过滤器完整性检测的目标是确保产品质量、产品性能和降低风险,一般可分为两种类型:破坏性检测和非破坏性检测。
破坏性检测通常由制造商根据生产的每批膜和生产设备的统计样本进行。同时,制造商在销售前对每个除菌级过滤器进行非破坏性检测,以确保其完整性。交付给最终用户的产品经过了完整性检测,但产品从制造公司放行后,在向最终用户的运输/供应过程中有可能被损坏,因此最好由最终用户执行使用前和使用后的完整性检测,以确保产品完整性。
1) 破坏性过滤器完整性检测:
细菌挑战试验用作破坏性检测。在这种检测中,含有细菌的培养基溶液在过滤器的上游引入并确保在过滤器后回收的有机体为零。这种检测被称为破坏性的,因为在这个检测中“有意”加载微生物培养物,并且之后不能再使用,即过滤器必须销毁。
2) 非破坏性检测:
此类检测在使用过滤器之前和之后在用户端进行。非破坏性检测可分为三种:
i) 泡点测试
ii) 扩散流测试
iii) 水侵入测试或称水流测试
起泡点是当施加到过滤器上游侧时、克服系统中最大孔隙的水张力并迫使水通过膜孔而空气自由流过该孔隙的压力量。该方法最常用于小型过滤设备,并可用于疏水和亲水性过滤器。该方法可以手动进行,也可以使用测量最小泡点值的自动化设备进行。该测试基于液体通过表面张力和毛细管力保持在过滤器的孔中这一事实,它用于通过测量迫使液体流出膜孔所需的最小压力来测量孔直径。
泡点表示为:
BP= 4*k*γ*cosѲ/d
其中:k=形状校正因子,
γ = 表面张力
Ѳ = 接触角
d = 孔径
泡点测试的简单操作程序如下:
- 用适当的液体润湿过滤器。
- 将系统加压至产品说明中预期泡点压力的 80%。
- 缓慢增加压力,直到在出口处观察到快速持续的冒泡。
- 观察到气泡流的点是该过滤器的泡点。
手动检测:
此测试可手动进行,与自动操作相同,其中压力表用于检测外壳,以进行压力检查。
- 将80% 的检测压力手动施加在过滤器的上游侧,并使其稳定。
- 出口置于水中,因此可以观察到持续冒泡。
- 缓慢增加压力,直到在出口处观察到气泡流。
- 观察到气泡流的点是该过滤器的泡点。
以压力测量的检测结果记录(以 mbar 为单位的泡点)。最小泡点由制造商提供,在检测程序开发期间须使用该值,而最大泡点取决于用户在检测开发期间设置。例如,对于过滤器,如果制造商提供最小起泡点为 1000 mbar,那么这是过滤器的通过标准。
扩散流测试在充满液体的过滤器的上游侧施加恒定的空气压力,并测量随时间推移扩散通过过滤器的空气体积。在不同的气压下,气体分子根据菲克扩散定律迁移通过润湿膜充满水的孔隙。气体扩散流速与压差(过滤器的上游和下游侧)和过滤器的总表面积成正比。扩散流测试压力低于最小泡点,因为溶解在液体中的气体被保留在孔隙中并开始扩散出去。
该测试方法可以手动或使用自动化设备进行,扩散流测试的简单操作程序如下:
- 用适当的液体润湿过滤器。
- 缓慢增加过滤器上游侧的压力至制造商提供的推荐检测压力。
- 让系统平衡。
- 在自动化设备中,气体扩散由设备测量,而手动需要用倒置量筒或流量计测量出口处一分钟内的气体流量。
检测结果以扩散体积来衡量,单位为ml。
压力保持测试/压力衰减/压降测试:
该检测是扩散流检测的“变体”。在此检测中,使用高精度仪表监测由于气体扩散通过过滤器而引起的上游压力变化。压力保持值取决于扩散流和上游体积。可以使用以下等式计算,
压力保持 (Δp) = D*T*Pa/Vh
Δp = 压降(bar 或 psi),
D = 扩散速率(ml/min),
T = 时间(min),
Pa = 大气压力(1 atm 或 14.7 psi),
Vh = 设备的上游体积 (ml)。
该方法用于疏水性过滤器。在此检测中,过滤器固定在外壳中并充满环境温度水 (WFI)。允许稳定,以便可以去除气泡并且水在膜表面形成一层。在过滤器的上游侧施加检测压力,并测量由于水蒸气通过膜而产生的压降。
该方法的优点是:
- 该检测变得越来越流行,因为它不再需要基于溶剂的润湿。
- 由于膜在测试期间不会浸湿,过滤器可以在排干和最短干燥时间后使用,从而减少过滤器停机时间。
- 它可以在灭菌系统中的过滤器上执行,因为过滤器的下游侧没有操作。
1) 温度:温度在完整性检测中起主要作用,因此检测期间区域温度、检测气体(空气或氮气)、过滤器温度、过滤器外壳温度、润湿剂或检测液体温度应为环境温度。由于水侵入测试依赖于水的蒸发流穿过待测膜,任何温度升高都会导致高蒸发率,从而导致测量到更高的水流。测试用气体应为常温,过程中既不升温也不降温,其会造成结果失真。使用理想气体定律作为经验法则,扩散测量阶段样品内部 1°C 的均匀温度变化会影响扩散检测结果约 25%。
2) 检测气体:检测气体应清洁、干燥且处于环境温度下。进行扩散流检测时,必须考虑检测气体的类型。如果不指定气体,则通常针对作为检测气体的空气给出滤芯的最大允许扩散值。由于氮气 (N2) 在水中的溶解度低于空气,因此给定过滤器的扩散速率会降低。如果使用氮气代替压缩空气,则必须修改最大允许扩散率,氮气最大扩散 = 空气最大扩散 * 0.82。
3) 润湿剂/检测液:应使用制造商在产品规格中提及的相同润湿剂。在水侵入测试中,任何可以改变水的表面张力的材料都会影响检测结果,如任何污染材料、天然油、水的电导率,因为水的蒸发在较低的电导率下较高,在泡点测试和扩散流测试中,由于表面张力的变化,不同的润湿剂会给出错误的结果。过滤器润湿程序和润湿时间对检测结果也起着重要作用。
4) 检测程序:不同的过滤器有不同的检测程序,检测程序参数应按照制造商的建议设置。
5) 过滤器外壳:过滤器外壳应为针对特定过滤器的,外壳设计和外壳体积会影响结果。