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问题1：欧洲药典Water in Bulk与Water in Container有何区别？
从使用角度分类，制药用水主要分为散装水（Water in Bulk）与包装水（Water in Container）两大类。散装水也称原料水，特指制药生产工艺过程中使用的水，例如，中国药典认可的散装水包括纯化水和注射用水；欧盟药典认可的散装水包括纯化水、高纯水和注射用水；美国药典认可的散装水包括纯化水、血液透析用水和注射用水等。包装水也称产品水，特指按制药工艺生产的包装成品水，例如，中国药典收录了灭菌注射用水；欧盟药典收录了包装纯化水和灭菌注射用水等；美国药典收录了抑菌注射用水、灭菌吸入用水、灭菌注射用水、灭菌冲洗用水和灭菌纯化水等多种产品水（表1）。
例如，美国药典灭菌纯化水是指包装并灭菌的纯化水，主要用于非肠道给药制剂以外的制剂配料。美国药典灭菌纯化水还可用于分析应用领域，当纯化水系统无法得到验证、纯化水用量很少、需要用灭菌纯化水或者包装的原料纯化水中微生物限度不符合要求时，可采用灭菌纯化水。
与欧盟药典不同，中国药典并没有区分散装水（Water in Bulk）与包装水（Water in Container），因此，中国药典2015版检测指标相对较多。
问题2：欧洲药典与美国药典注射用水质量标准为什么不需要检测重金属含量？
1. 美国药典认为，饮用水是纯化水或注射用水的原水，重金属项目不需要重复检测，饮用水国家标准会管控。
USP39-1231制药用水章节认为：“重金属检查的替代方法没有必要，因为①原水标准（国家初级饮用水条例）中对各 个重金属的规定，严于USP22 注射用水和纯化水重金属检查的近似数限度（约 0.1ppm）； ②现代水系统的结构材料不会释放重金属污染物；③这一项检查结果为阴性——没有见 过重金属单项不合格的（即重金属检查不合格，而其他检查项合格），因为现行的饮用 水标准已经有重金属检查项。
中国药典纯化水保留重金属、亚硝酸盐、不挥发物等几个重要化学项目，很大程度是为了来共同保证电导率达到5．1us／cm@25℃时的纯化水还能满足使用要求。目前，欧盟药典已经确认纯化水标准参考美国药典纯化水标准是1.3us／cm@25℃.
2. 美国药典委员会认为关于重金属一项原有测定方法的灵敏度仅为mg/L级，而美国饮用水标准中一些金属离子的限度为μg/L级，远比USP规定严格。
中国药典的重金属检查法是指在实验条件下能够与硫代乙酞胺反应生成沉淀的金属杂质。如Ag, Pb, Hg,Cu, Cd, Bi, Zn, Co, Ni等，其中铅Pb最常遇到，且易积蓄中毒，因此，检查时以Pb为代表。对比中国饮用水和美国饮用水的标准，发现中国饮用水标准中对各个重金属的规定，也都基本上严于中国药典注射用水和纯化水重金属检查的近似数限度（约 0.1ppm）。
3．欧洲药典5.0版注射水有重金属检查项目，但是5.0以后删除了重金属项目。EP纯化水一直有重金属检查项目，但是规定“如果散装纯化水符合散装注射用水（0169）的电导率的规定，则不需要进行重金属检测。这也说明欧洲药典认可如果制药用水的电导率符合1.3us/cm要求，那么重金属项目不会不合格，可以不用检测。
4.国外《制药技术》2005年1月文章《USP电导率和EP重金属项目的对比》结果表明：USP电导率可以确定水样中是否含有重金属，且USP的电导率检测灵敏度高于EP的重金属检测方法，电导率测试可以替代重金属项目。数据结果见下图
0.01ppm的标准铅溶液的电导率为1.63us/cm；0.1ppm的标准铅溶液的电导率为6.82us/cm，无法通过USP的电导率检测要求，但是却能通过EP的重金属检测，说明USP的电导率检测灵敏度高于EP的重金属检测方法。
这里有个问题：重金属在水中是否完全以离子形式存在？实验表明，在低浓度下，重金属在水中是完全解离的。
（1）因为目前中国药典的现有方法是硫代乙酰胺在弱酸性条件下水解，产生硫化氢，与重金属离子生成黄色到棕黑色的硫化物混悬液，与一定量标准铅溶液经同法处理后所呈颜色比较。若不是完全解离，则会有部分重金属无法被检出。
（2）可以从溶解度进行解释。查阅得知，PbSO4的溶解度为0.0041g/100g水(20℃)，换算一下就是41ppm，远远大于药典规定的标准0.1ppm。同理，Pb(NO3)2在水中溶解度为56.5g/100g水。
5.回顾某公司近2年年终回顾数据和5年验证数据，显示电导合格，重金属项目没有不合格过。且某公司自己的研究实验也表明如果制药用水的电导符合1.3us的标准，那么重金属项目不会不合格。
实验过程见下方：
（1）将1000ppm的标准氨溶液稀释成100ppm、10ppm、1ppm、0.2ppm、0.02ppm、0.002ppm的梯度，并测电导率。
