一、行業應用領域
製藥用水幾乎貫穿於藥品及相關產品生產的各個環節,因此它被喻為藥品及相關產品生產的“生命線”。作為重要原輔材料的水,直接影響藥物(wù)產品的質量。因此它必須同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、針劑、口服液等製劑生產
原料藥的提取洗滌(dí)、針劑、膠(jiāo)囊生產
眼藥水及(jí)護理(lǐ)液(yè)的生產
醫院血誘室、生化分(fèn)析室、手術室無菌水
多效蒸餾水機原料水、洗瓶水
化妝(zhuāng)品工藝用水、洗滌用品用水
生化藥(yào)物製品、診斷試劑
二、製藥用水分(fèn)類
1)飲用水(Potable-Water):通常為自來(lái)水公司供應的自來水(shuǐ)或深井水,又稱原水,其質量必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB5749-85《生活飲用水衛生標準》。按2000中國藥典規定,飲用(yòng)水不能直接用作製劑的製備或試驗用水。
2)純(chún)化水(Purified Water):為原(yuán)水經蒸餾法、離(lí)子交換法、反滲透法或其他適宜的(de)方法製得的(de)製藥用的水、不含任何附加劑。純化(huà)水(shuǐ)可作為(wéi)配製普通藥物製劑的溶劑或試驗(yàn)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(děng)非熱處理製(zhì)備的純化水一般又稱去離子水。采用特殊設計的蒸餾器用蒸餾法製備的純化水一般(bān)又(yòu)稱蒸餾水。
3)注(zhù)射用水(Water for Injection):是以純化水作為原(yuán)水,經特(tè)殊設計的蒸餾器蒸餾,冷凝(níng)冷卻後經膜過濾製備(bèi)而得的(de)水。注射用水可作為配製(zhì)注射劑用的溶劑。
4)滅(miè)菌注射用水(Sterile Water for Injection):為(wéi)注射用水依照注(zhù)射劑生產工藝製備(bèi)所得的水。滅菌注射用水用於滅菌粉末的溶劑或注射(shè)液的稀釋劑。
三、規範對純(chún)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(huàn)法、反滲透法或其它適宜(yí)的方法製得供藥(yào)用的水,不含任(rèn)何附加劑。”
《中(zhōng)國藥(yào)典》(2010年版)附(fù)錄定義(yì):“純化水為飲用(yòng)水經蒸餾(liú)法、離(lí)子交換法、反滲透法(fǎ)或其它適宜的方(fāng)法製備的製藥用水(shuǐ)。其質量應(yīng)符合《中(zhōng)國藥典》二部純化水項下的規定。純化水不含(hán)任何附加(jiā)劑(jì)。”並規定:“應(yīng)嚴格監測(cè)各生產環節,防止微生物汙(wū)染。”
GMP(1998修訂)第34條(tiáo)規(guī)定:“純化水,注射用水的製備、儲(chǔ)存和分配應能(néng)防止微生物的滋生和汙染。儲罐和輸(shū)送管道所用的材料應無毒、耐腐蝕。管道的設計和安裝應避免死角、盲管(guǎn)。儲罐和管道(dào)要(yào)規定清洗、滅菌周期。”
GMP(1998修訂)附錄總則(zé)中明確規定:“藥品生產(chǎn)過程(chéng)的驗證內容必須包括工藝用水係統”。
1)純化水處理係統概述
純化水製備係統沒有一種固定的模式。常用的程序是(shì):以飲用水為原水,第一步,前處理(預處理)去除懸浮物、有機物、膠體、細菌等雜質並脫去餘氯,使(shǐ)水的濁度降到1度以下;第二步(bù)是脫鹽,去除(chú)水中以離子形式存在的無機(jī)物和氧氣;第(dì)三步是後處理(lǐ)(精處理)進一(yī)步去除極微細顆粒、細菌和被殺死的細(xì)菌殘核。
2)係統設備組合的選擇原則:
滿足純化水質量要(yào)求;
滿足製水效率要求;
盡量減少(shǎo)能(néng)耗;
方便維(wéi)修和管理(lǐ)。
四、製(zhì)藥用水的水質標準
1)飲用水:應(yīng)符合中華人民共和國國家標準《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(de)純(chún)化(huà)水標準。
