,生物医药纯化水设备要求及管路清洗消毒方法

水处理系统的规模取决于原水水质、生产用水量及工艺对水质的要求，其中原水水质和工艺对水质的要求决定制水流程的繁简，而用水量只决定设备的大小。一般来说原水为自来水时，预处理的设备较少，而当工艺对水质的要求较高时，用于去离子水、除菌及除微粒的设备较全。水处理系统动态变化较大，原水几天前的抽样结果往往在几天后是无效的；而另一方面，这些原水却又被用来大批量地生产极其昂贵的药品，因此从某种程度而言，水处理装置又是不可靠的，必须事先进行验证，然后进行日常严密地监测和控制。

水系统验证的目的就在于考验该水处理系统在未来可能发生的种种情况下，有可能稳定地供应数量和质量地合格用水，验证就意味着要提供这方面文字性的证据。要完成这一任务，就需要在一个较长的时间内，对系统在不同运行条件下的状况进行抽样试验。

本章主要阐述药品生产企业普遍使用的纯化水（ Purified Water ）、注射用水（ Water for Injection ） , 包括清洁蒸汽（ Pure Steam ）的验证。至于某些特定生产工艺采用的软化水（如锅炉用的软化水）、大容量注射剂使用的冷却用水、初淋水、终淋水、氨水等详见以后几个篇章中关于生产工艺验证中的论述。灭菌注射用水则可作为注射剂看待，详见注射剂验证的有关内容。

第二节 GMP 对工艺用水的要求

北京海扬生产的纯化水设备在药品生产企业的工艺用水主要是指制剂生产中洗瓶、配料等工序以及原料药生产的精制、洗涤等工序所用的水。水的名称应避免和水的制造过程有关，如去离子水、除盐水、蒸馏水这样的名称，即水的制造过程与其名称脱钩，而是从化学和微生物的角度根据质量指标对水进行分类（如中国药典规定纯化水可以用三种不同方法制得，将来可能还会有更好得方法）。

注射用水一般用纯化水通过蒸馏法（还有反渗透法和超滤法）制得，化学纯度高达 99.999% ，无热原。因纯蒸汽的制备过程与用蒸馏水制备注射用水的过程相同，可使用同一台多效蒸馏水机或单独的纯蒸汽发生器，故将纯蒸汽放在注射用水一起讨论。

药品生产工艺用水的用途见表 2 － 20 。

水质类别	用途	水质要求
饮用水	1、制备纯化水的水源 2、口服剂瓶子初洗 3、设备、容器的初洗 4、中药材、中药饮片的清洗、浸润和提取	应符合生活饮用水卫生标准（GB5749－85）
纯化水	1、制备注射用水（纯蒸汽）的水源 2、非无菌药品直接接触药品的设备、器具和包装材料最后一次洗涤用水 3、注射剂、无菌药品瓶子的初洗 4、非无菌药品的配料 5、非无菌药品原料精制	应符合中国药典标准
注射用水	1、无菌产品直接接触药品的包装材料最后一次精洗用水 2、注射剂、无菌冲洗剂配料 3、无菌原料药精制 4、无菌原料药直接接触无菌原料的包装材料的最后洗涤用水	应符合中国药典标准
纯蒸汽	1、无菌药品物料、容器、设备、无菌衣或其他物品需进入无菌作业区的湿热无菌处理 2、培养基的湿热灭菌	纯蒸汽冷凝水应符合中国药典注射用水标准

