V型密褶式化學過濾器在製藥廠房GMP環境中的合規性與驗證要求目錄概述 V型密褶式化學過濾器的定義與結構 產品參數與技術指標 在GMP環境中的應用背景 合規性要求 驗證要求與流程 國內外...
V型密褶式化學過濾器在製藥廠房GMP環境中的合規性與驗證要求
目錄
- 概述
- V型密褶式化學過濾器的定義與結構
- 產品參數與技術指標
- 在GMP環境中的應用背景
- 合規性要求
- 驗證要求與流程
- 國內外相關標準與法規
- 安裝與維護注意事項
- 案例分析
- 參考文獻
概述
在製藥工業中，潔淨環境的控製是保障藥品質量與患者安全的核心要素。根據《藥品生產質量管理規範》（GMP）的要求，製藥廠房必須維持特定的潔淨級別，防止微粒、微生物以及有害化學氣體對藥品生產過程造成汙染。其中，空氣處理係統中的化學過濾器作為去除有害氣體汙染物的關鍵設備，其性能與合規性直接影響GMP體係的有效運行。
V型密褶式化學過濾器（V-Bank Chemical Filter）因其高容塵量、低風阻、高效率及長壽命等特點，廣泛應用於製藥廠房的通風與空調係統（HVAC）中，特別是在處理酸性、堿性或有機揮發性氣體（VOCs）等化學汙染物方麵具有顯著優勢。本文將係統闡述V型密褶式化學過濾器在製藥GMP環境中的合規性要求、驗證流程、技術參數及相關標準，結合國內外權威文獻與行業實踐，為製藥企業設備選型與合規管理提供理論支持。
V型密褶式化學過濾器的定義與結構
V型密褶式化學過濾器是一種采用V型排列的多褶結構化學吸附過濾裝置，通常由金屬框架、活性炭基吸附材料、支撐網及密封膠條組成。其“V”型設計顯著增加了單位體積內的過濾麵積，從而提升吸附效率並延長使用壽命。
結構組成
| 組成部分 | 功能說明 |
|---|---|
| 外框 | 通常采用鍍鋅鋼板或不鏽鋼，確保結構強度與耐腐蝕性 |
| 濾料 | 以顆粒狀或纖維狀活性炭為主，可負載化學浸漬劑（如KOH、碘化鉀等）以增強對特定氣體的吸附能力 |
| 密封材料 | 聚氨酯發泡膠或橡膠條，確保安裝後氣密性 |
| 支撐網 | 不鏽鋼或鋁網，防止濾料塌陷，維持氣流均勻性 |
| 分流板（可選） | 優化氣流分布，降低風阻 |
該過濾器通常安裝於HVAC係統的中效或高效過濾段之後，用於去除空氣中的有害氣體，如甲醛、硫化氫、氨氣、氯氣、臭氧及各類揮發性有機物（VOCs）。
產品參數與技術指標
為確保V型密褶式化學過濾器在GMP環境中的適用性，需對其關鍵性能參數進行嚴格規定。以下為典型產品參數表：
表1：V型密褶式化學過濾器典型技術參數
| 參數 | 指標範圍 | 說明 |
|---|---|---|
| 外形尺寸（mm） | 592×592×292、610×610×300等 | 可根據風道尺寸定製 |
| 額定風量（m³/h） | 1500–3000 | 依型號與係統設計而定 |
| 初阻力（Pa） | ≤120 | 新裝狀態下壓降 |
| 終阻力（Pa） | ≤300 | 建議更換閾值 |
| 過濾效率（對SO₂） | ≥95%（10 ppm入口濃度） | 依據ASHRAE 145.2測試標準 |
| 活性炭填充量（kg） | 8–15 | 決定吸附容量 |
| 使用壽命 | 6–24個月 | 取決於汙染物濃度與運行時間 |
| 工作溫度範圍 | 0–40℃ | 避免高溫導致脫附 |
| 相對濕度 | ≤80% RH | 高濕影響吸附性能 |
| 氣密性 | 泄漏率＜0.01% | 依據EN 1822標準檢測 |
表2：不同浸漬活性炭對特定氣體的去除效率
| 氣體類型 | 推薦浸漬劑 | 去除效率（典型值） | 測試標準 |
|---|---|---|---|
| 硫化氫（H₂S） | 氫氧化鈉（NaOH） | ≥98% | ASTM D6194 |
| 氨氣（NH₃） | 磷酸（H₃PO₄） | ≥95% | ISO 10121-1 |
| 氯氣（Cl₂） | 碘化鉀（KI） | ≥90% | NiosesH Method 6001 |
