一、行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域
制藥用水幾乎貫穿于藥品及相關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié),因此它被喻為藥品及相關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)的“生命線”。作為重要原輔材料的水,直接影響藥物產(chǎn)品的質(zhì)量。因此它必須同藥品生產(chǎn)的其他原輔材料一樣,達(dá)到藥典規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
大輸液、針劑、口服液等制劑生產(chǎn)
原料藥的提取洗滌、針劑、膠囊生產(chǎn)
眼藥水及護(hù)理液的生產(chǎn)
醫(yī)院血誘室、生化分析室、手術(shù)室無(wú)菌水
多效蒸餾水機(jī)原料水、洗瓶水
化妝品工藝用水、洗滌用品用水
生化藥物制品、診斷試劑
二、制藥用水分類
1)飲用水(Potable-Water):通常為自來(lái)水公司供應(yīng)的自來(lái)水或深井水,又稱原水,其質(zhì)量必須符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB5749-85《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》。按2000中國(guó)藥典規(guī)定,飲用水不能直接用作制劑的制備或試驗(yàn)用水。
2)純化水(Purified Water):為原水經(jīng)蒸餾法、離子交換法、反滲透法或其他適宜的方法制得的制藥用的水、不含任何附加劑。純化水可作為配制普通藥物制劑的溶劑或試驗(yàn)用水,不得用于注射劑的配制,采用離子交換法、反滲透法、超濾法等非熱處理制備的純化水一般又稱去離子水。采用特殊設(shè)計(jì)的蒸餾器用蒸餾法制備的純化水一般又稱蒸餾水。
3)注射用水(Water for Injection):是以純化水作為原水,經(jīng)特殊設(shè)計(jì)的蒸餾器蒸餾,冷凝冷卻后經(jīng)膜過濾制備而得的水。注射用水可作為配制注射劑用的溶劑。
4)滅菌注射用水(Sterile Water for Injection):為注射用水依照注射劑生產(chǎn)工藝制備所得的水。滅菌注射用水用于滅菌粉末的溶劑或注射液的稀釋劑。
三、規(guī)范對(duì)純化水的基本定義
根據(jù)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的方法制得供藥用的水,不含任何附加劑?!?/div>
《中國(guó)藥典》(2010年版)附錄定義:“純化水為飲用水經(jīng)蒸餾法、離子交換法、反滲透法或其它適宜的方法制備的制藥用水。其質(zhì)量應(yīng)符合《中國(guó)藥典》二部純化水項(xiàng)下的規(guī)定。純化水不含任何附加劑?!辈⒁?guī)定:“應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)測(cè)各生產(chǎn)環(huán)節(jié),防止微生物污染?!?/div>
GMP(1998修訂)第34條規(guī)定:“純化水,注射用水的制備、儲(chǔ)存和分配應(yīng)能防止微生物的滋生和污染。儲(chǔ)罐和輸送管道所用的材料應(yīng)無(wú)毒、耐腐蝕。管道的設(shè)計(jì)和安裝應(yīng)避免死角、盲管。儲(chǔ)罐和管道要規(guī)定清洗、滅菌周期。”
GMP(1998修訂)附錄總則中明確規(guī)定:“藥品生產(chǎn)過程的驗(yàn)證內(nèi)容必須包括工藝用水系統(tǒng)”。
1)純化水處理系統(tǒng)概述
純化水制備系統(tǒng)沒有一種固定的模式。常用的程序是:以飲用水為原水,步,前處理(預(yù)處理)去除懸浮物、有機(jī)物、膠體、細(xì)菌等雜質(zhì)并脫去余氯,使水的濁度降到1度以下;第二步是脫鹽,去除水中以離子形式存在的無(wú)機(jī)物和氧氣;第三步是后處理(精處理)進(jìn)一步去除極微細(xì)顆粒、細(xì)菌和被殺死的細(xì)菌殘核。
2)系統(tǒng)設(shè)備組合的選擇原則:
滿足純化水質(zhì)量要求;
滿足制水效率要求;
盡量減少能耗;
方便維修和管理。
四、制藥用水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)
1)飲用水:應(yīng)符合中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2008)