在製(zhì)水工(gōng)藝中通常采用在線檢測(cè)純(chún)化水的電阻率值的大(dà)小,來反映水中各種離子(zǐ)的濃度。製藥行業的純化水的電阻率通常應≥0.5MΩ.CM/25℃,對於注射劑、滴眼液容器衝洗用的純化水的(de)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(shè)用水標準。
五、常見典型工藝
1)係統工藝
2)主(zhǔ)要工藝原理
⑴反滲透基本原理
反滲透是1960年美國加利福尼亞大學(xué)的洛布(Loeb)與素裏拉金(Sourirtajan)發明的一項高新膜分離技術,其孔徑很小,大都≤10×10-10(10A),它(tā)能去除濾液中的離子範圍和分子量很小的(de)有(yǒu)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(huà)、電子、醫藥用純水、飲用蒸餾(liú)水、太空水(shuǐ)的生產,還應用於生物、醫學工程。
反滲透亦稱逆滲(shèn)透(RO)。是用一(yī)定的壓(yā)力使溶液中的溶劑通過反滲透膜(或稱半透膜)分離出來。因為它和自然滲透的方向相反,故稱反滲透。根據各種物料的不(bú)同滲透壓,就可以(yǐ)使大於滲透(tòu)壓的反(fǎn)滲透法達到分離、提取、純化和濃縮的目的。
滲透是一種物(wù)理現象,當兩(liǎng)種含有不同根類濃度的溶液用一張(zhāng)半透膜(mó)隔開時會(huì)發(fā)現,含根量少的一(yī)側的溶(róng)劑會(huì)自發地向含根量高的一側流動,這個過程叫做滲透。滲(shèn)透(tòu)直到(dào)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(de)種類、根(gēn)濃度和(hé)溫度有關,而與半透膜無關。一般說來,根濃度越高,滲透(tòu)壓越高。反(fǎn)之,如果在(zài)濃溶液側(cè)施加一個壓力超過滲透壓時,那(nà)麽濃側的(de)溶(róng)劑會在壓力作用下向淡水(shuǐ)一側滲透,這個滲透由(yóu)於(yú)與自然滲透相反,故叫做反滲透(Reverse Osmosis) 。反滲透膜分離技術就是(shì)利用反滲透原理分離(lí)溶質和溶劑的方法。
反滲透設施生產純水的關鍵有兩個,一(yī)是一個有選擇性的膜,我們稱(chēng)之為半(bàn)透膜,二是一定的壓力。簡單(dān)地(dì)說,反滲透半透膜(mó)上有眾多的孔,這些(xiē)孔的大小與水分(fèn)子的大小相當,由於細菌、病毒、大(dà)部(bù)分有機汙染物和水合(hé)離子均比水(shuǐ)分子大得多,因此不能透過反滲(shèn)透半透(tòu)膜而與透過反滲透膜的水相分離。在(zài)水中(zhōng)眾多種雜質中,溶解性鹽類是最難清除的.因此,經常根據除鹽率的高(gāo)低來確定反滲透的淨水效果.反滲透除鹽率的高低主(zhǔ)要決定於反滲透半透膜(mó)的選擇性。目(mù)前,較高(gāo)選擇(zé)性的反滲透膜元(yuán)件除鹽率可以高達99.5%
1. 聚酯材料增強無紡布,約120μm厚;
2. 聚碸材料多孔中間支撐層,約40μm厚;
3. 聚酰胺(àn)材料超薄分離層,約0.2μm厚。
4. 複合(hé)膜的主要結(jié)構強度是由無紡布提供的,它具有堅硬、無鬆散(sàn)纖維(wéi)的光滑表麵(miàn)。
5. 設(shè)計多(duō)孔中間支撐結構的原因(yīn)是如超薄分離層直接複(fù)合在無紡布上時,表麵太不規則,且孔隙太大,因此需要在無紡布上(shàng)預(yù)先塗布一層高透水性微孔聚碸作為支(zhī)撐層,其孔徑約為150埃左右。
6. 每一(yī)層均根據其功能要求分別優化設計與製造,超薄分離(lí)層是反滲透過程中真(zhēn)正具有分離作用的功能層。
反滲透裝置是整套超純水設備的核心(xīn)部(bù)分。反滲(shèn)透(Reverse Osmosis)簡稱RO,源於美國航天技術,是六(liù)十年代(dài)發展起來的(de)一種膜分離技術,其(qí)原理是原水在高壓力的(de)作用下通過反滲透(tòu)膜,水中的(de)溶劑由高濃度向低濃度擴散從而達到分離、提純、濃縮的目的,由於它與自然(rán)界的滲透方向(xiàng)相反,因而(ér)稱它為反滲透。反滲透可以去除水中的細菌、病毒、膠體、有(yǒu)機物和98.6%以上的溶解性根類。該方法具有運行成本低、操作簡單、自動化程度高、出水(shuǐ)水質穩定等特點,與其他傳統(tǒng)的水處理方法相比具(jù)有明顯的優越性,廣泛(fàn)運用於水處理相(xiàng)關行業。