| 甲醛（HCHO） | 高錳酸鉀（KMnO₄） | ≥93% | GB/T 17095-2023 |
| 臭氧（O₃） | 銅/錳氧化物 | ≥96% | DIN 52357 |
上述參數需在設備選型階段與供應商確認，並作為後續驗證的依據。
在GMP環境中的應用背景
根據中國國家藥品監督管理局（NMPA）發布的《藥品生產質量管理規範》（2010年修訂）第四章“廠房與設施”要求，潔淨區的空氣質量必須符合相應潔淨級別（如A/B/C/D級）的微粒與微生物控製標準。然而，GMP不僅關注物理微粒，也強調對化學汙染的控製。
在製藥生產過程中，可能釋放的化學汙染物包括：
- 合成反應中使用的有機溶劑（如甲醇、丙酮、乙腈）
- 清潔劑殘留（如氫氧化鈉、次氯酸鈉）
- 設備潤滑劑揮發物
- 實驗室排氣中的酸堿氣體
若這些氣體進入潔淨區，可能與藥品原料發生反應，導致降解、交叉汙染或產生毒性副產物。因此，安裝化學過濾器成為保障空氣質量的必要措施。
美國FDA在《Pharmaceutical cGMPs for the 21st Century》白皮書中明確指出：“空氣質量管理應包括對化學汙染物的識別、監測與控製”（FDA, 2004）。歐盟GMP Annex 1（2022年修訂）第8.34條亦要求：“應評估並控製HVAC係統中可能存在的化學汙染物風險”。
V型密褶式化學過濾器因其高吸附容量與穩定性能，成為製藥企業應對上述挑戰的首選方案。
合規性要求
1. 法規依據
| 法規名稱 | 發布機構 | 相關條款 |
|---|---|---|
| 《藥品生產質量管理規範》（GMP） | 中國NMPA | 第四章、第七章 |
| 《潔淨廠房設計規範》GB 50073-2013 | 中國住建部 | 第6.3.5條（空氣處理） |
| EU GMP Annex 1: Manufacture of Sterile Medicinal Products | 歐盟EMA | 8.32–8.36（化學汙染控製） |
| ASHRAE Standard 189.1 | 美國ASHRAE | 8.4.3（化學過濾要求） |
| ISO 14644-4:2022 | 國際標準化組織 | 第7.2.3條（汙染控製設備） |
2. 合規性核心要求
- 材料相容性：過濾器材料不得釋放顆粒或揮發性物質，避免二次汙染。
- 可追溯性：每台過濾器應具備唯一編號，記錄生產批次、安裝位置與更換時間。
- 文檔完整性：需提供產品合格證、檢測報告、材質證明及MSDS（化學品安全技術說明書）。
- 係統集成性：過濾器應與HVAC係統兼容，確保氣流均勻、無旁路泄漏。
- 環境適應性：在高溫、高濕或腐蝕性環境中仍能保持性能穩定。
此外，根據中國《潔淨室及相關受控環境》係列標準（GB/T 25915），化學過濾器應通過第三方檢測機構的性能驗證，包括吸附效率、阻力變化與泄漏測試。
驗證要求與流程
在GMP體係中，任何關鍵設備在投入使用前必須經過完整的驗證（Validation），以證明其持續滿足預定用途。V型密褶式化學過濾器的驗證通常包括以下四個階段：
1. 設計確認（Design Qualification, DQ）
- 確認過濾器選型符合工藝需求與潔淨級別要求。
- 審查技術參數（如風量、阻力、效率）是否匹配HVAC係統設計。
- 評估活性炭類型與目標汙染物的匹配性。
2. 安裝確認（Installation Qualification, IQ）
| 項目 | 驗證內容 |
|---|---|
| 設備編號 | 是否與台賬一致 |
| 安裝位置 | 是否位於指定風道段 |
| 密封性 | 是否使用合格密封膠，無泄漏 |
| 氣流方向 | 箭頭標識是否正確 |
| 外觀檢查 | 有無破損、變形或鏽蝕 |
IQ階段需提供安裝圖紙、照片記錄及密封性測試報告。
3. 運行確認（Operational Qualification, OQ）
OQ旨在驗證設備在正常運行條件下的性能表現：
| 測試項目 | 方法 | 接受標準 |
|---|---|---|
