基于总有机碳含量测定方法研究输注材料总有机物质的析出
发布时间：2023-08-22作者：小编来源：点击：次
一次性使用医疗输注器械是指一次性使用的药液（或血液）输注、储存器械，主要包括无菌注射器、输液器、输血器、植入给药装置及新材料制造的输注器具等。一次性使用医疗输注器械在临床输液过程中预防外源性微粒污染、减少异物颗粒、减少交叉感染等方面都起到了重要作用。因此，输注器具所使用的原材料需要具备纯度高、化学惰性、稳定性好、耐生物老化等特性[1,2]。当前，生物可降解材料及具有有机物质的高分材料被广泛应用于输注器具，而其中具有有机物质的高分材料由于其较好的物理、力学和化学性质使其在生物医用材料领域获得广泛的研究和应用，在该领域中占有较大规模的市场份额。
当前，输注器械采用的高分子材料主要有聚氯乙烯、聚氨酯、聚丙烯等。此类高分子材料除了自身存在的各类有机单体外，在加工过程中，也会额外加入稳定剂、塑化剂、抗氧化剂和着色剂等。研究表明，这些残留在输注器具内的有机物具有一定的毒性，尤其是成分复杂、极性大且pH酸性或碱性的药物，影响药物的有效性及安全性，甚至产生微小颗粒危害人体安全。近年来，许多关于输注器具中析出的有机单体的研究，如抗氧剂1010、塑化剂、环己酮、苯乙烯单体等[3,4,5,6,7,8]。但单一的有机物质含量的研究不能全面地评价材料的安全性。
目前，在我国一次性使用输注器具类产品大多数品种均有国家标准、行业标准作为产品质量控制的技术要求。在各项标准中，大部分是以输注器具的水溶液浸出液中还原物质的含量判定该产品安全性，其来源主要是高分子聚合物中的游离单体、高分子聚合物在加热或其他特定条件下分解的产物及生产过程中使用的溶剂如催化剂、填充剂、黏结剂、添加剂（增塑剂、稳定剂）和加工助剂等以及工艺用水在生产工艺过程中引入[9]。而上述来源所产生的还原物质大都为有机物质。本研究建立了总有机碳测定方法，该方法具有操作便捷，灵敏高的特点，可用总机碳含量评价一次性输注器具产品中总有机物质的含量。
1. 实验材料
1.1 一般材料
标准物质：(1)总有机碳标液：中国计量科学研究院，批号：D5M1;(2)高锰酸钾滴定液：北京海岸鸿蒙标准物质技术有限责任公司，批号：M6V1;(3)硫代硫酸钠滴定液：北京海岸鸿蒙标准物质技术有限责任公司，批号：M6W1。
普通试剂：硫酸试液、盐酸试液、碘化钾试剂、磷酸等其他试剂均为分析纯。
实验耗材：(1)一次性使用避光输液器（热塑性弹性体）；(2)一次性使用精密闭光输液器（外层为聚氯乙烯+TOMT塑化剂，内层为聚氨酯，）；(3)一次性使用输液器（聚氯乙烯+DEHP塑化剂，）；(4)一次性使用输液器带针（聚氯乙烯+ATBC塑化剂，）；(5)一次性使用输液器带针（聚氯乙烯+TOTM塑化剂，）；(6)一次使用注射器（10mL，聚丙烯、）。
1.2 仪器设备
总有机碳分析仪（TOC-LCPH TOC分析仪）；WNB400恒温试验箱，；CLXXUVFM2超纯水器，；多参数测试仪。
2. 方法与结果
2.1 方法选择
本次研究采用的是燃烧氧化-非分散红外吸收直接测试法，该法只需一次性转化，流程简单、重现性好、灵敏度高。其原理为待测水样被吸取进入反应室后，系统自动加磷酸使水样成为酸性（pH<3）后通喷射气体。试样中的无机碳成为二氧化碳，从试样中除去。然后，水样被过硫酸盐氧化剂氧化，经非散射型红外线分析测定[10]。这样得出的总有机碳值称为不挥发性有机碳。系统对每个水样自动平行测样3次，最后得出总有机碳值即是3次测样的平均值。本次选取的标液均为有机碳标液，用实验室自制的二次纯化水稀释至所需的实验浓度。
2.2 线性试验
