Water Technologies＆Solutions
test report

DUCTバイアルの性能と安定性
1. 目的
本研究では、製薬業界で一般的な導電率濃度におけるSievers *導電率＆TOC両用（DUCT）バイアルの性能を検証しました。さらに、サンプル保管が導電率＆TOCレベルに与える影響を定量化し、最大サンプル保管時間を推奨することも目的としました。

2. 背景
2.1. 製薬業界の導電率
水の導電率は、溶液中のイオンの存在によって影響を受けます。サンプルの導電率を測定することで、イオンによる汚染度合を定量化できます。 さらに、洗浄バリデーションにおいて導電率を測定することで、設備切替時の特定製品や洗浄剤のキャリーオーバーが最小限であることを確認できます。
2.2. 規制要件
USP <645>およびその他の世界的な薬局方は、精製水および注射用水で導電率基準を設けており、導電率の試験方法について説明しています。導電率のステージ1テストは通常オンライン測定されますが、サンプルを汚染しない「適切な容器」を使用したオフライン測定もできます[1]。純水は、空気と接触するだけで、大気中のCO2がサンプルに溶解し導電性の炭酸を形成するため、導電率が上昇し、イオン汚染が非常に起こりやすくなります。ホウケイ酸ガラスのサンプル容器（40 mL TOCバイアルなど）からは、容器の表面からナトリウムイオンがサンプルに溶出するためにサンプル汚染の可能性が高くなります。導電率のステージ1テストに合格するには、大気と容器の両方からのサンプル汚染を最小限に抑えることが重要です。ステージ2テストのプロセスはより多くの労力と時間がかかるため、ステージ1の導電率テストに合格することは、企業にとって非常に効率的であり、費用対効果も高くなります。
2.3. DUCTバイアル
SUEZは、TOC計 Sievers M9を使用した導電率＆TOCの同時測定のために、イオン汚染と有機汚染の両方を最小限に抑える導電率＆TOC両用（DUCT）バイアル[2]を開発しました。 DUCTバイアルは、バイアル表面からの導電率汚染を防ぎ、特別なキャップは、保管中のサンプルへのCO2の拡散を最小限に抑えます。 次のセクションでは、製薬業界で見られる一般的な精製水（<1.3μS/ cm）と洗浄バリデーショ
ンサンプル（>2μS/ cm） において、DUCTバイアルと通常の低TOCバイアル[3]との導電率を比較します。

3. 実験計画
3.1. 溶液とテスト条件
DUCTバイアルとSievers認定の低TOC 40mLガラスバイアルを使用して以下のテストを実施しました。
さまざまな条件を設定して、バイアルからのTOCと導電率への影響を評価しました。
溶液の種類：
・脱イオン（DI）水（精製水の代表）
・ 33.8 µM KCl（代表的なイオン性化合物）
・ 0.01％ CIP-100®（STERIS Life Sciences社製の一般的なアルカリ性洗浄剤）
保管時間：
・ 0時間（サンプリング当日に測定）・ 24時間・ 96時間・ 10日間（DI水のみ）

・ 48時間300 00297 Rev. B

保管温度：
・ 室温保管（23℃）

・ 冷蔵保管（4℃）

各溶液のバイアル本数：
・ DI水：3本・ KClおよびCIP-100：2本

DI水サンプルについて、バイアル内のヘッドスペースの影響をテストしました。
・ 上記と同じ条件で保管した別のDI水バイアルに10mLのヘッドスペースを残しました
この研究では、大気によるサンプルのCO2汚染を防ぐために気泡を巻き込まないようにサンプルを注意深く充填しました。
3.2. 機器パラメータ
各サンプルタイプの試薬流量と繰り返し測定回数を表1に示します。試薬を添加する前に導電率を測定するため、試薬流量は導電率には影響しません。
表1. 各サンプルタイプの試薬流量と繰り返し測定回数
サンプルタイプ

酸流量（μL/min）

酸化剤流量（μL/min）

測定回数

DI水0.505KCl

0.505CIP-100

自動試薬

自動試薬

54. 使用した測定器
・ TOC計 Sievers M9 ラボ型 シリアル番号：1312-0039
・ Sievers オートサンプラー シリアル番号：1000-0214
・ DataPro2 ソフトウェア

5. 校正と検証
5.1. 導電率校正
1409 μS/cmのKCl標準液を使用して導電率校正を実施しました。その後、25 μS/cm HCl標準液を使用して導電率検証を実施しました。導電率検証の結果を表2に示します。
表2. 25 μS/cm HCl標準液を使用した導電率検証結果
標準液濃度

