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隔离器泄漏测试:压力衰减法与ISO 10648-2密封等级详解

隔离器技术 · 完整性测试

隔离器泄漏测试:压力衰减法与ISO 10648-2密封等级详解

上海枫古医药设备 · 隔离器工程

隔离器好不好用,关键在腔体密不密封。无论是保护无菌产品的正压隔离器,还是保护操作人员免受高活性物料伤害的负压隔离器,都必须能证明自己是密闭的。本文讲清楚隔离器泄漏率怎么定义、压力衰减法泄漏测试怎么做、ISO 10648-2的密封等级怎么看,以及为什么温度才是决定测试结果是否可信的关键变量。

枫古四手套无菌灌装隔离器,采用压力衰减法进行腔体泄漏测试
四手套无菌灌装隔离器。腔体、手套口、手套、传递口以及每一道密封,都属于需要密闭的边界。

为什么隔离器必须做泄漏测试

隔离器(也叫密闭隔离器、手套箱、屏障隔离系统)用一道实体墙加上压差,把工艺区和房间隔开。如果腔体漏气:

  • 无菌隔离器靠正压把房间空气挡在外面。泄漏过大时,开门或快速动作手套的瞬间压差可能塌掉,房间空气被吸进腔体。
  • 负压防护隔离器靠负压让泄漏只往里走。泄漏过大会让排风超负荷、负压变弱,一旦出现异常,高活性粉尘外泄的风险就上升。
  • VHP灭菌(过氧化氢生物除污染)时腔体内是几百ppm的过氧化氢。腔体漏气,房间里的操作人员就会暴露,灭菌循环也更难稳定复现。

欧盟GMP附录1(2022版)要求按规定频次、用合适的方法确认隔离器及其手套系统的完整性。落到实际操作上,就是“腔体泄漏测试 + 独立的手套完整性管理”两件事。

小时泄漏率与ISO 10648-2密封等级

ISO 10648-2《密封外壳 第2部分:按密封性分级及相关检验方法》用小时泄漏率Rf表示密封性:每小时泄漏的气体体积除以腔体容积。因为是比值,小型无菌检查隔离器和大型灌装线隔离器可以直接比较。

ISO 10648-2等级 小时泄漏率Rf(h-1) 折算(每小时占腔体容积的%)
1级 ≤ 5 × 10-4 ≤ 0.05 %/h
2级 ≤ 2.5 × 10-3 ≤ 0.25 %/h
3级 ≤ 1 × 10-2 ≤ 1 %/h
4级 ≤ 1 × 10-1 ≤ 10 %/h

这个标准源于核工业,核工业里最严的等级很常见。制药用无菌隔离器和负压防护隔离器一般按2级或更高来要求,但具体等级应来自你的风险评估和用户需求说明(URS)。写URS时要把测试压力和测试方法一起写进去——只报一个泄漏率而不说测试条件,数值之间没法比。

几种测试方法

方法 原理 常见用途
压力变化法(压力衰减法、保压测试) 把密闭腔体打到测试压力,关断后记录一段时间内的压力变化。 制药隔离器最常用的日常测试,容易做进隔离器PLC实现自动测试。
恒压法 把腔体维持在测试压力,测量维持压力所需补入(或抽出)的气体流量。 大型或刚性较差、压力不易稳定的腔体。
氧气法 在充惰性气体的腔体里测氧浓度上升。 惰性气氛手套箱。
检漏定位(肥皂液、示踪气体、超声) 找出漏点在哪,而不是测漏多少。 测试不合格后的排查,以及出厂验收(FAT)。

压力衰减法怎么做

一次压力衰减泄漏测试分三个阶段:

  1. 加压(或抽负压)。隔离器处于密闭状态——门关闭、传递口盖好、手套装好或用盲板封住、进排风阀关闭——把腔体打到测试压力。测试压力一般明显高于运行压力,由技术规格确定(例如正压或负压几百帕)。
  2. 稳定。压缩或膨胀会让腔内空气温度变化,手套、袖套、密封件等柔性部件也会慢慢回弹,所以即使不漏,压力也会漂移。必须等它稳定后才开始计量。
  3. 计量。关断腔体,记录测试时间内的压力变化,同时记录腔内温度和大气压。
-400-450-500-550 腔体压力(Pa) 010203040 时间(min) Δp 稳定计量(30分钟)抽负压 温度不变时,-500 Pa 变为 -470 Pa
负压测试压力下的压力衰减测试示意(示意数据)。只有计量窗口内的数据用来计算泄漏率。