⑵EDI基本原理(lǐ)
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(shù)脂吸附給水中的陰陽離子,同時這些被吸(xī)附的離子又在直流電壓的作用(yòng)下,分別透過陰陽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再生的,因此不需要使用酸和堿對之再生。這一新技(jì)術可以代替傳統的離子交換裝置,生產出(chū)電阻率高達17 MΩ·cm的超純水(shuǐ)。
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(wù)。這些化合物由帶負電荷的陰離子(zǐ)和帶正電荷的陽(yáng)離(lí)子組成。通(tōng)過反滲透(RO)的處理,98%以上的離子可以被去(qù)除(chú)。RO純水(EDI給水)電阻率的一般(bān)範圍是0.05-1.0MΩ·CM,即電導率的範圍為20-1μS/CM。根據應用的情況,去離子水電阻率的範圍一般為1-18.2 MΩ·CM。另外,原水中也可(kě)能包括其它微量元素、溶解的氣體(例如CO2)和一些(xiē)弱電解(jiě)質(例如硼,二(èr)氧化矽),這些(xiē)雜質在工業除根(gēn)水(shuǐ)中必須被除掉。但是反滲透過程對於(yú)這些雜質的清除效果較差。
離子(zǐ)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(yīn)離子交換膜隻允許陰離子透過,不允許陽離子透過;而陽離子交換膜隻允許陽離子透過,不允(yǔn)許陰離子透過。在(zài)一對陰(yīn)陽離子交換膜之間充填(tián)混合離子交換樹脂就形成了一個EDI單元。陰陽離(lí)子交換膜之間由混合離子交(jiāo)換樹脂占據的空(kōng)間被稱為淡水室。將一定數量(liàng)的EDI單元羅列在一起,使陰離子交換膜和陽(yáng)離子交(jiāo)換膜交替排列,並使用(yòng)網狀物將每個EDI單元隔開,形成濃水室。在(zài)給定的直流(liú)電壓的推(tuī)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正負極遷移,並透過陰陽離子(zǐ)交換膜進入濃水室(shì),同時給水中的離子被離子交換樹脂吸附而(ér)占據由於離子電(diàn)遷移而(ér)留下(xià)的空位。事實上離子(zǐ)的遷移和吸附是同時並連續發生的(de)。通過這樣的過程,給水中的離子穿過離子交(jiāo)換膜進入到濃水(shuǐ)室被去除而成為除(chú)根水。帶負電荷的陰離子(例(lì)如OH-、Cl-)被(bèi)正極(+)吸引而通過陰離子交換(huàn)膜,進入到鄰近的濃水室中。此後這些離子在繼續向(xiàng)正極遷移中遇到鄰近的陽離(lí)子交換膜,而陽離子交換不允許其通過,這些離子即被(bèi)阻隔在濃水中。淡水流中的陽(yáng)離子(例如(rú)Na+ 、H+)以類式的方式被阻隔在濃水中。在濃水中,透過(guò)陰陽膜的離子維持電中性。
EDI組(zǔ)件電流量和離子遷移量成正比。電流(liú)量由兩部分組成,一部分源於被除去離子的遷移,另一部分源於水本身電離產生的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,水會電解產生大量的(de)H+和OH-。這(zhè)些就地產生的H+和OH-對離子交換樹脂進行連續(xù)再生。
EDI組件中的離子交(jiāo)換樹脂可以分為兩部分,一(yī)部分稱作工作(zuò)樹脂,另一部分稱作拋光樹脂,二者的界限稱為工作前沿。工作樹脂主要起導電作(zuò)用,而拋光樹脂(zhī)在(zài)不斷交換和被連(lián)續再生。工(gōng)作樹脂承擔著除去大部(bù)分離(lí)子的任務,而拋(pāo)光樹脂則承擔(dān)著去除象弱電解質等(děng)較難清(qīng)除(chú)的離子的任務。
EDI給水的預處理是EDI實現(xiàn)其最優(yōu)性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組件的壽命。
超純水經常用於微電子工業、半(bàn)導體工業、發電工業、製藥行業等。EDI純水(shuǐ)也可以作為製藥蒸餾水(shuǐ)、發電廠的鍋爐補給水,以及其它應用超純(chún)水。