予想値

実測値

RSD

差異率

合格基準
差異率±2％以内 および RSD3％以内

25 μS/cm

25.0 μS/cm

25.47 μS/cm

0.73 ％

1.88 ％

合格

5.2. TOC校正KHP標準液およびNa2CO3標準液を使用して10ppm1点TOC校正を実施しました。その後、500 ppbスクロース標準液を使用して校正検証を実施しました。校正検証の結果を表3に示します。
表3. 500 ppbスクロース標準液を使用したTOC校正検証結果
標準液濃度

予想値

実測値

RSD

差異率

合格基準
差異率±2％以内 および RSD3％以内

500 ppb

518 ppb

514 ppb

0.67 ％－0.77％

合格

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6. 結果と考察
ここに示す導電率は、25℃に温度補正された導電率（μS/ cm）です。保存時間0時間は、サンプリング実施日に測定しましたが、測定開始までに最大数時間かかっています。プロットのエラーバーは、データの各セットの平均から1標準偏差離れていることを示しています。DI水の平均と標準偏差は、3本のバイアルをそれぞれ5回繰り返し測定した結果（n = 15）から計算され、KClおよびCIP-100溶液の平均と標準偏差は、 2本のバイアルをそれぞれ5回繰り返し測定した結果（n = 10）から計算されました。
6.1. 25℃で保管したDI水におけるDUCTバイアルとTOCバイアルの性能

図1. 室温（25℃）で保存したDI水の各保管期間におけるTOCバイアルおよびDUCTバイアルによる導電率

図1のデータは、TOCバイアルよりも導電率測定用のDUCTバイアルの性能が優れていることを明確に示しています。 各バイアルの導電率が低く、バイアル間の標準偏差が小さいことは、DUCTバイアルの全体的な安定性を示しています。

図2. TOCバイアルおよびDUCTバイアルのDI水のTOC濃度と保管期間の関係

TOC濃度（図2）では、DUCTバイアルとTOCバイアルに統計的な有意差は示されませんでした（スチューデントのt検定 p> 0.01）。どちらのバイアルも、低レベルのTOCサンプルの保管に適しています。

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6.2. DI水を保管したDUCTバイアルの温度効果

図3. 室温（23℃）または4℃で保存したDUCTバイアルのDI水の導電率平均の1標準偏差内で、保管温度は10日間にわたってバイアルからの導電率の影響は統計的に有意な差を生じませんでした（図3）。導電率レベルはサンプル保管中にわずかに増加しましたが、導電率は10日間の保管後も0.8 μS/ cm未満のままでした。以下のプロットの傾きで示されるように、導電率レベルは、DI水の保管温度に関係なく、サンプル保管の過程で直線的に増加しました。

図4. （a）室温（23℃）または（b）4℃で保存したDUCTバイアルのDI水の導電率と、保存時間。最小二乗回帰線で直線を求めました。直線の方程式は、勾配、切片、相関係数（R2）を示します。 エラーバーは、バイアルごとに5回繰り返し測定を行い、3本のバイアルの平均から1標準偏差離れていることを示します。

6.3. DI水の導電率に対するヘッドスペースの影響
バイアルの最大保存容量（〜35 mL）より10mL減らしてヘッドスペースを作りました。ここに示すデータ
は、バイアルに10mLのヘッドスペースがある場合とない場合の両方で室温保存したサンプルのものです。
ヘッドスペースは、10日間保管サンプルではテストしていません。

図5. ヘッドスペースがないDUCTバイアルと10mLのヘッドスペースがあるDUCTバイアルのDI水の導電率
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バイアルのヘッドスペースは、サンプリング当日に測定を行う場合でも、導電率に大きく影響します。
ヘッドスペース内の大気中のCO2がサンプルに溶解し、導電率を高める可能性があります。今回のテスト
では、ヘッドスペースのあるバイアルは、ヘッドスペー
スのないバイアルのほぼ2倍の導電率レベルを示しました。サンプリングするときは、過剰な空気やヘッドスペースが導電率に影響を与えないように、バイアル
図6. ヘッドスペースよる導電率上昇を防ぐために、バイアルを完全に上部まで満たすことが非常に重要です。
を最上部まで充填する必要があります

6.4. KClおよびCIP-100溶液におけるDUCTバイアルとTOCバイアルの性能
次のセクションでは、33.8μ M KCl溶液と0.01％ CIP-100溶液の2つの溶液におけるDUCTバイアルの性能について概説します。これらの溶液は製薬業界において洗浄バリデーションのために使用されますが、精製水や注射用水よりも導電率が高いレベルを表しています。
6.4.1. KCl（5.8μS/ cm）