| 初阻力測試 | 使用微壓計測量進出壓差 | ≤120 Pa |
| 氣流均勻性 | 多點風速儀檢測 | 變異係數≤15% |
| 氣密性測試 | 使用氣溶膠光度計或粒子計數器 | 泄漏率＜0.01% |
| 噪音水平 | 聲級計測量 | ≤65 dB(A) |
測試應依據ISO 16890或ASHRAE 52.2標準執行。
4. 性能確認（Performance Qualification, PQ）
PQ是驗證的終階段，重點評估過濾器對實際汙染物的去除能力：
- 挑戰測試：向係統注入已知濃度的目標氣體（如SO₂ 10 ppm），在過濾器前後采樣分析。
- 檢測方法：采用氣相色譜（GC）、傅裏葉變換紅外光譜（FTIR）或便攜式氣體分析儀。
- 采樣頻率：初始、運行30天、90天、180天各一次。
- 接受標準：去除效率持續≥90%，阻力增長不超過50%。
PQ報告應包含趨勢分析圖、數據統計與結論，作為年度再驗證的基準。
國內外相關標準與法規
表3：國內外主要標準對比
| 標準編號 | 標準名稱 | 適用範圍 | 關鍵要求 |
|---|---|---|---|
| GB/T 34016-2017 | 《空氣淨化用活性炭》 | 中國 | 活性炭碘值≥900 mg/g，灰分≤5% |
| HJ 2026-2018 | 《吸附法工業有機廢氣治理工程技術規範》 | 中國 | 規定空速（SV）≤1000 h⁻¹ |
| ASHRAE Standard 145.2 | Method of Testing Gas-Phase Air-Cleaning Devices | 美國 | 動態吸附測試方法 |
| EN 779:2012 | Particulate air filters for general ventilation | 歐盟 | 化學過濾器參考此標準衍生測試 |
| ISO 10121-1:2013 | evalsuation of gas-phase air-cleaning media | 國際 | 規定實驗室測試程序 |
| NiosesH 42 CFR Part 84 | US Respiratory Protective Devices | 美國 | 活性炭性能認證依據 |
值得注意的是，盡管上述標準多針對工業通風，但在製藥GMP環境中，其測試方法常被引用作為驗證依據。例如，ASHRAE 145.2被廣泛用於評估化學過濾器的動態吸附能力，其測試流程包括：
- 配置標準汙染氣體混合物（如NO₂、SO₂、O₃）；
- 控製溫濕度（25±1℃, 50±5% RH）；
- 連續通氣至穿透點（出口濃度達入口10%）；
- 計算吸附容量與效率。
中國《製藥工業大氣汙染物排放標準》（GB 37823-2019）也要求企業對廢氣處理設備進行定期性能評估，間接推動了化學過濾器的規範化應用。
安裝與維護注意事項
為確保V型密褶式化學過濾器長期有效運行，需遵循以下操作規範：
1. 安裝要點
- 安裝前檢查包裝完整性，避免運輸損壞。
- 確保風道清潔，無焊渣、灰塵殘留。
- 使用專用密封膠，避免使用矽酮類可能釋放VOCs的材料。
- 安裝後進行氣密性掃描測試（如DOP/PAO法）。
2. 運行監控
- 定期記錄壓差數據，繪製阻力增長曲線。
- 設置壓差報警（如＞250 Pa）提示更換。
- 每季度進行一次空氣質量抽檢，檢測目標汙染物濃度。
3. 更換與處置
- 達到終阻力或PQ確認效率下降至80%以下時應更換。
- 廢棄活性炭屬於危險廢物（HW49類），需交由有資質單位處理。
- 更換後更新設備台賬，保留舊濾芯樣品用於追溯。
4. 再驗證周期
| 驗證類型 | 頻率 | 說明 |
|---|---|---|
| 壓差監測 | 每日 | 記錄趨勢 |
| 效率抽檢 | 每6個月 | 使用便攜設備快速檢測 |
| 全麵再驗證 | 每2年或更換後 | 重新執行OQ/PQ |
案例分析
案例一：某生物製藥企業B級潔淨區化學汙染控製
背景：某單抗生產企業在B級潔淨區檢測到微量氨氣（NH₃），源於清潔程序中使用的氨水殘留。
