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第三章 第一节(3) 空气净化技术
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     (一)概述

    空气净化系指以创造洁净空气为目的的空气调节措施。根据不同行业的要求和洁净标准,可分为工业净化和生物净化。

    空气净化技术系指为达到某种净化要求所采用的净化方法。

    工业净化系指除去空气中悬浮的尘埃粒子,以创造洁净的空气环境,如电子工业等。在某些特殊环境中,可能还有除臭、增加空气负离子等要求。

    生物净化系指不仅除去空气中悬浮的尘埃粒子,而且要求除去微生物等以创造洁净的空气环境。如制药工业、生物学实验室、医院手术室等均需要生物洁净。

    空气净化技术是一项综合性技术,该技术不仅着重采用合理的空气净化方法,而且必须对建筑、设备、工艺等采用相应的措施和严格的维护管理。本节重点介绍空气净化技术。

    (二)洁净室空气净化标准

    1.含尘浓度 即单位体积空气中所含粉尘的个数(计数浓度)或毫克量(重量浓度)。

    2.净化方法 常见的可分为三大类:

    (1)一般净化:以温度、湿度为主要指标的空气调节,可采用初效过滤器。

    (2)中等净化:除对温度、湿度有要求外,对含尘量和尘埃粒子也有一定指标(如允许含尘量为0.15~0.25mg/m3,尘埃粒子不得≥1.0μm)。可采用初、中效二级过滤。

    (3)超净净化:除对温、湿度有要求外,对含尘量和尘埃粒子有严格要求,含尘量采用计数浓度。该类空气净化必须经过初、中、高效过滤器才能满足要求。

    3.洁净室的净化度标准 目前世界各国在净化度标准方面尚未统一。我国《药品产生管理规范》中净化度标准和《美国联邦洁净室标准》见表3-1和表3-2。

    表3-1《药品产生管理规范》中净化度标准

    洁净级别尘粒数/粒/L

    粒径≥0.5μm尘粒数/粒/英尺3

    粒径≥0.5μm温度/℃相邻级别

    室间压差湿 度/%菌落数

    100≤3.5≤10018~26正压40~60<1

    10000≤350≤10000<3

    100000≤3500≤100000<10

    >100000≤35000≤1000000/

    表3-2《美国联邦洁净室标准》(209B)中净化度标准

    洁净级别尘粒数

    粒径/μm,粒数/L相邻级别

    室间压差/mmHg温度/℃湿度/%风速/m/s照度/Lx

    100≥0.5≤3.5≥1.319.4~2530~450.351076~1614

    1000≥0.5≤35

    10000≥0.5

    ≥5.0≤350

    ≤2.3

    100000≥0.5

    ≥5.0≤3500

    ≤25

    从表3-1和3-2可知,洁净室必须保持正压,即按洁净度等级的高低依次相连,并有相应的压差,以防止低级洁净室的空气逆流至高级洁净室中。除有特殊要求外,我国洁净室要求:室温为18~26℃,相对湿度为40%~60%。比美国209B标准略低。

    (三)浮尘浓度测定方法和无菌检查法

    1.浮尘浓度测定方法 测定空气中浮尘浓度和粒子大小的常用方法有:光散射法、滤膜显微镜法和比色法。

    (1)光散射式粒子计数法:当含尘气流以细流束通过强光照射的测量区时,空气中的每个尘粒发生光散射,形成光脉冲信号,并转化为相应的电脉冲信号。根据散射光的强度与尘粒表面积成正比,脉冲信号次数与尘粒个数相对应,最后由数码管显示粒径和粒子数目。

    (2)滤膜显微镜计数法:采用微孔滤膜真空过滤含尘空气,捕集尘粒于微孔滤膜表面,用丙酮蒸气熏蒸至滤膜呈透明状,置显微镜下计数。根据空气采样量和粒子数计算含尘量。该法可直接观察尘埃的形状、大小、色泽等物理性质,这对分析尘埃来源及污染途径具有较高的价值,但取样、计数较繁琐。

    (3)光电比色计数法:采用滤纸真空过滤含尘空气,捕集尘粒于滤纸表面,测定过滤前后的透光度。根据透光度与积尘量成反比(假设尘埃的成分、大小和分布相同),计算含尘量。常用于中、高效过滤器的渗漏检查。

    2.无菌检查法 系指检查药品与辅料是否无菌的方法,是评价无菌产品质量必须进行的检测项目。无菌制剂必须经过无菌检查法检验,证实已无微生物生存后,才能使用。《中国药典》规定的无菌检查法有"直接接种法"和"薄膜过滤法"。

    (1)直接接种法:将供试品溶液接种于培养基上,培养数日后观察培养基上是否出现混浊或沉淀,与阳性和阴性对照品比较或直接用显微镜观察。

    (2)薄膜过滤法:取规定量供试品经薄膜过滤器过滤后,取出滤膜在培养基上培养数日,观察结果,并进行阴性和阳性对照试验。该方法可过滤较大量的样品,检测灵敏度高,结果较"直接接种法"可靠,不易出现"假阴性"结果。但应严格控制过滤过程中的无菌条件,防止环境微生物污染而影响检测结果。

