一、行業應用領域
製藥(yào)用水幾乎貫穿於藥(yào)品及相關產品生產的(de)各個環節,因此它被喻為藥(yào)品及相關產品生產的“生(shēng)命線”。作為重要原輔材料的水,直接影響藥(yào)物產品的(de)質量。因此它(tā)必須同藥品生產的其他原輔材料一樣,達到藥(yào)典規定的質量標準。
大輸液、針劑、口(kǒu)服液等製劑生產
原料藥的(de)提取洗滌、針劑、膠囊生產
眼藥水及護理液的生產
醫院血(xuè)誘室、生化分析室、手(shǒu)術室無(wú)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(jì)
二、製藥用(yòng)水分類
1)飲(yǐn)用水(Potable-Water):通常為(wéi)自來水公司供應的自來(lái)水或深井(jǐng)水,又稱原水,其質量必須符合國(guó)家標準GB5749-85《生活飲用水衛(wèi)生標準》。按2000中國藥(yào)典規定,飲(yǐn)用水不能直接用作製劑的製備或試(shì)驗用水。
2)純化水(Purified Water):為原水經蒸餾法、離子交換法、反滲透法(fǎ)或其他適宜的方法製得的製藥用的水、不含任何附加劑。純化水可作為配製普通藥物製劑的溶劑或試驗用水,不得用於注射劑的配製,采用離子交換法、反滲透法、超濾法等非熱處理製備的純化水一般又稱去離子水。采用特殊(shū)設計的蒸餾器用蒸餾法製備的(de)純化水一般又(yòu)稱蒸餾水。
3)注射用水(Water for Injection):是以純化水作為(wéi)原水,經特殊設計的蒸餾器蒸餾,冷凝冷卻後經膜過濾製備而得的(de)水。注射用水可作為配製(zhì)注射劑(jì)用的溶劑。
4)滅(miè)菌注射(shè)用水(Sterile Water for Injection):為注射用水依照注射劑生產工藝製備所得的水。滅菌注射(shè)用水用於滅菌粉末的溶劑或注射液的稀釋劑。
三、規(guī)範對純化水的基本(běn)定義
根據FDA頒(bān)布(bù)的GMP(1998修訂)定義:“純化水為蒸餾法、離子交換法、反(fǎn)滲透法或其它適宜的方法製得供藥用(yòng)的(de)水,不含任何附加劑。”
《中國藥典》(2010年(nián)版)附錄定義:“純化水為飲用水經蒸餾法、離子交換法、反(fǎn)滲透法或其它適宜的方法(fǎ)製備的製藥用水(shuǐ)。其質量應符合《中國藥典》二部純化水項下的規定。純化(huà)水不含(hán)任何附加劑。”並(bìng)規定:“應嚴格監測各生產環(huán)節(jiē),防止微生物(wù)汙染。”
GMP(1998修訂(dìng))第34條規定:“純化水,注射用水的製備(bèi)、儲存和分(fèn)配應能防止微生物的滋生(shēng)和汙(wū)染。儲罐和輸送管道所(suǒ)用的材料(liào)應(yīng)無毒、耐腐蝕。管(guǎn)道的設(shè)計(jì)和安裝應避免死角、盲管(guǎn)。儲罐和管道要規定清洗、滅菌周期(qī)。”
GMP(1998修訂)附錄總則中明確規定:“藥品生產過程的驗證內容必須包括工藝用水(shuǐ)係統”。
1)純化水處理係統概述
純化水(shuǐ)製備係統沒有一種固定(dìng)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(chù)理)去(qù)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(jiàng)到1度以下;第(dì)二步是(shì)脫鹽,去除水中以離子(zǐ)形式(shì)存(cún)在(zài)的無機物和氧氣;第三步是後處理(精處理)進(jìn)一步去除極微細顆(kē)粒、細(xì)菌和被殺死的(de)細菌殘核。
2)係(xì)統設備組合的選擇原則:
滿足(zú)純(chún)化水質量要求;
滿足製水效率要求;
盡量減少能耗;
方便維修(xiū)和管理。
四、製藥用水的水質標準
1)飲用水:應符(fú)合中華人民共和國國(guó)家標準《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB5749-2008) 2)純(chún)化水(shuǐ):應符合《2010中國藥典》所收載的純化水標準(zhǔn)。
在製水工藝中通常采(cǎi)用(yòng)在線檢測(cè)純化水的電阻率值的大小,來反映水中各種離子的濃度。製藥行業的純(chún)化水的電阻(zǔ)率通常應≥0.5MΩ.CM/25℃,對於注射劑(jì)、滴眼液容器衝洗用(yòng)的純化水的電阻率應≥1MΩ.CM/25℃。