有机碳的标液（C=1000mg/L），分别稀释为0.25mg/L、0.5mg/L、1.0mg/L、2.5mg/L、5mg/L及10mg/L标液、将上述标装入50mL进样瓶中，自动进样50μL、加酸量1.5%，喷射气流量80mL，喷射时间90.00s，记录峰面积。以浓度C为横坐标，峰面积A为纵坐标做标准曲线，y=3.5313x+0.3279,R2=0.9994，具体结果见表1。
求得回归方程y=3.5313x+0.3279,R2=0.9994，说明总有机碳在0.25～10mg/L浓度范围内呈良好的线性关系（见图1）。
2.3 精密度试验
取上述1.0mg/L有机碳标液，连续测定6次，记录峰面积及检测值，计算6次检测RSD值结果见表2。结果显示，6次连续进样的RSD值的为1.0%，表明本研究仪器精密度良好。
2.4 稳定性试验
标准品稳定性：取2.2项下标液（1.0mg/L)10mL，分别密封于进样瓶中，于0、2、4、12h进样，记录峰面积，总有机碳峰面积的RSD为1.50%，表明总有机碳对照品溶液室温放置12h，标准品比较稳定。
供试品溶液稳定性：取供试品溶液10mL，分别密封于进样瓶中，于0、2、4、12h进样，记录峰面积，总有机碳峰面积的RSD为1.68%，表明总供试品溶液室温放置12h，供试品比较稳定。
图1.有机碳标准线形图
表1.线性关系测定结果
表2.1.0mg/L有机碳标液连续6次的显示值 下载原图
表3.加标回收率结果 下载原图
2.5 回收率试验
准确移取5mg/L溶液1mL，即总量分别为5μg于10mL容量瓶中，用1.03mg/L试样定量至刻度（平行6份），以测试浓度乘以体积为试样中总量。通过公式（1）计算出回收率。
加标回收率(%)=(加标试样总量–试样本底总量)/加标总量×100%公式（1)
根据表3回收试验结果显示，本方法平均回收率为97.8%,RSD为2.52%，表明具有较强的可行性，能够满足试验要求。
2.6 实验用水考察试验
本次实验用纯化水分别于3个不同时间点（9:00、12:00、17:00）进行取样检测，检出值均低于0.05mg/L，在25˚C时电导率均低于1μs/cm，表明实验室自制纯化水满足本次实验用水要求。
2.7 样品前处理试验
将几种材料剪碎，用去离子水冲洗3次，冲洗完毕后，以1g加10mL水的比例每个样品制备不少于100mL试验液于锥形瓶中，密封后放于恒温箱中于（37±1）˚C下放置1h后，取其浸提液，测定其浸提液中总有机碳析出的情况，每个产品均平行进行两次试验，结果见表4。
实验结果表明，不同的输注材料析出的有机物含量相差较大。
2.8 浸泡时间影响试验
前处理方法同2.7，在（37±1）˚C下浸泡时间分别为1、2、3、4h的条件下进行试验，考察浸泡时间对管材中总有机碳含量的影响，每个产品均进行两次平行试验。
结果表明（见表5），随着浸泡时间的加长，所析出的总有机物质也在呈增长的趋势。
2.9 不同增塑剂聚氯乙烯材料输液器有机碳含量
前处理方法同上，考察3批聚氯乙烯材料使用不同增塑剂的输液器总有机碳含量，结果见表6。
结果表明，使用同一材料不同增塑剂的输液器所析出的总有机碳含量不同。
2.1 0 不同厂家注射器总有机碳含量测定
考察4个不同厂家注射器的总有机碳含量，样品均浸提1h，结果分别为0.85mg/L、0.33mg/L、0.60mg/L、0.55mg/L。结果表明，不同厂家，由于生产工艺的差异导致其产品所析出的总有机碳含量有所差异。
2.11不同材质还原物质的含量测定