小时泄漏率怎么算

对于刚性腔体、温度不变的情况,小时泄漏率由压力变化相对于腔内绝对压力求得:

Rf ≈(Δp ÷ p绝对)÷ t(t以小时计)

以上图为例:0.5小时内压力变化30 Pa,腔内绝对压力约100,800 Pa(大气压减500 Pa):

Rf ≈(30 ÷ 100,800)÷ 0.5 ≈ 6 × 10-4 h-1

刚好超出1级(5 × 10-4),但完全满足2级(2.5 × 10-3)。反过来算:做30分钟测试,2级隔离器最多允许掉压约125 Pa,1级只允许约25 Pa。

温度:决定测试结果的变量

因为计算基于绝对压力,很小的温度变化影响就很大。密闭空气的压力与绝对温度成正比:

Δp ≈ p绝对 × ΔT ÷ T → 101,000 Pa × 0.1 K ÷ 293 K ≈ 35 Pa

腔内空气温度只变0.1 ℃,压力就变约35 Pa——比1级隔离器30分钟内的全部允许值还大。腔体在降温时,正压测试下漏的隔离器可能显得“不漏”,负压测试下不漏的反而显得“漏”。所以压力衰减测试要可靠,必须做到:

  • 房间和腔体温度稳定:测试期间没有空调波动、照明或工艺发热变化,也没有人把手伸进手套。
  • 计量前有规定的稳定时间。
  • 结果连同腔内温度(长时间测试还包括大气压)一起记录,并据此修正泄漏率。
  • 压力传感器的分辨率和校准能满足几帕级别的差值。

测试操作与合格标准

项目 推荐做法
测试状态 在规定状态下测:手套装好(如手套单独测试,则手套口加盲板)、门和RTP主阀关闭、阀门关闭,并记录是哪种状态。
测试压力 按URS和确认方案规定;一般与运行时同为正压或同为负压,例外需论证。
时间 稳定时间和计量时间固定;计量窗口越长,分辨率越好。
合格标准 由规定等级推出最大小时泄漏率(或最大压力变化),并留出与等级限值之间的余量。
测试频次 出厂验收(FAT)和现场验收/运行确认(SAT/OQ)时必测;按规定周期例行测试;任何影响密封边界的操作后(换手套、换密封条、拆视窗)要测;很多企业在每次VHP灭菌前也做一次。
趋势分析 对结果做趋势跟踪。泄漏率缓慢上升,往往说明某道密封在老化,可以在失效前发现。

手套要单独测试

手套和袖套是密封边界中最薄弱、更换最频繁的部分。手套上的一个针孔,相对整个腔体来说泄漏量很小,腔体泄漏测试可能测不出来。所以手套完整性要单独管理:使用前目视检查,再用专用手套检漏仪对每个手套口做物理测试(对单只手套做压力衰减),频次按风险和使用情况确定。

枫古隔离器的配置

枫古无菌灌装隔离器配备压力衰减法腔体自动泄漏测试,并对所装手套组件进行手套完整性测试;负压隔离器按ISO 10648-2设计密闭完整性。具体等级、测试压力和测试方法在URS中确认,并在出厂和现场验收时验证。选型可参考制药隔离器怎么选和正压隔离器与负压隔离器的区别。

常见问题

制药隔离器的泄漏率多少算合格?
制药用无菌隔离器和负压防护隔离器一般按ISO 10648-2的2级(小时泄漏率 ≤ 2.5 × 10-3 h-1,即每小时0.25%腔体容积)或更高等级要求。具体等级由风险评估确定,并且必须同时写明测试压力和测试方法。

为什么隔离器上午测试合格、下午就不合格?
几乎都是温度造成的。腔内空气温度变化0.1 ℃,压力就变约35 Pa。要稳定温度、测试时不要把手伸进手套,并按实测温度修正结果。

每次VHP灭菌前都要做泄漏测试吗?
很多企业会在每次VHP灭菌前做一次压力衰减测试,因为灭菌时腔体漏气,房间里的人员会暴露在过氧化氢中。具体频次应基于风险写进SOP。

腔体泄漏测试能代替手套检漏吗?
不能完全代替。手套上的针孔可能小到在整腔测试中看不出来,手套需要单独做目视检查和手套检漏仪测试。

正在做隔离器选型?

把工艺、需要的ISO 10648-2等级和测试压力、以及腔体打算怎么灭菌告诉我们,枫古工程师帮你确定配置和泄漏测试方案。

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