3)注射用水:應符合2010中國藥典所(suǒ)收載的注射用水標準(zhǔn)。
五、常見典型工藝
1)係統工藝
2)主要工藝原理
⑴反滲透基(jī)本原理
反滲透是(shì)1960年美國加利福尼亞大學的洛布(Loeb)與素裏(lǐ)拉金(Sourirtajan)發明的一項高新膜分離技(jì)術,其孔徑很(hěn)小,大都≤10×10-10(10A),它能去除(chú)濾液中的離子範圍和分子量很小的有機物,如細菌、病毒、熱源等。它已廣泛用於(yú)海水或苦(kǔ)鹹水淡化、電子、醫藥用純水、飲用蒸餾水、太空水的生產,還應用於生物(wù)、醫學工程。
反(fǎn)滲透亦稱逆滲透(RO)。是用一定的壓力使溶液中的溶劑通(tōng)過反滲透膜(或稱半透膜(mó))分離出來。因為它和自然滲透的方向相(xiàng)反,故稱反滲透。根據各種物料的不同滲透壓,就可以使大於滲透壓(yā)的反(fǎn)滲透(tòu)法(fǎ)達到分離、提取、純化和濃縮的目的(de)。
滲(shèn)透是一種物理現象,當兩種含(hán)有不同根類濃度的溶液用一張半透膜隔開時會發現,含根量少(shǎo)的一側的溶劑會自發地向含根量高的(de)一側流動,這個過程叫做滲透。滲透直(zhí)到兩側的液位差(chà)(即壓力差)達到平衡時,滲透停止,此時的壓力差叫滲透壓。滲透壓隻與溶液的種類、根濃度(dù)和溫度(dù)有關,而與半透膜無關。一般說來,根濃(nóng)度(dù)越高,滲透壓越高。反之,如果在濃溶(róng)液側施加一個壓力超過滲透壓時(shí),那麽濃側的溶劑(jì)會(huì)在(zài)壓(yā)力作(zuò)用下向淡水一側滲透,這個滲透由於與自然滲透相反(fǎn),故叫做反滲透(Reverse Osmosis) 。反滲透膜分離技術就是利用反滲透(tòu)原理分離溶質和(hé)溶劑的方(fāng)法。
反滲透設施生產純水的關鍵有兩個,一是一(yī)個有選擇性的膜,我們(men)稱之為(wéi)半(bàn)透(tòu)膜,二是一定的壓(yā)力。簡(jiǎn)單地(dì)說,反滲透半透膜上有眾多的孔,這些孔的大小(xiǎo)與水分子的大(dà)小相當,由於細菌、病毒、大部分有機汙染(rǎn)物和水合離子均比水分子(zǐ)大得多,因此不能透(tòu)過反滲透半透膜而(ér)與透過反滲透膜(mó)的(de)水相分離。在水中(zhōng)眾多種雜質(zhì)中(zhōng),溶解性鹽(yán)類是最難清除的.因(yīn)此,經常根據除(chú)鹽率的高低(dī)來確定反滲透的淨水(shuǐ)效(xiào)果.反(fǎn)滲透除鹽率的(de)高低主要決定於反滲透半(bàn)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99.5%
1. 聚酯材(cái)料增強(qiáng)無紡布,約120μm厚;
2. 聚碸材料多孔中間(jiān)支撐層,約40μm厚(hòu);
3. 聚酰胺(àn)材料超薄分離層(céng),約0.2μm厚。
4. 複合膜的主(zhǔ)要(yào)結構強度是(shì)由無紡(fǎng)布提供的,它具(jù)有堅硬、無鬆散纖維的光滑表麵。
5. 設計多孔中間支撐結構的(de)原因是如超薄分離層直接複合(hé)在(zài)無紡(fǎng)布上時,表麵太不規則,且(qiě)孔(kǒng)隙太大,因此需要在無紡布上預先塗布一層(céng)高(gāo)透水性微孔聚碸作為(wéi)支撐層,其孔徑約為150埃左右。
6. 每一(yī)層均根據(jù)其功能要求分別優(yōu)化設(shè)計與製(zhì)造,超薄分離層是反滲透過程中真(zhēn)正具有分(fèn)離作用的功能層。
反滲透裝置是整套超純水設備的核心部(bù)分。反(fǎn)滲透(Reverse Osmosis)簡稱RO,源於美國航天技術,是六十年代發展起來的一種膜分離(lí)技術,其原理是原水在高壓力的作(zuò)用下通過反滲透膜,水中的溶劑由高濃度向低(dī)濃(nóng)度擴散從而達到分離、提純、濃縮的目的,由於它與自然界(jiè)的滲透方向相反,因而稱它為反滲透(tòu)。反滲透可以去除水中的細菌、病毒、膠體、有機物(wù)和98.6%以(yǐ)上的溶(róng)解(jiě)性根類。該方法具有運行成本低(dī)、操作簡單、自動化程度(dù)高(gāo)、出水水質穩定等特點,與其他傳統的水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業(yè)。
