一、行業應(yīng)用領域
製藥用水(shuǐ)幾乎貫穿於(yú)藥品及相關產品生產的各個環節(jiē),因此它(tā)被喻(yù)為藥品及相關產品生產的“生命線”。作為(wéi)重要原輔材料的水,直(zhí)接影響藥物產(chǎn)品的質量。因此它必須(xū)同(tóng)藥品生產的其他原輔材料一樣,達到藥典規定的質量標準。
大輸液(yè)、針劑、口服液等製劑生產
原料藥的提取洗滌(dí)、針劑、膠囊(náng)生產
眼藥水及護理液的生產
醫院血誘(yòu)室、生化分析室、手術室無菌水(shuǐ)
多效蒸餾水機原料水、洗瓶水
化妝品工藝用水、洗滌用品用水
生化藥物製品、診斷試劑
二、製藥用水分類
1)飲用水(Potable-Water):通(tōng)常為自(zì)來水公(gōng)司供應的自來(lái)水或深井水,又稱原水,其質量必須符合國家標(biāo)準GB5749-85《生活飲用(yòng)水衛生標準》。按(àn)2000中國藥典規定,飲(yǐn)用水不能直接用作製劑的製備或試驗用水。
2)純化水(Purified Water):為原水經蒸(zhēng)餾法、離子交換法、反滲透法或其他適宜的方法製得的製藥用的水、不含任何附加劑。純化水可作(zuò)為配(pèi)製普通藥物製劑的溶劑或試驗用(yòng)水,不得用於注射劑的配製,采用離(lí)子交換法、反滲透法(fǎ)、超濾法等非熱處理製備的純化水一般(bān)又稱去離子水。采用(yòng)特(tè)殊設計的蒸(zhēng)餾器(qì)用蒸餾法製備的純化水(shuǐ)一般又稱蒸餾水。
3)注射用水(Water for Injection):是以(yǐ)純化水作為原水,經特殊設計的蒸餾(liú)器蒸餾(liú),冷凝冷卻後(hòu)經膜過濾製備而得的水。注射用水可作(zuò)為(wéi)配製(zhì)注射劑用的溶劑。
4)滅(miè)菌注射用水(Sterile Water for Injection):為注(zhù)射用水依照注射劑生產(chǎn)工藝製備所得的水。滅菌注射用水用於滅(miè)菌粉末的溶劑或注射液的稀釋劑。
三、規範對純化水的基本定義
根據FDA頒布的GMP(1998修訂)定義:“純化水為蒸餾法、離子交換法、反滲透法或其它適宜(yí)的方法製得供藥用(yòng)的水,不含(hán)任何附加劑。”
《中(zhōng)國藥典》(2010年(nián)版)附錄(lù)定義:“純化水為飲用水經蒸餾法、離子交換法、反滲透法或其它適宜的方法製備的製藥用水。其質量應(yīng)符合《中國藥典》二部純化(huà)水項下的規定。純化水不含任何附加劑。”並規(guī)定:“應嚴格(gé)監測各生產環節,防止微(wēi)生物汙染。”
GMP(1998修訂)第34條規定:“純化水,注射用水的製備、儲存和分配應能防止(zhǐ)微生物的滋生和汙(wū)染。儲罐和輸(shū)送管道所用(yòng)的材料應無毒、耐腐蝕。管道的設計和安裝應避免死角、盲(máng)管。儲罐和管道要規定清洗、滅菌周期。”
GMP(1998修訂)附錄總則中明確規定:“藥品生(shēng)產過程的驗證內容必須包括工藝用水(shuǐ)係統”。
1)純化水(shuǐ)處理係統(tǒng)概述
純化(huà)水製備係統沒(méi)有一種(zhǒng)固定的模式。常用的程序是:以飲用水為原水,第一步,前(qián)處理(預處理)去除懸浮物、有機物、膠體、細菌等雜質並脫去餘氯,使水的濁度降到1度以下(xià);第二步是脫鹽,去除水中以離子形式存在的無機物和氧氣;第三步是後處理(精處理)進一步去除極微細顆粒、細(xì)菌和被殺死的細(xì)菌殘核。
2)係統設備組合的選擇原則:
滿足純化(huà)水(shuǐ)質量要求;
滿足製水效率要求;
盡量減少能(néng)耗;
方便維修和管(guǎn)理。
四、製藥用水的水質標準
1)飲用水:應符合中華人民(mín)共和國國家標準《生活飲用水衛生標準》(GB5749-2008) 2)純化水:應符合《2010中國藥典》所(suǒ)收載的純化水標準。
在製水工藝中通常(cháng)采用在線檢(jiǎn)測純化水的電阻率值的大小,來反映水中各種離子的(de)濃度。製藥行(háng)業的純化水的電阻率通常應≥0.5MΩ.CM/25℃,對於注射劑、滴眼液容(róng)器(qì)衝洗用的純(chún)化水的電阻率應≥1MΩ.CM/25℃。
3)注射用水:應符合2010中國藥典所收載的注射用水標準。
五、常見典型工藝
1)係統工藝