参照GB/T14233.1-2008的间接滴定法取上述处理1h的检验液，精密量取试验液各10mL，加入250mL碘量瓶中，精密加入硫酸溶液2mL和高锰酸钾溶液c(1/5 KMnO4=0.01)10mL，煮沸3min，迅速冷却。加0.2g碘化钾至试验液中，密塞，摇匀，在暗处放置5min。用0.01mol/L Na2S2O3标准滴定溶液滴定至淡黄色，再加入5滴淀粉指示液滴定至无色。用同样的方法滴定空白对照液。以空白液与试样液消耗Na2S2O3标准滴定溶液的体积差反映其还原物质的含量。其差值越小，表明其还原物质越小[11]。结果见表7。
2.12还原物质和总机碳含量的比较
比较不同材质中还原物质含量和总有机碳含量差异，样品均为2.5项下浸提1h的样品，比较结果见表8。
结果显示不同材质的输液器还原物质和总有机碳含量呈“同步”关系，即还原物质高的输注器具，其总有机碳含量也就越高，但均并末呈线性增加关系。
表4.不同材质总有机碳的含量 下载原图
表5.不同材质在不同浸出时间析出的总有机碳含量(mg/L) 下载原图
表6.不同增塑剂聚氯乙烯材料输液器有机碳含量比较 下载原图
表7.不同材质还原物质结果比较 下载原图
表8.不同材质还原物质和总有机物质含量比较 下载原图
3. 讨论
3.1 总有机碳含量来源分析
在不同材质比较中发现，在所研究的材质中外层为聚氯乙烯+TOMT塑化剂，内层为聚氨酯的双层输液器材料的总机碳含量最高，且明显高于内外层两种材料分别测试时的总和推断其主要来自于两种材料中间的胶黏剂中的析出[12]。其中聚丙烯材料和热塑性材料含量相对较低，含有塑化剂的材料总有机碳含量分布在中间，由此推断塑化剂在水溶液可能会析出有机物质。且不同塑化剂的析出量存在一定的差异。
3.2 还原物质和总有机碳含量比较分析
还原物质又指易氧化物，是指容易和具有氧化性的物质发生反应的物质。其一般采用间接滴定法测定，原理是将经过预处理的样品水浸出液和空白液，然后分别加入过量的高锰酸钾滴定液进行氧化还原反应，再用硫代硫酸钠滴定液回滴剩余的高锰酸钾滴定液，最后基于水浸出液与空白液消耗硫代硫酸钠滴定液之差得出样品水浸出液中易氧化物的含量。
总有机碳是指含碳有机物的综合体，其测定原理是将水样中的无机碳酸化除去，然后将水中有机物分子完全氧化为二氧化碳，通过测定二氧化碳的响应值，从而得到水样中总有机碳的浓度。
易氧化物和总有机碳均来自于高分子聚合物中的游离单体高分子聚合物在加热或其他特定条件下分解产物生产过程中使用的溶剂、催化剂、填充剂、黏结剂、添加剂（增塑剂、稳定剂）加工助剂等添加剂的析出以及工艺用水和生产工艺过程中的引入等。然而有碳的物质不一定都是易氧化物质例如烷类有机酸等，因此在实验中发现，两者的含量虽然呈现正相关的关系，但并没有呈明显的线性关系。
近几年的一次性使用耗材不良反应监测报告中显示，注射器的不良事件主要为输液时有异物析出、药物抽入后变混浊以及一些非药物常规的不良反应等。以总有机碳含量检测方法检测输注器具中总有机物质，方法快速便捷，准确性高。随着输注器具材料的不断创新，需要一种更为有效、全面且快捷的检测方法，本研究将为输注器具安全评价以及标准创新探索新的思路。
3.3注意事项
由于有机物和二氧化碳的吸收会影响总有机碳的含量的测定结果，因此，实验过程中应尽量避免上述因素的影响。例如：样品在制备过程及测试过程应采用密闭容器，不可以敞口放置于空气中；取样后，应立即测试；所使用的玻璃器皿必须严格清洗以清除有机物残留，并且必须用总有机碳检查用水作最后漂洗，使用时玻璃器皿应是完全干燥的状态等（日本药典建议用硬质玻璃，用稀过氧化氢和稀硝酸混合液浸泡）；容器顶空应尽量小；在线测定时取水及测定系统都必须进行充分的清洗等。
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