⑵EDI基本原理(lǐ)
EDI即連續除鹽技(jì)術(EDI,Electro deionization或CDI,Continuous Electrode ionization),是利用混和離(lí)子交換樹脂吸附給水中(zhōng)的陰陽離子,同時這些被吸附的離子又(yòu)在直流電壓的作用下,分(fèn)別透過陰陽離子交換(huàn)膜而被去除的過程。這一過程中離子交換樹脂是被電連(lián)續再生的,因此不(bú)需要使用酸和堿對(duì)之再生。這一新技術可以代替傳(chuán)統的離子交換裝置,生產(chǎn)出電阻率高達17 MΩ·cm的超純水。
一般(bān)城市水源中存在鈉、鈣、鎂、氯化物(wù)、硝酸根、碳酸氫根等溶解物。這些化(huà)合物由帶負電(diàn)荷的陰離子和帶正(zhèng)電荷的陽離子組成。通過反滲透(RO)的(de)處理,98%以上的離(lí)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。根據應(yīng)用的情況(kuàng),去離子水電(diàn)阻率的範圍一般為1-18.2 MΩ·CM。另外,原水中(zhōng)也可能包括其它微量元素、溶解(jiě)的氣體(例如CO2)和(hé)一些弱電解質(例如硼,二氧化矽),這些雜質在工(gōng)業除根水中必須被除掉。但是(shì)反滲透過程對於(yú)這些雜質的清除效果較差。
離子交換膜和離子交換樹脂的工作原理相近(jìn),可以使特定(dìng)的離子遷移(yí)。陰離子交換(huàn)膜隻允許陰離子透(tòu)過,不允(yǔn)許陽離子(zǐ)透過;而陽離子(zǐ)交換膜隻允許陽離子(zǐ)透過,不允許陰離子透過(guò)。在一對陰陽離子交換膜之間(jiān)充填混合離子交換(huàn)樹脂就形成了一個EDI單元。陰陽離子交換(huàn)膜之間由混合離(lí)子交換樹脂占據的空間被稱為淡(dàn)水(shuǐ)室。將一定數量的EDI單元羅列在一起,使陰離子交換膜和陽離子交換膜(mó)交替排列(liè),並使用網狀物將每(měi)個EDI單(dān)元隔開,形成濃(nóng)水室。在給定的直流電壓的推(tuī)動下,在淡水(shuǐ)室中,離子交換樹脂(zhī)中的陰(yīn)陽離子(zǐ)分別在電場作用下向正負極遷(qiān)移,並透過陰(yīn)陽離子交換膜進入濃水室,同時給(gěi)水中的離子被離子交換(huàn)樹脂吸附(fù)而占據由(yóu)於離子電遷移而留下的空位(wèi)。事實上離子的遷移(yí)和吸附是同時並(bìng)連續發生的。通過這樣的(de)過程,給水中的(de)離子穿過離子交換膜進入到濃水室(shì)被去除而成為除根水。帶負電荷的陰離(lí)子(例如OH-、Cl-)被正極(+)吸引而通過陰離子交換膜(mó),進入(rù)到鄰(lín)近的濃水室中。此後這些離子在繼續向正(zhèng)極遷移中遇到鄰近的陽離子交換膜,而陽離子交(jiāo)換不允許其通過,這些(xiē)離子(zǐ)即被阻隔在(zài)濃水中。淡(dàn)水流中的陽(yáng)離子(例如(rú)Na+ 、H+)以類(lèi)式的方式被阻(zǔ)隔在濃水中。在濃(nóng)水中,透過陰陽膜的離子維持電中性。
EDI組件電流量和離子遷(qiān)移量成正比。電流量(liàng)由兩部分(fèn)組成,一部分源於被除去離(lí)子的遷(qiān)移,另一部分源(yuán)於水本身電離產生的H+和OH-離子的遷移。在EDI組件(jiàn)中存在較高的電壓梯(tī)度,在其作用下(xià),水會電解(jiě)產生大量的H+和OH-。這些就地產生的H+和OH-對離子(zǐ)交換樹脂進行連續再生。
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(xiàn)稱為工作前沿。工(gōng)作樹脂主要起導電作用,而拋光樹脂在(zài)不斷交(jiāo)換和被連續再(zài)生。工作樹脂承擔著(zhe)除去大部(bù)分離子的(de)任(rèn)務,而拋光樹脂則承擔著去除象弱電解質等較難清除的離子的任務。
EDI給水的預處理是EDI實現(xiàn)其(qí)最優性(xìng)能和減少設備故障的首要的條件。給水裏的汙染物會對除根組件有負麵影響,增加維護量並降低膜(mó)組件的壽命。
超純水經常用於微電子工業、半導體工業、發電(diàn)工業、製藥行業等。EDI純水(shuǐ)也可以作(zuò)為製藥蒸餾水、發電廠的鍋(guō)爐補給水,以及其它應用超純水。