    (四)空气净化技术

    洁净室的空气净化技术一般采用空气过滤法,当含尘空气通过多孔过滤介质时,粉尘被微孔截留或孔壁吸附,达到与空气分离的目的。该方法是空气净化中经济有效的关键措施之一。

    1.过滤方式 空气过滤属于介质过滤,可分为表面过滤和深层过滤。

    (1)表面过滤:系指大于过滤介质微孔的粒子截留在介质表面,使其与空气得到分离的方法。常用的过滤介质有醋酸纤维素、硝酸纤维素等微孔滤膜。主要用于无尘、无菌洁净室等高标准空气的末端过滤。

    (2)深层过滤:系指小于过滤介质微孔的粒子吸附在介质内部,使其与空气得到分离。常用的介质材料有:玻璃纤维、天然纤维、合成纤维、粒状活性炭、发泡性滤材等。

    2.空气过滤机理及影响因素

    (1)空气过滤机理:按尘粒与过滤介质的作用方式,可将空气过滤机理大体分为二大类,拦截作用和吸附作用。

    1)拦截作用:系指当粒径大于纤维间的间隙时,由于介质微孔的机械屏障作用截留尘粒,属于表面过滤。

    2)吸附作用:系指当粒径小于纤维间隙的细小粒子通过介质微孔时,由于尘埃粒子的重力、分子间范德华力、静电、粒子运动惯性及扩散等作用,与纤维表面接触被吸附。属于深层过滤。

    (2)影响空气过滤的主要因素

    1)粒径:粒径愈大,拦截、惯性、重力沉降作用愈大,愈易除去;反之,愈难除去。

    2)过滤风速:在一定范围内,风速愈大,粒子惯性作用愈大,吸附作用增强,扩散作用降低,但过强的风速易将附着于纤维的细小尘埃吹出,造成二次污染,因此风速应适宜;风速愈小,扩散作用愈强,小粒子愈易与纤维接触而吸附,常用极小风速捕集微小尘粒。

    3)介质纤维直径和密实性:纤维愈细、愈密实,拦截和惯性作用愈强,但阻力增加,扩散作用减弱。

    4)附尘:随着过滤的进行,纤维表面沉积的尘粒增加,拦截作用提高,但阻力增加,当达到一定程度时,尘粒在风速的作用下,可能再次飞散进入空气中,因此过滤器应定期清洗,以保证空气质量。

    3.空气过滤器及其特性

    (1)空气过滤器:常以单元形式制成,即将滤材装入金属或木质框架内组成一个单元过滤器,再将一个或多个单元过滤器安装到通风管道或空气过滤箱内,组成空气过滤系统。单元过滤器一般可分为:板式、契式、袋式和折叠式空气过滤器(见图3-3)。

    1)板式空气过滤器:是最常用的初效过滤器,亦称预过滤器。通常置于上风侧的新风过滤,主要滤除粒径大于5μm的浮尘,且有延长中、高效过滤器寿命的作用;

    2)契式和袋式空气过滤器:用于中效过滤,两种空气过滤器的外型、结构相似,仅滤材不同,主要用于滤除大于1μm的浮尘,一般置于高效过滤器之前;

    3)折叠式空气过滤器:由于滤材折叠装置,减小了通过滤材的有效风速,对微米级尘粒捕集效率高,用于高效过滤,主要滤除小于1μm的浮尘,对粒径0.3μm的尘粒的过滤效率在99.97%以上,一般装于通风系统的末端,必须在中效过滤器保护下使用。其特点是效率高、阻力大、不能再生、有方向性(正反方向不能倒装)。

    (2)空气过滤器的特性:

    1)过滤效率(η):是过滤器主要参数之一,具有评价过滤器除去尘埃能力大小的作用,过滤效率愈高,除尘能力愈大。

    (3-9)

    式中,C1、C2-分别表示过滤前后空气的含尘量;η-含尘量以计数浓度表示时为计数效率;当含尘量以重量浓度表示时为计重效率。

    在空气净化过程中,实际上,一般采用多级串联过滤,其过滤效率为:

    (3-10)

    2)穿透率(K)和净化系数(Kc):穿透率系指滤器过滤后和过滤前的含尘浓度比,表明过滤器没有滤除的含尘量,穿透率愈大,过滤效率愈差,反之亦然。

    (3-11)

    净化系数系指过滤后含尘浓度降低的程度。以穿透率的倒数表示,数值愈大,净化效率愈高。

    (3-12)

    3)容尘量:系指过滤器允许积尘的最大量。一般容尘量定为阻力增大到最初阻力的两倍或过滤效率降至初值的85%以下的积尘量。超过容尘量,阻力明显增加,捕尘能力明显下降,且易发生附尘的再飞散。

