1,技術中心實驗室2018.06,環氧乙烷殘留量分析方法,2,環氧乙烷,氣相色譜的基本概念,氣相色譜的結構,EO的測試,氣相色譜的維護,其他測試,3,理化性質：最簡單的環醚無色氣體沸點：10.4易爆，易揮發，有醚味。,1.1環氧乙烷的綜述,環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）神經系統損害與慢性毒性（5）致癌作用（6）生殖毒性,滅菌：EO具有頑強的擴散和穿透能力，對細菌芽孢、真菌和病毒等各種微生物均有滅殺作用，屬于廣譜滅菌劑。,機理：烷基化反應,4,1.1環氧乙烷的綜述,殘留物：1.EOEthyleneOxide環氧乙烷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，具有產生胎兒毒性的潛能。動物致癌試驗：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材料中EO轉化為EG不明顯，且EG允許限量明顯高于EO、ECH棉花、膠原,5,參照標準：ISO10993-7:2008,醫療器械環氧乙烷的接觸量限度,1.2環氧乙烷限量,6,1.3環氧乙烷分析方法,比色分析法,環氧乙烷在酸性條件下水解生成乙二醇，乙二醇經高碘酸氧化生成甲醛，甲醛與品紅亞硫酸試液反應生成產生紫紅色化合物，通過比色分析法可求得環氧乙烷含量。,氣相色譜法,在一定溫度下，用萃取劑萃取樣品中所含環氧乙烷（EO），用頂空氣相色譜法測定環氧乙烷含量。,7,1.4環氧乙烷-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：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：應考慮在推薦或預期使用最為嚴格的時間條件下進行，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”，經動力學研究來掌握一族相似的產品。,1.5影響環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、運輸容器的密度,濃度、作用時間、溫度、循環類型、濕度、抽真空度與換氣次數、產品密度。,組合包：選擇殘留量最大的作為代表如：導管、紗布、吸液材料、手術衣袖口,9,1.5影響環氧乙烷殘留量的因素,組合包：手術衣袖口,10,分配系數在一定溫度下，組分在兩相間分配達到平衡時的濃度（g/mL）比，用K表示,分配比k：質量比，又叫容量因子或容量比,分配系數與分配比都是與組分及固定相的熱力學性質有關的常數，隨分離柱溫度、柱壓的改變而變化。分配系數與分配比都是衡量色譜柱對組分保留能力的參數，數值越大，該組分的保留時間越長。,2.1色譜的基本概念-分配系數,11,2.1色譜的基本概念-分配系數,分配比與分配系數的關系,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的關系k的實驗求解,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）：組分從進樣到柱后出現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有關，與其他色譜操作條件無關，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,色譜峰為高斯正態分布時，色譜流出曲線為：,用來衡量色譜峰區域寬度的參數，有三種表示方法：（1）標準偏差()：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,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因素速率理論動力學因素,塔板理論的假設：(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散可忽略(4)每次分配的分配系數相同。,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：n，則三者的關系為：n=L/H理論塔板數與色譜參數之間的關系為：,組分在tM時間內不參與柱內分配，需引入有效塔板數和有效塔板高度：,Y,柱效參數：單位柱長的塔板數越多，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和方法,(2)柱效不能表示被分離組分的實際分離效果，當兩組分的分配系數K相同時，無論該色譜柱的塔板數多大，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驗結果，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因素：渦流擴散、分子擴散、傳質阻力速率方程（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渦流擴散項B/u分子擴散項Cu傳質阻力項,19,2.4色譜的基本概念-速率理論,渦流擴散項,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,分子擴散項,B=2Dg：彎曲因子，Dg：組分在氣相中的擴散系數（cm2s-1）,與組分性質、流速、滯留時間、流動相性質、柱溫等因素有關,21,傳質阻力項,2.4色譜的基本概念-速率理論,k為容量因子；Dg、DL為擴散系數。減小擔體粒度，選擇小分子量的氣體作載氣，可降低傳質阻力。,流動相傳質阻力Cg固定傳質阻力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對的實際分離程度。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因素；區域寬度色譜過程的動力學因素。