解決方案：在HVAC回風段加裝V型密褶式化學過濾器，采用磷酸浸漬活性炭，設計風量2000 m³/h。
驗證結果：
- 初阻力：110 Pa
- 氨氣去除效率：96.2%（入口5 ppm，出口＜0.2 ppm）
- 運行12個月後效率仍保持在90%以上
結論：該方案有效控製了化學汙染，通過了NMPA GMP現場檢查。
案例二：跨國藥企歐洲工廠符合EU GMP Annex 1要求
背景：為滿足2022版Annex 1對化學汙染的嚴格要求，企業升級原有板式過濾器為V型密褶式。
實施內容：
- 選用不鏽鋼外框，避免鍍鋅層腐蝕
- 采用多層複合濾料（活性炭+分子篩）
- 集成在線氣體監測係統（Real-time VOCs analyzer）
成果：實現對VOCs的實時監控與自動報警，獲得EMA審計認可。
參考文獻
- 國家藥品監督管理局. 《藥品生產質量管理規範》（2010年修訂）[Z]. 北京: 中國醫藥科技出版社, 2011.
- 中華人民共和國住房和城鄉建設部. 《潔淨廠房設計規範》GB 50073-2013[S]. 北京: 中國計劃出版社, 2013.
- European Commission. EudraLex – Volume 4: EU Guidelines for Good Manufacturing Practice for Medicinal Products for Human and Veterinary Use, Annex 1: Manufacture of Sterile Medicinal Products (2022) [EB/OL]. http://ec.europa.eu/health/documents/eudralex/vol-4_en, 2022.
- ASHRAE. ASHRAE Standard 145.2-2015, Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal of Gaseous Pollutants [S]. Atlanta: ASHRAE, 2015.
- ISO. ISO 10121-1:2013, evalsuation of gas-phase air-cleaning media — Part 1: Gas adsorption performance [S]. Geneva: ISO, 2013.
- 國家市場監督管理總局. 《製藥工業大氣汙染物排放標準》GB 37823-2019[S]. 北京: 中國標準出版社, 2019.
- HJ 2026-2018, 吸附法工業有機廢氣治理工程技術規範[S]. 北京: 中國環境科學出版社, 2018.
- NiosesH. NiosesH Manual of Analytical Methods (NMAM), 4th Edition, Method 6001: Organic Vapors [M]. Cincinnati: NiosesH, 2003.
- 孫立新, 王海濤. 潔淨室化學汙染控製技術進展[J]. 潔淨與空調技術, 2020, 35(2): 45-50.
- FDA. Pharmaceutical cGMPs for the 21st Century – A Risk-Based Approach: Final Report [R]. U.S. Department of Health and Human Services, 2004.
- GB/T 34016-2017, 空氣淨化用活性炭[S]. 北京: 中國標準出版社, 2017.
- DIN 52357:2002, Testing of wood-based panels — Determination of formaldehyde emission using the gas analysis method [S]. Berlin: DIN, 2002.
（完）
==========================