2)主要(yào)工藝原理
⑴反滲透基本原理
反滲透是1960年美國加利福尼亞大學的洛布(Loeb)與素裏拉金(Sourirtajan)發明的一項高新膜分離技術,其(qí)孔徑很小,大(dà)都≤10×10-10(10A),它能去除濾液中的(de)離子範圍和(hé)分子量很(hěn)小的(de)有機物(wù),如細菌、病毒、熱源等。它(tā)已廣泛用於海水或(huò)苦鹹水淡化、電子(zǐ)、醫藥用純水、飲用蒸餾水、太空水的生產,還應用於生(shēng)物、醫學(xué)工(gōng)程。
反滲(shèn)透亦稱逆滲透(RO)。是用一定的(de)壓力使(shǐ)溶液中的(de)溶劑通過(guò)反滲透(tòu)膜(或稱半透膜)分離出來。因為它和自然滲透的方向(xiàng)相反,故稱反滲透。根據各種物料的不同滲透壓,就(jiù)可以使大於滲透壓的反滲透法(fǎ)達到分離、提取、純化和濃縮(suō)的目的(de)。
滲(shèn)透是一種物理現象,當兩種含有(yǒu)不同根類濃度的溶液用一張半透膜隔開時會發(fā)現,含根量少的一側的溶劑會自發地向含根量(liàng)高的(de)一(yī)側流(liú)動(dòng),這(zhè)個過程叫(jiào)做滲透。滲透直到兩側的液位差(即壓力(lì)差)達(dá)到平(píng)衡時,滲透停(tíng)止,此時的壓力差叫滲透壓。滲透壓隻與(yǔ)溶液的種類、根濃(nóng)度和溫度有關,而與半透(tòu)膜無關。一般說來,根濃度越高,滲透壓越高。反之,如果在濃溶液側施加一個壓力超過滲透壓(yā)時,那麽濃(nóng)側的溶劑會在壓力(lì)作(zuò)用下向淡水一側滲透,這個滲透由(yóu)於與自(zì)然滲透(tòu)相反,故叫(jiào)做反滲透(Reverse Osmosis) 。反滲透膜(mó)分(fèn)離技術就是利用反滲透原(yuán)理分離溶質和(hé)溶劑的(de)方法。
反(fǎn)滲透設施生(shēng)產純水的關鍵有兩(liǎng)個(gè),一是一個有選擇性(xìng)的膜,我們稱之為半透膜,二是一定(dìng)的壓力。簡單地說,反滲透半透膜上有眾多的孔,這些孔的大小與水分子的大(dà)小相當,由於細(xì)菌、病毒、大部分有機(jī)汙(wū)染物和水合離子均(jun1)比水分子大得(dé)多,因此(cǐ)不能透過反滲透半透膜而與透過反滲透(tòu)膜的水相分離。在水中眾多種雜質中,溶解性鹽類是最難清除的.因此(cǐ),經常(cháng)根據除鹽率的高低來確定反滲透的淨水效果.反滲透除鹽率的高低主要(yào)決定於(yú)反滲(shèn)透(tòu)半透膜(mó)的選(xuǎn)擇(zé)性。目前,較(jiào)高(gāo)選擇性的反滲透膜元件除鹽率可以高達99.5%
1. 聚酯材料增強無紡布(bù),約120μm厚;
2. 聚碸材料多(duō)孔(kǒng)中間支(zhī)撐(chēng)層,約40μm厚;
3. 聚酰胺材料超薄分離層,約0.2μm厚。
4. 複合膜的主要結構強度是由無紡布提供的,它具有堅硬、無鬆散纖維的光滑表麵。
5. 設計多(duō)孔中間支撐結構的原因是(shì)如超薄分離層直接複合(hé)在無紡布上(shàng)時,表麵太不規則,且孔隙太大,因此需要在無(wú)紡布上預先塗布一層高透水性微孔聚碸作為支撐層,其孔徑約為150埃左右。
6. 每一層(céng)均根據(jù)其功能要求分別優化設計與製造,超薄分離層(céng)是反滲透過程中(zhōng)真正具有分離作用的功能層。
反滲透裝置是整(zhěng)套超純水設備的核心部分。反滲透(Reverse Osmosis)簡稱(chēng)RO,源於美國航天技術,是六十年代發展起來的一種膜分離技術,其原理是原水在高壓(yā)力的作用下(xià)通過反滲透膜,水中的溶劑由高濃度(dù)向低濃度擴散從而達到(dào)分離、提(tí)純、濃縮的目的,由於它與自然界的(de)滲透方向相反,因而稱它為反(fǎn)滲透。反滲透可以去除水中的細菌、病毒、膠(jiāo)體、有機物和98.6%以上的溶解性根類。該方(fāng)法具有運行成本低、操作簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度(dù)高、出(chū)水水質穩定等特點,與其他傳統的水(shuǐ)處理方法相比具有明顯的優越性,廣泛運用於水處理相關行(háng)業。
⑵EDI基本原理
