过滤器完整性试验

过滤器完整性试验

完整性试验（integrity test）是过滤和超滤工作中必不可少的检测方法。除菌滤器（滤膜或滤芯）或超滤器使用前后均需做完整性检测。以此确认滤芯孔径、滤芯安装是否正确，滤芯受损情况及滤芯和厂家认证是否一致。只有这样才能确保除菌或超滤有成功的把握。尤其是经处理后重复使用的滤芯和超滤膜，更有必要在使用前后做相应的完整性检测。完整性检测分破坏性检测和非破坏性检测两类。厂家以颗粒挑战试验或细菌挑战试验来评价或验证滤芯的质量，因滤芯试验后滤膜被颗粒堵塞和污染而废弃，故称为破坏性检测。用户常用的是非破坏性检测。本节仅就非破坏性检测作一简介。FDA认可的非破坏性检测方法有3种，即起泡点试验（bubble point test），扩散流试验（forward flow or diffusive flow test）和压力保持实验或压力衰减试验（pressure hold test or pressure decay test）。通过非破坏性检测方法可以检测滤器性能，但前提必须是供货商提供经过破坏性试验验证的非破坏性试验标准合格值，否则检测数据无意义。

一、起泡点试验

1．试验原理

起泡点试验是最古老的试验方法，它是颇尔博士于1956年发明的，用于对微米级过滤器进行非破坏性完整检测（David B Patent3007334.Filed November 30.1956）。其原理是基于毛细管（孔）模型，完全润湿的膜由于表面张力和毛细管压力的作用，使孔径内充满湿润液，当气体的压力达到一定程度液体充满润湿液的膜孔管压力时，液体则被压出膜孔外，然后气体也通过膜孔产生气泡。气泡点压力是从完全润湿的膜中从最大孔径压出液体时的压力。

2．检测方法

检测起泡点压力有两种方法：如在下游（滤器出口管）充满液体，缓慢加压后，下游管子流出的液量突然增加时，此时的压力即为起泡点压力；如在下游管子没有液体，缓慢加压后，至有连续不断的气泡流出，此时的压力即为起泡点压力，见下列示意图（图9-10）。

现在许多厂家都提供成套仪器检测起泡点，其方法是逐步升压，测定不同压力下，压力衰减值。将压力急剧衰减时的压力判定为泡点压力。

3．起泡点压力计算公式

以下是膜孔起泡点压力关系的公式

p=4×K×r×cosθ/d

式中 p——起泡点压力；

K——膜孔交正系数；

r——表面张力；

θ——固-液接触角；

d——膜孔直径。

由公式可见起泡点压力与膜孔径大小成反比。

变换起泡点压力公式，可知起泡点压力取决于①膜的种类（聚合物的类型，膜结构，孔径大小）；

②润湿液性质（表面张力，温度）。

改变公式中任一条件，起泡点压力也会随之发生变化。膜孔径相同起泡点压力也可不同，如某厂家制造的0.22μm孔径滤膜，不同聚合物材质的起泡点压力为：聚偏二氟乙烯膜，纯水起泡点压力≥310kPa（45psi）；纤维素膜纯水起泡点压力≥345kPa（50psi）。表面张力、水与聚合物间的接触角度不同也会导致起泡点的不同，接触角度微小变化会导致cosθ很大变化，同样也影响起泡点。日常工作中使用前用注射用水润湿膜，起泡点一般能达到厂家出厂前的要求。滤膜用于不同的溶液除菌使用后，起泡点发生不同程度变化。其作用原理与液体的表面张力、固-液接触角度等因素有关。表9-1系某生物制剂公司用0.22μm孔径PVDF材质滤芯除菌过滤后的起泡点数据，如大于等于此数据，完整性试验即为合格。

表9-1 使用0.22μm孔径PVDF材质滤芯后的起泡点数据

液体名称最低起泡点/kPa 液体名称最低起泡点/kPa

纯化产品200 200 mmol/L PMSF○1 110

生理盐水262 6 mol/L KSC 282

注射用水 276 硼酸缓冲液 276

缓冲盐水 269 亮氨酸缺陷培养基 282

硫柳汞溶液 289 FeCl3溶液 282

1 mol/L氢氧化钠 303 ZnSO4溶液 282

mol/L磷酸液 276

矾溶液 276 27

Triton缓冲液135 3 mol/L KSCN 282

高渗缓冲液 276 1:40福尔马林 206

○1某蛋白酶抑制剂

起泡点方法原理简单，易操作，但其只反映膜孔径，不反映膜厚度，而膜厚度与膜截留性能密切相关。另外，其测定结果和出口管直径、升压速率有很大关系，数据不易重现。特别是对于较大膜面积不易确定起泡点。

二、扩散流试验

对过滤器进行非破坏性检测更定量更精确的扩散流法是1973年颇尔博士发明的，其正式发表年限为1975年（Pall B D. Bulletin of the Parenteral Drug Association VOL 29.No,4,July-August,1975）。1．扩散原理

当滤膜被液体润湿后，上液通入压缩空气或氮气；当膜两侧存在压力差时，气体分子溶解至液体中并在膜的另一侧扩散出来。该扩散气体的流量即为扩散流。扩散测试是在比起泡点压力小的压力下进行的，故液体仍会保存在膜孔中。

2．扩散流量的检测

扩散流量可通过计量求得，如果下游管内充

满液体，被排出液体的流量可换算成气体的流

量；如果下游管内液体已被排出，可直接测量气

体的流量。在起泡点以下的压力时，由于扩散作

用而在下游排出的气体也会形成气泡。检测时如

果下游管充满液体与气体混合体，应先排掉液体

后再测气体的流量，检测方法可参见图9-11。

当用仪器来测扩散流时，有两种可供选择的测量途径。一是测定保持上游压力不变时需要补充气体的流量，这样不影响下游的无菌状态（如消毒后），与所用滤壳大小、形状及管道等无关。二是测定一定时间内压力衰减值，通过上游体积和测得衰减值，换算成为扩散流值，但需先测定上游体积，另外多一步换算，误差较大。

3．扩散流量计算公式

气体扩散可根据Fick的扩散规律计算：