、加熱樣品于60下浸提40min（極限浸提法）3、測試4、記錄導(dǎo)入校準(zhǔn)表，查看結(jié)果,熱極限浸提法,35,絕對含量WEO=5cm1/m10-3（mg）m1-單位產(chǎn)品質(zhì)量；m稱樣量相對含量CEO=5c/m（g/g）,4.4測試樣品,36,4.4樣品的處理,1、樣品的保存,注：驗(yàn)證時，“空白樣品”,37,4.4樣品的處理,2、頂空瓶的處理測試完的頂空瓶，剪開瓶蓋，倒出樣品，在自來水下沖洗后，放在盆中，加入肥皂水，于通風(fēng)櫥下浸泡1-2天；撈出清洗干凈，在120下干燥2-3h。,注：驗(yàn)證時，“空白樣品”,38,五、氣相色譜-維護(hù),a、新的柱子主要目的：去除鍵和不夠穩(wěn)定的固定相，讓新柱子性能更穩(wěn)定。b、多次測試的柱子或測了殘留大樣品的柱子主要目的：去殘留,T老化=（T方法Max+T耐受Max）/2,老化的第一個重點(diǎn)：老化的最高溫度,極性強(qiáng)、膜厚大的柱子通常耐受溫度比較低，老化前，需仔細(xì)查閱色譜柱包裝盒或說明書。,5.1氣相色譜-維護(hù)-色譜柱的老化,39,5.1氣相色譜-維護(hù)-色譜柱的老化,老化失敗最常見的原因a、氧氣的存在高溫下氧氣是破壞化學(xué)鍵的好手，而色譜柱里的固定相一旦破壞，彼此間的鍵鍵鏈會破壞，固定相不能再“穩(wěn)定”固定在色譜柱中，造成大量柱流失，柱效大幅下降。處理：1、把色譜柱末端伸入溶劑中，觀察是否有連續(xù)的泡沫（查漏）2、升溫前，先通15min氮?dú)?、確保其它接頭，正確安裝,c、已使用過的柱子先分析樣品成分，若是在老化溫度下也不能被完全氣化的成分，如蛋白質(zhì)、膠狀物，在老化前，應(yīng)先進(jìn)行色譜柱的維護(hù)換襯管、色譜柱柱頭切割,b、新柱子老化，最好不接檢測器FID檢測器：可不連檢測器、不點(diǎn)火、不開空氣和氫氣,40,5.2氣相色譜-維護(hù),3.4.1氣體FID：氫氣為燃?xì)猓諝鉃橹細(xì)饧兌忍畛渲?9.99%氮?dú)庾鳛檩d體毛細(xì)管分析：99.999%氮?dú)庾鳛檩d氣氫氣：安全原因氦氣：靈敏度高，基線噪聲非常小，成本過高定期檢查去除來自空氣壓縮機(jī)的空氣水分的硅膠和除去有機(jī)物的分子篩等極性強(qiáng)的毛細(xì)管柱耐氧化性差，容易因氧化等而變化，因此，盡量裝配氧氣捕集器除氧。氧氣捕集器須定期用氫還原進(jìn)行再生。來自空氣壓縮機(jī)的空氣不是經(jīng)常流量一定，流量變動會影響基線，因此，在流路途中增加硅膠管和用于控制流量的波紋管閥，使流量穩(wěn)定。3.4.2柱柱的使用溫度盡量比柱的耐熱溫度低除去載氣中的氧（特別是使用極性柱時）使用高純度氣體；氣瓶更換時不要混入空氣氧氣捕集器裝在GC前不要使難揮發(fā)的成分進(jìn)入柱內(nèi)充分做好試樣的預(yù)處理使用柱襯管和石英棉安短的一次性使用的前置柱,3.4.3FID檢測器柱子老化時，不要把柱子與檢測器連接，以免檢測器被污染，上海舜宇GC1120的色譜柱最高溫度為230。各操作溫度未平衡之前將氫氣及空氣源關(guān)閉，以防止檢測器內(nèi)積水。點(diǎn)火時，不要使按鈕按下時的時間過長，以免損壞點(diǎn)火圈。儀器開機(jī)后，應(yīng)先通過載氣再升溫，待FID檢測器溫度超過100時方能點(diǎn)火。,41,6.1其他-酒精的測試,1.比重法適用于僅含乙醇和水的溶液原理：酒精比重計放入樣品溶液中，比重計下按放手，當(dāng)