纯化水水质标准 2 － 21

项目	中国药典（2000年版）	欧洲药（2000年增补版）^{= 1 \* GB3 ①}	美国药典（第24版）^{= 2 \* GB3 ②}
来源	本品为蒸馏法、离子交换法、反渗透法或其他适宜方法制得	由符合法定标准得饮用水经蒸馏、离子交换或其他适宜方法制得	由符合美国环境保护协会或欧共体或日本法定要求得饮用水经适宜方法制得
性状	无色澄明液体，无臭、无味	无色澄明液体无臭、无味	－――
酸碱度PH	符合规定	―――	―――
氨	0.3µg/ml	―――	―――
氨化物、硫酸盐与钙盐、亚硝酸盐、二氧化碳、不挥发物	符合规定	―――	―――
硝酸盐	0.06µg/ml	0.2µg/ml	―――
重金属	0.5µg/ml	0.1µg/ml	―――
铝盐	―――	用于生产渗析液时需控制此项目	―――
易氧化物	符合规定	符合规定	―――
总有机碳	―――	0.5mg/L	0.5mg/L
电导率	―――	4.3µS/cm(20℃)	符合规定
细菌内毒素	―――	0.25E.U./ml	―――
无菌检查	―――	―――	符合规定（用于制备无菌制剂时控制）
微生物超标纠正标准^{= 3 \* GB3 ③}	―――	100个/ml	100个/ml

① 欧洲药典中总有机碳（ TOC ）和易氧化物项目，可任选一项监控。

②美国药典中规定： a. 企业自用的纯化水监测 TOC 和颠倒率，商业用的纯化水应符合无菌纯水的试验要求。表中所列为企业自用纯化水的监测项目。 b. 纯化水不得用于制备肠外制剂。

③微生物超标纠正标准是指微生物污染达到某一数值，表明纯化水系统已经偏离了正常运行的条件，应采取纠偏措施，使系统回到正常的运行状态。

注射用水水质标准表 2 － 22

项目	中国药典（2000年版）	欧洲药典（2000年增补版） ①	美国药典（第24版） ②
来源	本品为纯化水经蒸馏所得的水	为符合法定标准的饮用水或纯化水经适当方法蒸馏而得	由符合美国环境保护协会或欧共体或日本法定要求得饮用水经蒸馏或反渗透纯化而得
性状	无色澄明，无臭、无味	无色澄明，无臭、无味	―――
pH	5.0-7.0	―――	―――
氨	0.2µg/ml	―――	―――
氯化物、硫酸盐与钙盐、亚硝酸盐、二氧化碳、不发挥物	符合规定	―――	―――
硝酸盐	0.06µg/ml	0.2µg/ml	―――
重金属	0.5µg/ml	0.1µg/ml	―――
铝盐	―――	用于生产渗透液时需控制此项目	―――
易氧化物	符合规定	符合规定	―――
总有机碳	―――	0.5mg/ml	0.5mg/ml
电导率	―――	1.1µS/cm(20℃)	符合规定
细菌内毒素	0.25E.U./ml	0.25E.U./ml	0.25E.U./ml
微生物超标纠正标准 = 3 \* GB3 ③	―――	10个/ml	10个/ml

①欧洲药典中 TOC 和易氧化物项目，可任选一项监控。

②美国药典中规定：企业自用的注射用水（原料）监测 TOC 和电导率，商业用的注射用水应符合无菌注射用水的试验要求。表中所列为企业自用注射用水的监测项目。

③微生物超标纠正标准是指微生物污染达到某一数值，表明注射用水系统已经偏离了正常运行的条件，应采取纠偏措施，使系统回到正常的运行状态。

“热原”通常是由细菌产生的，是那些能致热的微生物的代谢产物，以“细菌内霉素”指标来表示。大多数细菌和许多霉菌都能产生热，致热能力最强的是革兰阴性杆菌的产物。微生物代谢产物中的内毒素是造成热原反应的最主要因素。细菌内毒素耐热性强，其尺寸大小约在 1 － 50μm 之间，故可通过一般滤器进入滤液中，但能被活性炭、硅藻土滤器等吸附。热原本身不挥发，但能在蒸馏时被汽化的水滴带入蒸馏水中。