2)純化水:應(yīng)符合《2010中國(guó)藥典》所收載的純化水標(biāo)準(zhǔn)。在制水工藝中通常采用在線檢測(cè)純化水的電阻率值的大小,來(lái)反映水中各種離子的濃度。制藥行業(yè)的純化水的電阻率通常應(yīng)≥0.5MΩ.CM/25℃,對(duì)于注射劑、滴眼液容器沖洗用的純化水的電阻率應(yīng)≥1MΩ.CM/25℃。
3)注射用水:應(yīng)符合2010中國(guó)藥典所收載的注射用水標(biāo)準(zhǔn)。
五、常見典型工藝
1)系統(tǒng)工藝
2)主要工藝原理
⑴反滲透基本原理
反滲透是1960年美國(guó)加利福尼亞大學(xué)的洛布(Loeb)與素里拉金(Sourirtajan)發(fā)明的一項(xiàng)高新膜分離技術(shù),其孔徑很小,大都≤10×10-10(10A),它能去除濾液中的離子范圍和分子量很小的有機(jī)物,如細(xì)菌、病毒、熱源等。它已廣泛用于海水或苦咸水淡化、電子、醫(yī)藥用純水、飲用蒸餾水、太空水的生產(chǎn),還應(yīng)用于生物、醫(yī)學(xué)工程。
反滲透亦稱逆滲透(RO)。是用一定的壓力使溶液中的溶劑通過反滲透膜(或稱半透膜)分離出來(lái)。因?yàn)樗妥匀粷B透的方向相反,故稱反滲透。根據(jù)各種物料的不同滲透壓,就可以使大于滲透壓的反滲透法達(dá)到分離、提取、純化和濃縮的目的。
滲透是一種物理現(xiàn)象,當(dāng)兩種含有不同根類濃度的溶液用一張半透膜隔開時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn),含根量少的一側(cè)的溶劑會(huì)自發(fā)地向含根量高的一側(cè)流動(dòng),這個(gè)過程叫做滲透。滲透直到兩側(cè)的液位差(即壓力差)達(dá)到平衡時(shí),滲透停止,此時(shí)的壓力差叫滲透壓。滲透壓只與溶液的種類、根濃度和溫度有關(guān),而與半透膜無(wú)關(guān)。一般說來(lái),根濃度越高,滲透壓越高。反之,如果在濃溶液側(cè)施加一個(gè)壓力超過滲透壓時(shí),那么濃側(cè)的溶劑會(huì)在壓力作用下向淡水一側(cè)滲透,這個(gè)滲透由于與自然滲透相反,故叫做反滲透(Reverse Osmosis) 。反滲透膜分離技術(shù)就是利用反滲透原理分離溶質(zhì)和溶劑的方法。
反滲透設(shè)施生產(chǎn)純水的關(guān)鍵有兩個(gè),一是一個(gè)有選擇性的膜,我們稱之為半透膜,二是一定的壓力。簡(jiǎn)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小相當(dāng),由于細(xì)菌、病毒、大部分有機(jī)污染物和水合離子均比水分子大得多,因此不能透過反滲透半透膜而與透過反滲透膜的水相分離。在水中眾多種雜質(zhì)中,溶解性鹽類是比較難清除的.因此,經(jīng)常根據(jù)除鹽率的高低來(lái)確定反滲透的凈水效果.反滲透除鹽率的高低主要決定于反滲透半透膜的選擇性。目前,較高選擇性的反滲透膜元件除鹽率可以高達(dá)99.5%
1. 聚酯材料增強(qiáng)無(wú)紡布,約120μm厚;
2. 聚砜材料多孔中間支撐層,約40μm厚;
3. 聚酰胺材料超薄分離層,約0.2μm厚。
4. 復(fù)合膜的主要結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是由無(wú)紡布提供的,它具有堅(jiān)硬、無(wú)松散纖維的光滑表面。
5. 設(shè)計(jì)多孔中間支撐結(jié)構(gòu)的原因是如超薄分離層直接復(fù)合在無(wú)紡布上時(shí),表面太不規(guī)則,且孔隙太大,因此需要在無(wú)紡布上預(yù)先涂布一層高透水性微孔聚砜作為支撐層,其孔徑約為150埃左右。
6. 每一層均根據(jù)其功能要求分別優(yōu)化設(shè)計(jì)與制造,超薄分離層是反滲透過程中真正具有分離作用的功能層。
反滲透裝置是整套超純水設(shè)備的核心部分。反滲透(Reverse Osmosis)簡(jiǎn)稱RO,源于美國(guó)航天技術(shù),是六十年代發(fā)展起來(lái)的一種膜分離技術(shù),其原理是原水在高壓力的作用下通過反滲透膜,水中的溶劑由高濃度向低濃度擴(kuò)散從而達(dá)到分離、提純、濃縮的目的,由于它與自然界的滲透方向相反,因而稱它為反滲透。反滲透可以去除水中的細(xì)菌、病毒、膠體、有機(jī)物和98.6%以上的溶解性根類。該方法具有運(yùn)行成本低、操作簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高、出水水質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn),與其他傳統(tǒng)的水處理方法相比具有明顯的優(yōu)越性,廣泛運(yùn)用于水處理相關(guān)行業(yè)。