    (五)洁净室的设计

    制药企业应按照药品生产种类、剂型、生产工艺和要求等,将生产厂区合理划分区域。通常可分为一般生产区、控制区、洁净区和无菌区。根据GMP设计要求,一般生产区无洁净度要求;控制区的洁净度要求为10万级;洁净区的洁净度要求为1万级(亦称一般无菌工作区);无菌区的洁净度要求为100级。本节主要介绍1万级洁净室的设计。

    1.洁净区基本布局

    洁净区一般由洁净室、风淋、缓冲室、更衣室、洗澡室和厕所等区域构成(见图3-4)。

    各区域的连接必须在符合生产工艺的前提下,明确人流、物流和空气流的流向(洁净度从高→低),确保洁净室内的洁净度要求。基本原则是:洁净室面积应合理,室内设备布局尽量紧凑,尽量减少面积;同级别洁净室尽可能相邻;不同级别的洁净室由低级向高级安排,彼此相连的房间之间应设隔离门,门应向洁净度高的方向开启,各级洁净室之间的正压差一般设计在10Pa左右;洁净室内一般不设窗户,若需窗户,应以封闭式外走廊隔离窗户和洁净室;洁净室门应密闭,人、物进出口处装有气阀(air lock);光照度应大于300Lx;无菌区紫外灯一般安装在无菌工作区上方或入口处。

    2.洁净室对人员、物件及内部结构的要求 洁净室的设计方案、所用材料是保

    证洁净室洁净度的基础,但洁净室的维护和管理同样不可缺。一般认为,设备和管理不善造成的污染各占50%。

    (1)人员要求:人员是洁净室粉尘和细菌的主要污染源。如人体皮屑、唾液、头发、纤维等污染物质。为了减少人员污染,操作人员进入洁净室之前,必须水洗(洗手、洗脸、淋浴等),更换衣、鞋、帽,风淋。服饰应专用,头发不得外露,尽量减少皮肤外露;衣料采用发尘少、不易吸附、不易脱落的紧密尼龙、涤纶等化纤织物。

    (2)物件要求:物件包括原料、仪器、设备等,这些物件在进入洁净室前均需洁净处理。长期置于洁净室内的物件应定时净化处理,流动性物料一般按一次通过方式,边灭菌边送入无菌室内。如安瓿和输液瓶经洗涤、干燥、灭菌后,采用输送带将灭菌容器经洁净区隔墙的传递窗送入无菌室。由于传递窗一般设有气幕或紫外线,以及洁净室内的正压,可防止尘埃进入洁净室。亦可将灭菌柜(一般为隧道式)安装在传递窗内,一端开门于生产区,另一端开门于洁净室,物料从生产区装入灭菌柜,灭菌后经另一端(洁净室)取出。

    (3)内部结构要求:主要对地面和墙壁所用材料以及设计有一定的要求,材料应具备防湿、防霉,不易块裂、燃烧,耐磨性、导电性好,经济实用等性质,设计应满足不易染尘、便于清洗等。

    3.空气净化系统设计及要求

    (1)空气净化系统的设计要求:空气净化系统是保证洁净室洁净度的关键,该系统的优劣直接影响产品质量。空气中所含尘粒的粒径分布较广,为了有效地滤除各种不同粒径的尘埃,高效空气净化系统采用三级过滤装置:初效过滤→中效过滤→高效过滤(见图3-5)。中效空气净化系统采用二级过滤装置:初效过滤→中效过滤(见图3-6)。系统中风机不仅具有送风作用,而且使系统处于正压状态。洁净室常采用侧面和顶部的送风方式,回风一般安装于墙下。

    局部净化是彻底消除人为污染,降低生产成本的有效方法,特别适合于洁净度需100级要求的区域。一般采用洁净操作台、超净工作台、生物安全柜和无菌小室等,安装在10000级洁净区内。局部净化对输液和注射剂的灌封、滴眼剂和粉针的分装等局部工序具有较好的实用价值。

    超净工作台(见图3-7)是最常用的局部净化装置,其工作原理是使洁净空气(经高效过滤器后)在操作台形成低速层流气流,直接覆盖整个操作台面,以获得局部100级的洁净环境。送风方式有水平层流和垂直层流。其特点是设备费用少,可移动,对操作人员的要求相对较少。

    (2)气流要求:由高效过滤器送出的洁净空气进入洁净室后,其流向的安排直接影响室内洁净度。气流形式有层流和乱流。

    1)层流是指空气流线呈同向平行状态,各流线间的尘埃不易相互扩散,亦称平行流。该气流即使遇到人、物等发尘体,进入气流中的尘埃也很少扩散到全室,而是随平行流迅速流出,保持室内洁净度,常用于100级洁净区。

    层流分为水平层流和垂直层流(如图3-8)。垂直层流以高效过滤器为送风口,布满顶棚,地板全部为回风口,使气流自上而下地流动;水平层流的送风口布满一侧墙面,对应墙面为回风口,气流以水平方向流动。

    2)乱流是指空气流线呈不规则状态,各流线间的尘埃易相互扩散,亦称紊流。乱流可获得1000~100000级的洁净空气。其示意图见图3-9。, http://www.100md.com