总有机碳 TOC=TC( 总碳 ) － IC （无机碳）。由于有机物均含有碳，故燃烧时有机物会释放出 CO 2 , 测定 CO 2 含量就可间接反映水中有机碳的含量，从而表征有机物的多少，观察净化设备和分配系统是否有效。测试方法是将有机分子完全氧化成等同的二氧化碳，测量最终的 CO 2 浓度，所以必须分清无机碳（ IC ）及样品中分解出来的有机碳。 TOC 测定也可以使用 TOC 分析仪，他可同时测得温度、电阻率。

中国药典（ 2000 年版）没有对纯化水的细菌内毒素加以控制；纯化水和注射用水都未收载总有机碳的测定。应当指出，总有机碳的指标在一定意义上说明的是对水污染的监控。各种有机污染物，微生物及细菌内毒素经过催化氧化后变成二氧化碳，进而改变水的电导，电导的数据又转换成总有机碳的量。如果总有机碳控制在一个较低的水平上，意味着水中有机物、微生物及细菌内毒素的污染处于较好的受控状态。这也是一些验证资料中将总有机碳作为验证项目的重要原因。

第三节 GMP 对纯化水、注射用水系统的规定

《规范》（ 1998 年修订）规定：纯化水、注射用水的制备、贮存和分配应能防止微生物的滋生和污染。贮罐和输送管道所用材料应无毒、耐腐蚀。管道的设计和安装应避免死角、盲管。贮罐和管道要规定清洗、灭菌周期。注射用水贮罐的通气口应安装不脱落纤维的疏水性除菌滤器。注射用水的贮存可采用 80 ℃以上保温、 65 ℃以上保温循环或 4 ℃以下存放。

纯化水、注射用水的预处理设备所用的管道一般采用 ABS 工程塑料，也采用 PVC 、 PPR 或其他合适材料的。但纯化水及注射用水的分配系统应采用与化学消毒、巴氏消毒、热力灭菌等相应的管道材料，如 PVDF 、 ABS 、 PPR 等，采用不锈钢，尤以 316L 型号为。不锈钢是总称，严格而言分为不锈钢及耐酸钢两种。不锈钢是耐大气、蒸汽和水等弱介质腐蚀的钢，但并不耐酸、碱、盐等化学侵蚀性介质腐蚀的钢，并就有不锈性。

表 2 － 23 是无缝不锈钢管牌号的对照表

中国 GB1220-92标准	美国 AISI	日本 JIS标准	中国 GB1220-92标准	美国 AISI	日本 JIS标准
0Cr17Nil2Mo2 00Cr17Ni14Mo2 0Cr18Ni9	316 316L 304	SUS316 SUS316L SUS304	00Cr19Ni11 1Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni9	304L 321 302	SUS304L SUS321 SUS302

表 2 － 24 不同型号不锈钢合金元素的组成

组成元素	不同型号的化学组成/％			组成元素	不同型号的化学组成/％
组成元素	316L	304	304L	组成元素	316L	304	304L
碳硅锰磷	0.03 1.00 2.00 0.040	0.08 1.00 2.00 0.045	0.03 1.00 2.00 0.045	硫镍钼	0.030 16.0-18.5 10.0-15.0 2.5-3.0	0.030 17.0-19.0 8.0-11.0 －	0.030 17.0-19.0 8.0-11.0 －

（一）纯化水、注射用水的特点

为了有效控制微生物污染且同时控制细菌内毒素的水平，纯化水、注射用水系统的设计和制造出现了两大特点：一是在系统中越来越多地采用消毒 / 灭菌设施；二是管路分配系统从传统的送水管路演变为循环管路。

此外还要考虑到管内流速对微生物繁殖的影响。当雷诺数 Re 达到 10,000 形成稳定的流时，才能有效地造成不利于微生物生长地环境条件。相反，如果没有注意到水系统设计及制造中地细节，造成流速过低、管壁粗糙或管路存在盲管，或者选用了结构不适应的阀门等，微生物完全有可能依赖由此造成的客观条件，构筑自己的温床－生物膜，对纯化水、注射用水系统的运行及日常管理带来风险及麻烦。