⑵EDI基本原理
EDI即連續(xù)除鹽技術(shù)(EDI,Electro deionization或CDI,Continuous Electrode ionization),是利用混和離子交換樹脂吸附給水中的陰陽(yáng)離子,同時(shí)這些被吸附的離子又在直流電壓的作用下,分別透過陰陽(yáng)離子交換膜而被去除的過程。這一過程中離子交換樹脂是被電連續(xù)再生的,因此不需要使用酸和堿對(duì)之再生。這一新技術(shù)可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的離子交換裝置,生產(chǎn)出電阻率高達(dá)17 MΩ·cm的超純水。
一般城市水源中存在鈉、鈣、鎂、氯化物、硝酸根、碳酸氫根等溶解物。這些化合物由帶負(fù)電荷的陰離子和帶正電荷的陽(yáng)離子組成。通過反滲透(RO)的處理,98%以上的離子可以被去除。RO純水(EDI給水)電阻率的一般范圍是0.05-1.0MΩ·CM,即電導(dǎo)率的范圍為20-1μS/CM。根據(jù)應(yīng)用的情況,去離子水電阻率的范圍一般為1-18.2 MΩ·CM。另外,原水中也可能包括其它微量元素、溶解的氣體(例如CO2)和一些弱電解質(zhì)(例如硼,二氧化硅),這些雜質(zhì)在工業(yè)除根水中必須被除掉。但是反滲透過程對(duì)于這些雜質(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相近,可以使特定的離子遷移。陰離子交換膜只允許陰離子透過,不允許陽(yáng)離子透過;而陽(yáng)離子交換膜只允許陽(yáng)離子透過,不允許陰離子透過。在一對(duì)陰陽(yáng)離子交換膜之間充填混合離子交換樹脂就形成了一個(gè)EDI單元。陰陽(yáng)離子交換膜之間由混合離子交換樹脂占據(jù)的空間被稱為淡水室。將一定數(shù)量的EDI單元羅列在一起,使陰離子交換膜和陽(yáng)離子交換膜交替排列,并使用網(wǎng)狀物將每個(gè)EDI單元隔開,形成濃水室。在給定的直流電壓的推動(dòng)下,在淡水室中,離子交換樹脂中的陰陽(yáng)離子分別在電場(chǎng)作用下向正負(fù)極遷移,并透過陰陽(yáng)離子交換膜進(jìn)入濃水室,同時(shí)給水中的離子被離子交換樹脂吸附而占據(jù)由于離子電遷移而留下的空位。事實(shí)上離子的遷移和吸附是同時(shí)并連續(xù)發(fā)生的。通過這樣的過程,給水中的離子穿過離子交換膜進(jìn)入到濃水室被去除而成為除根水。帶負(fù)電荷的陰離子(例如OH-、Cl-)被正極(+)吸引而通過陰離子交換膜,進(jìn)入到鄰近的濃水室中。此后這些離子在繼續(xù)向正極遷移中遇到鄰近的陽(yáng)離子交換膜,而陽(yáng)離子交換不允許其通過,這些離子即被阻隔在濃水中。淡水流中的陽(yáng)離子(例如Na+ 、H+)以類式的方式被阻隔在濃水中。在濃水中,透過陰陽(yáng)膜的離子維持電中性。
EDI組件電流量和離子遷移量成正比。電流量由兩部分組成,一部分源于被除去離子的遷移,另一部分源于水本身電離產(chǎn)生的H+和OH-離子的遷移。在EDI組件中存在較高的電壓梯度,在其作用下,水會(huì)電解產(chǎn)生大量的H+和OH-。這些就地產(chǎn)生的H+和OH-對(duì)離子交換樹脂進(jìn)行連續(xù)再生。
EDI組件中的離子交換樹脂可以分為兩部分,一部分稱作工作樹脂,另一部分稱作拋光樹脂,二者的界限稱為工作前沿。工作樹脂主要起導(dǎo)電作用,而拋光樹脂在不斷交換和被連續(xù)再生。工作樹脂承擔(dān)著除去大部分離子的任務(wù),而拋光樹脂則承擔(dān)著去除象弱電解質(zhì)等較難清除的離子的任務(wù)。
EDI給水的預(yù)處理是EDI實(shí)現(xiàn)其比較優(yōu)性能和減少設(shè)備故障的首要的條件。給水里的污染物會(huì)對(duì)除根組件有負(fù)面影響,增加維護(hù)量并降低膜組件的壽命。
超純水經(jīng)常用于微電子工業(yè)、半導(dǎo)體工業(yè)、發(fā)電工業(yè)、制藥行業(yè)等。EDI純水也可以作為制藥蒸餾水、發(fā)電廠的鍋爐補(bǔ)給水,以及其它應(yīng)用超純水。
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