図7. （a）最大96時間保存したDUCTバイアルおよびTOCバイアルの33.8μ M KCl（5.8 μS/cm）の導電率（b）室温または4℃で保存されたDUCTバイアル中のKClの導電率

KCl溶液の導電率レベル（5.8 μS/cm）では、DUCTバイアルとTOCバイアルの間に違いがありました。
DUCTバイアル（2〜3μS / cm）と比較してTOCバイアルの導電率レベルが高いのは、ガラスからのナトリウムイオン溶出とCO2溶解による汚染が原因である可能性があります。DUCTバイアルは、各バイアル間のばらつきもほとんどなく、導電率におけるバイアルの安定性が高いことを示しています。96時間の保管期間において保管温度は導電率レベルにほとんど影響を与えませんでした。
6.4.2. CIP-100（0.01％）

図8. （a）最大96時間保管したDUCTバイアルおよびTOCバイアルの0.01％CIP-100の導電率（b）室温または4℃で保管したDUCTバイアルの0.01％ CIP-100 の導電率

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図9. （a）最大96時間保管したDUCTバイアルおよびTOCバイアルの0.01％CIP100のTOC濃度（b）室温または4℃で保存したDUCTバイアルの0.01％CIP-100のTOC濃度

CIP-100は一般的なアルカリ性洗浄剤であり、非常に低濃度（0.01％）でも、M9型はTOCと導電率の両方の測定を通じて効果的に検出することができました。 0.01％CIP-100の導電率レベルは比較的高い（>100μS/ cm）ため、TOCバイアルとDUCTバイアルの違いは、DI水とKCl溶液の場合ほど顕著ではありませんでした。バイアル間の導電率の相対標準偏差（RSD）は、TOCバイアル（0.3〜3.3％）よりもDUCTバイアル（0.3〜1.0％）の方が低く、DUCTバイアルがより安定した導電率測定に適していることを示しています。高レベルのTOC（4 ppm）では、DUCTバイアルとTOCバイアルの両方が、96時間の保管期間において安定したTOC結果が得られました。

7. 結論
•••

DUCTバイアルは、3つのサンプルタイプ（DI水、KCl、CIP-100）のすべてにおいて、ガラスTOCバイアルよりも導電率測定においてはるかに優れていました。バックグラウンド導電率の高い0.01％ CIP-100溶液においては、TOCバイアルからの汚染の影響は小さかったため、TOCバイアルとDUCTバイアルの違いはCIP-100溶液ではそれほど顕著ではありませんでした。
DUCTバイアルを使用するメリットは、同じサンプルバイアルでTOCと導電率を同時に測定できることです。
DUCTバイアルは、低レベルTOC用のSievers低TOCバイアルと比較して統計的に同等の性能です。
10日間保管したサンプルの導電率の直線的な増加は、少量のCO2または微量のイオン溶出の結果である可能性があります。ただし、DUCTバイアルに最大10日間保管したDI水サンプルは、0.8 μS/ cm未満を保っていました（元の導電率から0.5 μS/cm以下の増加）。微量汚染の正確な原因を確認するには、追加のテストが必要です。

•

この研究の結果は、保管温度によるサンプル間に有意差がなかったため、サンプルは室温（23℃）または4℃のどちらでもDUCTバイアルに保存できることが示されました。水は温度の低下とともにCO2吸着を増加させる傾向があるため、導電率測定においてはヘッドスペースやガラス製バイアルの冷蔵保管は推奨されません。

•

ヘッドスペース中の大気中のCO2溶解による導電率上昇の影響を最小限に抑えるために、各バイアルの最上部までサンプルを充填してDUCTバイアルのヘッドスペースをなくすことが非常に有効です。

DUCTバイアルは、世界的な薬局方で説明されているステージ1の導電率評価テストや導電率計を使用した洗浄バリデーション用の試験に非常に適しています。この性能は、DUCTバイアルに使用されている独自の表面処理とセプタムによるもので、最大5日間のサンプル保管中のイオン性の汚染を最小限に抑えます。
（翻訳：セントラル科学株式会社）

References
1. USP <645> Water Conductivity
2. Sievers Certified Dual Use Conductivity and TOC Vial, Part Number: HMI 77500-01
3. Sievers Certified TOC Vials, Part Number: HMI 90606*Trademark of SUEZ, may be registered in one or more countries.
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