（二）纯化水、注射用水系统的基本要求

纯化水、注射用水系统是由水处理设备、存储设备、分配泵及管网等组成的。制水系统存在着由原水及制水系统外部原因所致的外部污染的可能，而原水的污染则是制水系统最主要的外部污染源。美国药典、欧洲药典及中国药典均明确要求制药用水的原水至少要达到饮用水的质量标准。若达不到饮用水标准的，先要采取预净化措施。由于大肠杆菌是水质遭受明显污染的标志，因此国际上对饮用水中大肠杆菌均有明确的要求。其他污染菌则不作细分，在标准中以“细菌总数”表示，我国规定的细菌总数限度为 100 个 /ml ，这说明符合饮用水标准的原水中也存在着微生物污染，而危及制水系统的污染菌主要是革兰阴性菌。其他如贮罐的排气口无保护措施或使用了劣质气体过滤器，水从污染了的出口倒流等也可导致外部污染。

此外在制水系统制备及运行过程中还存在着内部污染。内部污染与制水污染系统的设计、选材、运行、维护、贮存、使用等因素密切相关。各种水处理设备可能成为微生物的内部污染源，如原水中的微生物被吸附于活性炭、去离子树脂、顾虑膜和其他设备的表面上，形成生物膜，存活于生物膜中的微生物受到生物膜的保护，一般消毒剂对它不起作用。另一个污染源存在于分配系统里。微生物能在管道表面、阀门和其他区域生成菌落并在那里大量繁殖，形成生物膜，从而成为持久性的污染源。因此国外一些企业对制水系统的设计有比较严格的标准。

1 ．对预处理设备的要求

①纯化水的预处理设备可根据原水水质情况配备，要求先达到饮用水标准。

②多介质过滤器及软水器要求能自动反冲、再生、排放。

③活性碳过滤器为有机物集中地，为防止细菌、细菌内毒素的污染，除要求能自动反冲外，还可用蒸汽消毒。

④由于紫外线激发的 255nm 波长的光强与时间成反比，要求有记录时间的仪表和光强度仪表，其浸水部分采用 316L 不锈钢，石英灯罩应可拆卸。

⑤通过混合床去离子器后的纯化水必须循环，使水质稳定。但混合床只能去除水中的阴、阳离子，对去除热原使无用的。

2 ．对纯化水制取设备的要求

纯化水一般可以通过以下任一种方法来获得：去离子器、反渗透装置、蒸馏水机。三种设备有不同的要求。

①去离子器可采用混合床，应能连续再生，并具有无流量和低流量时连续流动的措施。

②反渗透装置在进口处须安装 3.0μm 的水过滤器。

③蒸馏水机宜采用多效蒸馏水机，其 316L 不锈钢材料内壁电抛光（ 240 粒）并钝化处理。

3 ．对注射用水（清洁蒸汽）制取设备的要求

注射用水可通过蒸馏法、反渗透法、超过滤器法等获得，各国对注射用水的生长方法作了十分明确的规定，如：

①美国药典（ 24 版）规定“注射用水必须由符合美国环境保护协会或欧共体或日本法定要求的饮用水经蒸馏或反渗透纯化而得”。

②欧洲药典（ 1997 年版）规定“注射用水为符合法定标准得饮用水或纯化水经适当方法蒸馏而得。

③中国药典（ 2000 年版）规定“本品（注射用水）为纯化水经蒸馏所得的水“。

可见注射用水用纯化水经蒸馏而得是世界公认的方法，而清洁蒸汽可用同一台蒸馏水机或单独的清洁蒸汽发生器获得。

蒸馏法对原水中不发挥性的有机物、无机物，包括悬浮物、胶体、细菌、病毒、热原等杂质有很好的去除作用。蒸馏水机的结构、性能、金属材料、操作方法以及原水水质等因素，均会影响注射用水的质量。多效蒸馏水机的“多效”主要是节能，可将热能多次合理使用。蒸馏水机去除热原的关键部件是汽－水分离器。

