制剂制备技术与实验教程
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第五节 空气净化技术

一、概述
空气净化系指以创造洁净空气为目的的空气调节措施。根据不同行业的要求和洁净标准,可分为工业净化和生物净化。
1.工业净化
系指除去空气中悬浮的尘埃粒子,以创造洁净的空气环境,如电子工业等。在某些特殊环境中,可能还有除臭、增加空气负离子等要求。
2.生物净化
系指不仅除去空气中悬浮的尘埃粒子,而且要求除去微生物等以创造洁净的空气环境。如制药工业、生物学实验室、医院手术室等均需要生物净化。
空气净化技术系指为达到某种净化要求所采用的净化方法。空气净化技术是一项综合性技术,该技术不仅着重采用合理的空气净化方法,而且必须对建筑、设备、工艺等采用相应的措施和严格的维护管理。本节重点介绍空气净化技术。
二、洁净室空气净化标准
1.含尘浓度
即单位体积空气中所含粉尘的个数(计数浓度)或毫克量(重量浓度)。
2.净化方法
常见的可分三大类。
(1)一般净化:
以温度、湿度为主要指标的空气调节,可采用初效滤过器。
(2)中等净化:
除对温度、湿度有要求外,对含尘量和尘埃粒子也有一定指标(如允许含尘量为0.15~0.25mg/m 3,尘埃粒子粒径不得≥1.0µm)。可采用初、中效二级滤过。
(3)超净净化:
除对温度、湿度有要求外,对含尘量和尘埃粒子有严格要求,含尘量采用计数浓度。该类空气净化必须经过初、中、高效滤过器才能满足要求。
3.洁净室的净化度标准
目前世界各国在净化度标准方面尚未统一。我国《药品生产质量管理规范》(2010年修订版)中洁净室(区域)空气洁净度级别见表2-8和表2-9。
表2-8 洁净区空气悬浮粒子的标准(用尘埃粒子计数器检测)
表2-9 洁净区微生物检测的动态等级标准(可用浮游菌采样器检测)
洁净室必须保持正压,即按洁净度等级的高低依次相连,并有相应的压差,以防止低级洁净室的空气逆流至高级洁净室中。除有特殊要求外,我国洁净室要求:室温为18~26℃,相对湿度为45%~65%。药品品种不同,生产工艺不同,对其环境的洁净度有不同的要求。
(1)最终灭菌药品:大容量注射剂(≥50ml)的灌封需在A级或在B级背景下的局部A级环境中生产。注射剂的稀配、滤过、小容量注射剂的灌封,直接接触药品的包装材料的最终处理需要在B级环境中生产。
(2)非最终灭菌药品:灌封前不需除菌滤过的药液配制,注射剂的灌封、分装和压塞,直接接触药品的包装材料的最终处理的暴露环境,需在A级或在B级背景下的局部A级环境中生产。灌封前需除菌滤过的药液配制需在B级环境中生产。
(3)原料精制、干燥包装:有无菌检查项目的原料药生产环境应为B级背景下的A级;无该项检查要求的原料药生产不低于D级。
(4)生物制品等药物根据可否除菌滤过,要求其配制、灌封、冻干、加塞滤过等工艺分别达到A级或B级。
三、浮尘浓度测定方法和无菌检查法
1.浮尘浓度测定方法
测定空气中浮尘浓度和粒子大小的常用方法有:光散射法、滤膜显微镜法和比色法。
2.无菌检查法
系指检查药品与辅料是否无菌的方法,是评价无菌产品质量必须进行的检测项目,无菌制剂必须经过无菌检查法检验,证实已无微生物生存后,才能使用。《中国药典》2015年版规定的无菌检查法有“直接接种法”和“薄膜滤过法”。
四、空气净化技术
洁净室的空气净化技术一般采用空气滤过法,当含尘空气通过多孔滤过介质时,粉尘被微孔截留或孔壁吸附,达到与空气分离的目的。该方法是空气净化中经济有效的关键措施之一。
1.滤过方式
空气滤过属于介质滤过,可分为表面滤过和深层滤过。
(1)表面滤过:
系指大于滤过介质微孔的粒子截留在介质表面,使其与空气得到分离的方法。常用的滤过介质有醋酸纤维素、硝酸纤维素等微孔滤膜。主要用于无尘、无菌洁净室等高标准空气的末端滤过。
(2)深层滤过:
系指小于滤过介质微孔的粒子吸附在介质内部,使其与空气得到分离。常用的介质材料有:玻璃纤维、天然纤维、合成纤维、粒状活性炭、发泡性滤材等。
2.空气滤过机制及影响因素
(1)空气滤过机制:
按尘粒与滤过介质的作用方式,可将空气滤过机制大体分为两大类,拦截作用和吸附作用。①拦截作用:系指当粒径大于纤维间的间隙时,由于介质微孔的机械屏障作用截留尘粒,属于表面滤过。②吸附作用:系指当粒径小于纤维间隙的细小粒子通过介质微孔时,由于尘埃粒子的重力、分子间范德华力、静电、粒子运动惯性及扩散等作用,与纤维表面接触被吸附,属于深层滤过。
(2)影响空气滤过的主要因素:
①粒径:粒径愈大,拦截、惯性、重力沉降作用愈大,愈易除去;反之,愈难除去。②滤过风速:在一定范围内,风速愈大,粒子惯性作用愈大,吸附作用增强,扩散作用降低,但过强的风速易将附着于纤维的细小尘埃吹出,造成二次污染,因此风速应适宜;风速愈小,扩散作用愈强,小粒子愈易与纤维接触而吸附,常用极小风速捕集微小尘粒。③介质纤维直径和密实性:纤维愈细、愈密实,拦截和惯性作用愈强,但阻力增加,扩散作用减弱。④附尘:随着滤过的进行,纤维表面沉积的尘粒增加,拦截作用提高,但阻力增加,当达到一定程度时,尘粒在风速的作用下,可能再次飞散进入空气中,因此滤过器应定期清洗,以保证空气质量。
3.空气滤过器
常以单元形式制成,即将滤材装入金属或木质框架内组成一个单元滤过器,再将一个或多个单元滤过器安装到通风管道或空气滤过箱内,组成空气滤过系统。单元滤过器一般可分为:板式、契式、袋式和折叠式空气滤过器。
(1)板式空气滤过器:
是最常用的初效滤过器,亦称预滤过器。
(2)契式和袋式空气滤过器:
用于中效滤过,两种空气滤过器的外形、结构相似,仅滤材不同,主要用于滤除粒径大于1µm的浮尘,一般置于高效滤过器之前。
(3)折叠式空气滤过器:
用于高效滤过,主要滤除粒径小于1µm的浮尘,对粒径0.3µm的尘粒的滤过效率在99.97%以上,一般装于通风系统的末端,必须在中效滤过器保护下使用。其特点是效率高、阻力大、不能再生、有方向性(正反方向不能倒装)。
五、洁净室空气净化系统设计及要求
制药企业应按照药品生产种类、剂型、生产工艺和要求等,将生产厂区合理划分区域。通常可分为一般生产区、控制区、洁净区和无菌区。根据GMP设计要求,一般生产区无洁净度要求;控制区的洁净度要求为D级;洁净区的洁净度要求为C级(亦称一般无菌工作区);无菌区的洁净度要求为A级。
1.空气净化系统的设计要求
空气净化系统是保证洁净室洁净度的关键,该系统的优劣直接影响产品质量。空气中所含尘粒的粒径分布较广,为了有效地滤除各种不同粒径的尘埃,高效空气净化系统采用三级滤过装置:初效滤过→中效滤过→高效滤过。中效空气净化系统采用二级滤过装置:初效滤过→中效滤过。系统中风机不仅具有送风作用,而且使系统处于正压状态。洁净室常采用侧面和顶部的送风方式,回风一般安装于墙下。
局部净化是彻底消除人为污染,降低生产成本的有效方法,特别适合于洁净度需A级要求的区域。一般采用洁净操作台、超净工作台、生物安全柜和无菌小室等,安装在B级洁净区内。局部净化对输液和注射剂的灌封、滴眼剂和粉针的分装等局部工序具有较好的实用价值。
超净工作台是最常用的局部净化装置,其工作原理是使洁净空气(经高效滤过器后)在操作台形成低速层流气流,直接覆盖整个操作台面,以获得局部A级洁净环境。送风方式有水平层流和垂直层流。其特点是设备费用少,可移动,对操作人员的要求相对较少。
2.气流要求
由高效滤过器送出的洁净空气进入洁净室后,其流向的安排直接影响室内洁净度。气流形式有层流和乱流。
(1)层流:
是指空气流线呈同向平行状态,各流线间的尘埃不易相互扩散,亦称平行流。该气流即使遇到人、物等发尘体,进入气流中的尘埃也很少扩散到全室,而是随平行流迅速流出,有自行除尘能力,保持室内洁净度,常用于A级洁净区。
层流分为水平层流和垂直层流。垂直层流以高效滤过器为送风口,布满顶棚,地板全部为回风口,使气流自上而下地流动;水平层流的送风口布满一侧墙面,对应墙面为回风口,气流以水平方向流动。
(2)乱流:
是指空气流线呈不规则状态,各流线间的尘埃易相互扩散,亦称紊流。紊流气流呈错乱状态,可使空气中悬浮的微粒迅速混合,相互结成大粒子,也可使室内静止的微粒重新飞扬。乱流可获得C~D级的洁净空气。