起泡點測試

起泡點測試是一種簡易的非破壞性過濾器完整性測試方法。由于不同過濾器廠家生產(chǎn)的過濾膜的結(jié)構(gòu)不盡相同，所以合格標準也是不同的。必須通過細菌截流試驗證明起泡點的測試標準與過濾器的細菌截流量之間存在線性相關(guān)，否則，所制定的起泡點標準就是無效的，且不能保證符合該起泡點標準的過濾器能夠截流足夠量的細菌。圖2.73為過濾器的起泡點與細菌截流量之間線性相關(guān)圖，通過實驗測得該圖，就可以確立過濾器的起泡點標準。

圖2.73起泡點與細菌截流量的線性相關(guān)圖

起泡點測試基于毛細管模型，該模型認為，濾膜的結(jié)構(gòu)中充滿了微孔流道，這些微孔流道就形成了很多“毛細管”，當濾膜被潤濕液體完全潤濕后，液體受到表面張力的作用而保留于濾膜內(nèi)部，如果要想將液體擠出膜孔就需要外加一個氣體壓力，能夠克服表面張力將膜孔內(nèi)的液體完全擠出時所需要的最小壓力就是濾膜的泡點值壓力，也就是濾膜的起泡點。基于這種原理的測試方法，就是起泡點測試法(圖2.74)。

圖2.74起泡點測試原理

起泡點測試是應用最為廣泛的一種非破壞性完整性測試方法。以下為泡點值計算公式

式中，BP為泡點壓力;d為孔徑;k為形狀矯正因子;θ為液固接觸角;γ為表面張力。

膜材料、表面張力、接觸角和有效孔徑都會影響濾膜的泡點值。對濾膜而言，有很多微孔存在，每個孔的泡點值不一定完全一樣，所以濾膜的泡點值指的是該濾膜可能的最大膜孔的泡點值，也就是最大直徑膜孔的泡點。當達到泡點后，濾膜至少有一個孔會被吹干，氣體會迅速通過該干燥的孔吹至膜下游，從下游氣體流量的突變可以判斷該濾膜達到了泡點。高起泡點值并不是意味好的過濾膜，例如，兩種無菌過濾膜用同一細菌截留可能有不同的最小泡點值;同一種無菌過濾膜采用不同的溶劑進行潤濕也會產(chǎn)生不同的最低泡點值。

起泡點測試操作方法

起泡點測試的操作方法分為手動和自動兩種。手動測試通常適用于過濾器面積小于2000cm2的工況;自動測試適用于氣體流速超過100ml/mm或自動測試儀限定的工況。對大面積過濾器而言，由于擴散流較大，手工完整性測試中可能會影響泡點值的判斷，所以，對于大面積濾器手工測試推薦采用擴散流測試;而對于小面積過濾器，由于泡點與濾器孔徑可以直接關(guān)聯(lián)，可以采用起泡點測試(圖2.75)。

圖2.75手動操作的起泡點實驗

水浸入測試

水浸入(HydroCorr)測試也稱為“擠水法”，該測試方法是基于水在疏水性濾膜表面存在表面張力和毛細管現(xiàn)象發(fā)展出來的。把水壓進最大的膜孔所需要的最小壓力稱為水侵入壓力，進行HydroCorr測試時的壓力要低于水侵入壓力，而對于一個完整的過濾器，將不會有水真正通過過濾膜進入下游。HydroCorr測試過程中，測定的是折疊過濾器結(jié)構(gòu)尺寸上被擠壓而產(chǎn)生的液面下降形成的“表觀”水流量(圖2.76)，其水流指標是與細菌挑戰(zhàn)有關(guān)。

圖2.76水浸入(HydroCorr)測試的原理

HydroCorr測試法是一種高度靈敏、不用醇類而根據(jù)水流量進行疏水性濾膜完整性測試的方法，它有效避免了乙醇與水混合物作為疏水濾芯潤濕溶液帶來的成本高、燃燒隱患、高擴散流、難于在線測試且殘留有機溶劑等缺陷。由于濾膜沒有被潤濕，幾乎是干燥的，所以可以在完整性測試結(jié)束后馬上投入使用，而只需要最少的或不需要干燥工作。

擴散流測試

擴散流測試也稱前進流測試，該方法主要是基于溶解/擴散模型。當濾膜被潤濕液體完全潤濕后，如果在過濾器的上游存在壓縮氣體，而該壓縮氣體的壓力值又小于泡點壓力時，壓縮氣體一側(cè)的氣體濃度會高于常壓一側(cè)，氣體分子會從高壓側(cè)溶解到潤濕液體中并擴散至常壓側(cè),如果在下游接一根管道會發(fā)現(xiàn)有氣體緩慢流出，在低壓側(cè)的氣體流量即為擴散流(圖2.77)，通過檢測擴散流的完整性測試方法稱為擴散流測試。

圖2.77擴散流與起泡點的區(qū)別

氣體的擴散符合Fick定律，擴散流量與濾膜兩側(cè)壓差和膜面積成正比，為了消除測試壓力不同所帶來的影響，擴散流測試都在固定的壓力下進行(通常為泡點值的80%)。以下為擴散流計算公式

擴散流量=

式中，擴散流量為低壓側(cè)的氣體流量;K為擴散/溶解常數(shù);P1-P2為膜兩側(cè)壓差;P為濾膜開孔率;L為有效膜孔的長度;A為膜表面積。

壓力對濾膜的透過氣流量有較大影響。壓力增加，濾膜透過的氣體流量會隨著增加，濾膜下游的氣流從擴散流、泡點區(qū)到大量氣流逐漸過渡，圖2.78為濾膜的壓力/流量特征曲線。改變完整性檢測氣體對擴散流結(jié)果也會有影響，例如，在2.8bar下采用氮氣和壓縮空氣分別對某同一只濾膜進行擴散流試驗，氮氣的擴散流值為不高于8ml/min;壓縮空氣的擴散流值為不高于l0ml/min。二氧化碳在水中溶解性較大，不能作為完整性檢測氣體使用。

圖2.78濾膜的壓力/流量特征曲線

擴散流可以評價濾膜的完整性，通過在測試壓力下測量氣體擴散流量可以測量擴散流(圖2.79)。溫度對擴散流有較大影響，但擴散流與濾膜孔徑無關(guān)，對于大面積濾器測試，濾膜面積不會影響擴散流測試結(jié)果的判斷，推薦采用擴散流測試。

圖2.79擴散流工作原理圖

完整性檢測不同要求

中國GMP2010版雖然沒有明確過濾前必須做完整性檢測，但歐盟和FDA均要求除菌級過濾器在滅菌后及時進行完整性檢測，以保證在藥液過濾前除菌濾膜始終處于完整狀態(tài)。擴散流試驗的操作方法分為手動和自動兩種，自動完整性檢測儀(圖2.80)可以在排除下游無菌狀態(tài)受到影響的情況下操作，它排除了操作人員的主觀因素，每次操作后可打印記錄并可驗證，完全符合GMP的質(zhì)量控制要求。

圖2.80在線完整性檢測儀