对蒸馏水水机的要求是：

①采用 316L 医药级不锈钢制的多效蒸馏水机或清洁蒸汽发生器；

②电抛光（ 240 粒）并作钝化处理；

③装有测量、记录和自动控制电导率的仪器，当电导率超过设定值时自动转向排水。

4 ．对贮水容器（贮罐）的基本要求

对贮水容器的总体要求是防止生物膜的形成，减少腐蚀，便于用化学品对贮罐消毒；贮罐要密封，内表面要光滑，有助于热力消毒和化学消毒并能阻止生物膜的形成。

贮罐对水位的变化要作补偿，通常有两种方法：一是采用呼吸器；另一个方法是采用充氮气的自控系统，在用水高峰时，经无菌过滤的氮气送气量自动加大，保证贮罐能维持正压，在用水量小时送气量自动减少，但仍对贮罐外维持一个微小的正压，这样作的好处是能防止水中氧含量的升高，防止二氧化碳进入贮罐并能防止微生物污染。

对贮罐的要求：

①采用 316L 不锈钢制作，内壁电抛光并作钝化处理；

②贮水罐上安装 0.2μm 疏水性的通气过滤器（呼吸器），并可以加热消毒或有夹套；

③能经受至少 121 ℃高温蒸汽的消毒；

④排水阀采用不锈钢隔膜阀；

⑤若充以氮气，须装 0.2μm 的疏水性过滤器过滤。

5 ．对管路及分配系统的基本要求

管路分配系统的建造应考虑到水在管路中能连续循环，并能定期清洁和消毒。不断循环的系统易于保持正常的运行状态。

水泵的出水应设计成“紊流式”，以阻止生物膜的形成。分配系统的管路安装应有足够的坡度并设有排放点，以便系统在必要时能够完全排空。水循环的分配排放系统应避免低流速。隔膜阀具有便于去除阀体内溶解杂质和微生物不易繁殖的特点。

对管路分配系统的要求是：

①采用 316L 不锈钢管材内壁电抛光作钝化处理；

②管道采用热溶式氩弧焊焊接，或者采用卫生夹头分段连接；

③阀门采用不锈钢聚四乙烯隔膜阀，卫生夹头连接；

④管道有一定的倾斜度，便于排除存水；

⑤管道采取循环布置，回水流入贮罐，可采用并联或串联的连接方法，以串联连接方法较好。使用点阀门处的“盲管”段长度，对于加热系统不得大于 6 倍管径，冷却系统不得大于 4 倍管径。