EDI即連續除鹽技術(EDI,Electro deionization或CDI,Continuous Electrode ionization),是利用混和離子交換樹脂吸附給水(shuǐ)中的陰陽離子(zǐ),同時這些被吸附的離子又在直流電壓的作用(yòng)下(xià),分別(bié)透過陰陽離子(zǐ)交換膜而被去除的過程。這一過程中離子(zǐ)交換樹脂是被電連續再生的,因此不需要使用(yòng)酸和堿對之再生。這一新技術可以代替傳統的離子交換(huàn)裝置,生產出電阻率高達17 MΩ·cm的超(chāo)純水。
一般城市水源中存在(zài)鈉、鈣、鎂(měi)、氯化物、硝酸根、碳酸氫(qīng)根等(děng)溶解物。這些化合物由帶(dài)負電荷(hé)的陰離子和帶正電荷的陽離子組成。通過反滲透(RO)的處理,98%以上的(de)離子可以被去除。RO純水(EDI給水)電阻率的一般範圍是0.05-1.0MΩ·CM,即電導率的範圍為20-1μS/CM。根據(jù)應用的情況,去離子水電阻率的範圍一(yī)般為1-18.2 MΩ·CM。另(lìng)外,原水中也可能包(bāo)括其它微量元素、溶解的氣體(例如CO2)和一(yī)些(xiē)弱電解質(例如(rú)硼,二氧化矽),這些雜質在工業除(chú)根水中必須(xū)被除掉。但(dàn)是反滲透過程對(duì)於這些雜質(zhì)的清除效果較差。
離子交換膜和離子交換樹脂的工作原理(lǐ)相近,可以使特定的離子遷移。陰離子交換膜隻允(yǔn)許陰離子透過,不允許陽離子透過;而陽離子交(jiāo)換膜隻允許陽(yáng)離子透過,不允許陰離子透過。在一對陰(yīn)陽離子交換膜之間(jiān)充填混(hún)合離子交換(huàn)樹脂就形成了一個EDI單元。陰陽離子交換(huàn)膜(mó)之間由混合離子交換樹脂占據的空間被(bèi)稱(chēng)為(wéi)淡水室。將一定數量的EDI單元羅列在一起(qǐ),使陰離子交換膜(mó)和陽離子交換膜交替排列,並使用網狀物將每個EDI單元隔開,形成濃水(shuǐ)室(shì)。在給定的直流電壓的推動下,在(zài)淡水室中,離子交換樹脂中的陰陽離子分別在電場作用下向(xiàng)正負極遷移,並透過陰(yīn)陽離子交換膜進入濃水室,同時給水中的離子被離子交換樹脂吸(xī)附而占據由於離子(zǐ)電遷移而(ér)留(liú)下的空位。事實上離子的遷移和吸附是同(tóng)時並連續發生的。通過這樣的過程,給水中的離子穿過離子交換膜進入到濃水室被去除而成為除根水(shuǐ)。帶負電荷的陰離子(例(lì)如(rú)OH-、Cl-)被正極(+)吸引而通過陰(yīn)離子交換膜,進入到鄰近的(de)濃水室中。此後這些離子(zǐ)在繼續(xù)向正極遷移中遇(yù)到鄰近的陽離子交換膜,而陽離子交換(huàn)不允許其通過,這些(xiē)離子即被(bèi)阻隔在濃水中。淡水流中的陽離子(例如Na+ 、H+)以類式(shì)的方式被阻隔在濃水中。在濃水中,透過陰陽膜的(de)離子維持電中性。
EDI組件電流量(liàng)和離子遷(qiān)移量成正比。電流量由兩部分組成,一部(bù)分源於(yú)被除去(qù)離子的遷移,另一(yī)部分源於水本身電離(lí)產生的H+和OH-離子的(de)遷(qiān)移。在EDI組(zǔ)件中存在較高的電壓(yā)梯度(dù),在其作用下,水(shuǐ)會電解產生大量的H+和OH-。這些就地(dì)產生的H+和OH-對離子交換(huàn)樹脂(zhī)進行連續再生。
EDI組件中的離子交換(huàn)樹脂可以分為兩部分,一部(bù)分稱(chēng)作工作樹(shù)脂,另一部分稱作拋光樹脂,二者的界限稱(chēng)為工作前沿。工作樹脂主(zhǔ)要起導電作用,而拋光樹脂在不斷交換和被連續再生。工(gōng)作樹脂承擔著除去(qù)大部分離子的任務,而(ér)拋光樹脂則承擔著(zhe)去除象弱電解質等較難清除的離子(zǐ)的任務。
EDI給水的預處理是EDI實現其最優性能和減少設備故障的首要的條件。給水裏的汙(wū)染物會(huì)對除根組件有(yǒu)負麵影響,增加維護量並降低膜組(zǔ)件(jiàn)的壽命。
超純水經(jīng)常用(yòng)於微電子(zǐ)工業、半(bàn)導體(tǐ)工(gōng)業、發電工業、製藥行業(yè)等。EDI純(chún)水(shuǐ)也可以(yǐ)作為製藥蒸餾水、發電(diàn)廠的鍋爐補給水(shuǐ),以及其它(tā)應用超(chāo)純水。