色譜分離中的四種情況如圖所示：,柱效高，K(分配系數)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,分離度的表達式：,R=0.8：兩峰的分離程度可達89%；R=1：分離程度98%；R=1.5：達99.7%（相鄰兩峰完全分離的標準）。,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，綜合考慮復雜，沸程寬的試樣，采用程序升溫,柱長和柱內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,進樣方式和進樣量,27,2.7色譜的基本概念,用回收率表示，至少3個濃度點9個結果。,一般認為：色譜圖上平直基線部分的噪聲峰高RN，3倍RN對應的量就是檢出限。,基線漂移在最初基線的5%以內,至少5個濃度點，最小相關性宜為0.95（ISO10993-2008）要求0.99以上。,28,3.1氣相色譜-結構,氣相色譜法系采用氣體為流動相（載氣）流經裝有填充劑的色譜柱進行分離測定的色譜方法。物質或其衍生物氣化后，被載氣帶入色譜柱進行分離，各組分先后進入檢測器，用記錄儀、積分儀或數據處理系統記錄色譜信號。,采用溶液直接進樣時，進樣口溫度應高于柱溫3050,柱溫箱穩定性要求:1，波動0.1/h,火焰離子化檢測器（FID）：痕量有機物熱導檢測器（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,檢測器溫度一般應高于柱溫，并不低于150，以免水汽凝結，通常為250350。,色譜柱:填充柱或毛細管柱。（230老化5h）,載氣系統包括氣源、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,毛細管進樣系統：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,自動進樣,內標法精密取對照品和內標物質，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，測量對照品和內標物質的峰面積或者峰高，按下式計算校正因子：（f）=AsCR/ARCs再取各項中含有內標物質的供試品溶液，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）,內標物4個注意點：相近相似；試樣中不存在內標物，且完全分離；純物質或已知含量；互溶，不可逆,不能全部出峰,31,標準貯備液,測試樣品,繪標準曲線,參考標準：ISO10993-7-2008、GB/T14233.1-2008,4.2EO的測試,計算結果,32,4.3標準曲線-EO,1、標準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環氧乙烷，輕輕搖晃后，蓋好瓶蓋，稱重，記b。前后質量差即為溶液中所含環氧乙烷的質量，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后配置成標樣點3、加熱每個標樣取5mL液體，于60下加入40min4、測試并繪標準曲線,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，配置標樣點：,33,4.4標準曲線-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、做好準備工作b、組合包中每款產品都檢，以“結果最壞的”作為組合包的測試結果c、稀釋合適的倍數2、加熱樣品于60下浸提40min（極限浸提法）3、測試4、記錄導入校準表，查看結果,熱極限浸提法,35,絕對含量WEO=5cm1/m10-3（mg）m1-單位產品質量；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，于通風櫥下浸泡1-2天；撈出清洗干凈，在120下干燥2-3h。,注：驗證時，“空白樣品”,38,五、氣相色譜-維護,a、新的柱子主要目的：去除鍵和不夠穩定的固定相，讓新柱子性能更穩定。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：老化的最高溫度,極性強、膜厚大的柱子通常耐受溫度比較低，老化前，需仔細查閱色譜柱包裝盒或說明書。,5.1氣相色譜-維護-色譜柱的老化,39,5.1氣相色譜-維護-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，觀察是否有連續的泡沫（查漏）2、升溫前，先通15min氮氣3、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、膠狀物，在老化前，應先進行色譜柱的維護換襯管、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、不點火、不開空氣和氫氣,40,5.2氣相色譜-維護,3.4.1氣體FID：氫氣為燃氣，空氣為助燃氣純度填充柱：99.99%氮氣作為載體毛細管分析：99.999%氮氣作為載氣氫氣：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的空氣水分的硅膠和除去有機物的分子篩等極性強的毛細管柱耐氧化性差，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行再生。來自空氣壓縮機的空氣不是經常流量一定，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前不要使難揮發的成分進入柱內充分做好試樣的預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閉，以防止檢測器內積水。點火時，不要使按鈕按下時的時間過長，以免損壞點火圈。儀器開機后，應先通過載氣再升溫，待FID檢測器溫度超過100時方能點火。,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