⑥管路用清洁蒸汽消毒，消毒温度 121 ℃。

6 ．对纯化水和注射用水输送泵的基本要求

①采用 316L 不锈钢（浸泡部分），电抛光钝化处理；

②卫生夹头作连接件；

③润滑剂采用纯化水或注射用水本身；

④可完全排除积水。

7 ．对热交换器的基本要求

热交换器用于加热或冷却注射用水，或者作为清洁蒸汽冷却凝用。其基本要求如下：

①采用 316L 不锈钢制；

②按卫生要求设计；

③电抛光和钝化处理；

④可完全排除积水。

（三）纯化水和注射用水系统的运行方式

纯化水和注射用水系统的运行徐考虑到管道分配系统的定期清洁和消毒，通常有两种运行方式。

一种是将水像产品一样作成批号，即批量式运行方式。“批量式”运行方式主要是出于安全性的考虑，因为这种方法能在化验期内将一定量的水份隔开来，直到化验有了结论为止。

另一种是连续制水的“直流式”运行方式，可以一边生产一边使用。

（四）纯化水、注射用水系统的日常管理

制水系统的日常管理包括运行、维修，它对验证及正常使用关系极大，所以应建立监控、预修计划，以确保水系统的运行始终出于受控状态。这些内容包括：

①制水系统的操作、维修规程；

②关键的水质参数和运行参数的监测计划，包括关键仪表的校准；

③定期消毒／灭菌计划；

④水处理设备的预防性维修计划；

⑤关键水处理设备（包括主要的零部件）、管路分配系统及运行条件便更的管理方法。

第五节纯化水系统的验证

一、纯化水系统的安装确认

（一）纯化水系统安装确认所需文件

①由质量部门或技术部门认可的流程图、系统描述及设计参数；

②水处理设备及管路安装调试记录；

③仪器仪表的检定记录；

④设备操作手册及标准操作、维修规程 SOP 。

（二）纯化水系统安装确认的主要内容

纯化水系统的安装确认主要是根据生产要求，检查水处理设备和管道系统的安装是否合格，检查仪表的校准以及操作、维修规程的编写。

1 ．纯化水制备装置的安装确认

纯化水制备装置的安装确认是指机器设备安装后，对照设计图纸及供应的技术资料，检查安装是否符合设计及规范。纯化水处理装置主要有机械过滤器、活性炭过滤器、电渗析、混合床、水泵、蒸馏水机等，检查的项目有电气、连接管道、蒸汽、压缩空气、仪表、供水、过滤器等的安装、连接情况。

2 ．管道分配系统的安装确认

（ 1 ）管道及阀门的材料

管道采用不锈钢（ 304 、 316L 、 321 等型号）。不锈钢材料的特点是： ①钝化后呈化学惰性； ②易于消毒；③工作温度范围广。

因隔膜便与去除阀体内的溶解杂质，微生物不易繁殖，应采用隔膜阀。

（ 2 ）管道的连接和试压

如前所述，纯水输送管道应采用热熔式氩弧焊焊接，要求内壁光滑，应检查焊接质量，记录焊接接头的数量，并做 X 光拍片。由于管道在夹层中难以拍片，采取先拍片的形式。一般采用自动氩弧热熔式焊机，根据设备手册先确定焊接控制参数，如流量大小、频率等，然后再按照此焊接参数焊几个接头，在安装前先拍片（如无条件的可送外拍片），如符合要求，以后在安装时可控制在这些焊接参数内，可保证焊缝平整光滑。焊接结束后再去离子水进行试压，试压压力为工作压力的 1.5 倍，无渗漏为合格。

（ 3 ）管道的清洗、钝化、消毒

不锈钢管道的处理（清洗、钝化、消毒）可大致分为纯水循环预冲洗→碱液循环清洗→纯化水冲洗→钝化→纯化水再次冲洗→排放→纯蒸汽消毒等几个步骤。

①纯化水循环预冲洗：准备一个贮液罐和一台水泵，与需钝化的管道连成一个循环通路，在贮存罐中注入足够的常温去离子水，用水泵加以循环， 15mm 后打开排水阀，边循环边排放，能装一只流量计。

②碱液清洗：准备 NaOH 化学纯试剂，加入热水（温度不低于 70 ℃）配制成 1 ％（体积浓度）的碱液，用泵进行循环，时间不少于 30min ，然后排放。

③冲洗：将纯化水加入贮液罐，启动水泵，打开排水阀排放，直到各出口点水的电阻率与罐中水的电阻率一致，排放时间至少 30mm 。

④纯化： a. 用纯化水及化学纯的硝酸配制 8 ％的酸液，在 49 － 52 ℃温度下循环 60min 后排放。 B. 或用 3 ％氢酸（体积分数）、 20 ％硝酸（体积分数）、 77 ％纯化水配制溶液，溶液温度在 25 － 35 ℃，循环处理 10 － 20min ，然后排放。

⑤初始清洗：用常温钝化水冲洗，时间不少于 5min 。

⑥最后冲洗：在次冲洗，直到进、出口纯化水的电阻率一致。

⑦纯蒸汽消毒：将清洁蒸汽通入整个不锈钢管道系统，每个使用点至少冲洗 15min 。

上述清洗、钝化、消毒过程及其参数应加以记录。

（ 4 ）完整性试验

纯化水无菌贮水罐上安装的各种通气过滤器必须做完整性试验。