（2）将100ppm的标准铅溶液稀释成10ppm、1ppm、0.1ppm、0.01ppm、0.001ppm的梯度，并测电导率。
得到的数据如下：
可以看到：
（1）当氨浓度为0.2ppm时，电导率为3.12us/cm；所以如果电导率不超过1.3 us/cm时，溶液中氨的浓度肯定不会超过0.2ppm。
（2）当铅浓度为0.1ppm时，电导率为28.4us/cm；所以如果电导率不超过1.3 us/cm时，溶液中铅的浓度肯定不会超过0.1ppm。
6.《中国药典分析检测技术指南》2017年07月第1版首次提到电导率可以替代氨和重金属项目。这里的替代，应该意思可以直接用电导率项目来替代氨和重金属项目。把氨和重金属删掉。可以用电导率来定义水的化学纯度，因为电导率代表的是水中总离子数，而氨和重金属在水中又是以离子形式存在。
结论：目前，不仅有法规支持、文献资料支持、研究实验都表明，将水的电导率控制在≤1.3μS/cm (25℃)时，可以不测试重金属，因为此时重金属的浓度都肯定不会超过药典规定的限度。故中国药典的注射用水在有电导率检测的情况下，建议可以不用做重金属项目。
备注：更多细节可参考微信文章：《我有理由证明：中国药典制药用水部分检测项目不合理》。
问题3：美国药典USP24关于制药用水指标到底发生了什么质的变化？
1996年11月15日，美国药典鼓励在线监测技术的应用，正式采用电导率仪测试法取代原有的微量离子浓度分析法，同时增加微生物含量检测要求，形成以电导率、TOC、微生物限度与内毒素含量为主的质量控制标准。表1为美国药典关于制药用水检测指标的变化过程。
表1 USP制药用水检测的发展
问题4：高温注射用水循环是GMP强制规定的吗？
WHO GMP：储存与分配系统需要设计良好的消毒或杀菌方式，以便有效控制生物荷载。水温最好控制在70～80摄氏度为宜，同时，15～20摄氏度也是认可的。
EU GMP：水处理设施及其分配系统的设计、安装和维护应能确保供水达到适当的质量标准；水系统的运行不应超越其设计能力；注射用水的生产、储存和分配方式应能防止微生物生长，例如，在70℃以上保温循环。
SFDA GMP：纯化水、注射用水的制备、储存和分配应当能够防止微生物的滋生。纯化水可采用循环，注射用水可采用70℃以上保温循环。
……
所有国家或地区的GMP法规都是强调“注射用水的生产、储存和分配方式应能防止微生物生长”，推荐采用70度以上保温循环模式，但并非强制。例如，在美国，大约有20%左右的生物制品企业采用常温或低温设计的注射用水系统进行药品生产。
注意：兽用GMP采用的表述方法还是98版GMP描述，例如：80℃保温储存、65℃保温循环或 4℃储存等。
问题5：制药用水水质质量控制中最核心的两个预防是什么？
以“质量源于设计”理念为基础的，预防颗粒物污染，预防微生物污染。
问题6：饮用水与自来水，是一回事吗？
自来水与饮用水是两个不一样的术语与概念。
自来水：是指通过自来水处理厂净化、消毒后生产出来的符合相应标准的供人们生活、生产使用的水。
生活用水主要通过水厂的取水泵站汲取江河湖泊及地下水，地表水，由自来水厂按照《国家生活饮用水相关卫生标准》，经过沉淀、消毒、过滤等工艺流程的处理，最后通过配水泵站输送到各个用户。
自来水在中国大陆一般不被用来直接饮用，但在世界某些地区由于采用了较高的质量管理标准而直接饮用。
饮用水：是指供人生活的饮水和生活用水。饮用水包括干净的天然泉水、井水、河水和湖水，也包括经过处理的矿泉水、纯净水等。加工过的饮用水有瓶装水、桶装水、管道直饮水等形式。
2007年7月1日，卫生部和国家标准化管理委员会联合发布新的《生活饮用水卫生标准》（GB 5749-2006），该标准具有三个特点：
加强了对水质有机物、微生物和水质消毒等方面的要求，该标准中的饮用水水质指标由原标准（GB 5749-85）的35项增至106项；
统一了城镇和农村饮用水卫生标准；参考了世界卫生组织的《饮用水水质准则》，实现饮用水标准与国际接轨。由于中国地域广阔，各地具体情况不同，新标准中的水质全部指标最迟于2010年7月1日实施。
中国《药品生产质量管理规范》（2010版）第99条规定：药品生产用水应适合其用途，应至少采用饮用水作为制药用水。
自来水与饮用水是两个概念。
制药行业中，最低级别的制药用水为饮用水，基于国情考虑，大多数企业只能采用自来水为制药用水的原水。如果自来水水质不符合饮用水标准，制药企业需将自来水引入制水间进行净化处理，遵照中国GMP规定，自来水不允许直接用于制药生产环节（包括洗手、洁具清洗）。
原则上来讲，饮用水工程为国家工程，自来水企业有责任输送符合国家标准的饮用水到各个制药企业的制水间，饮用水水质判断标准不能仅限于自来水企业的设备出口，应该延伸到各个用水点用户处。
这个责任误区主要是市政管网无法时刻输送给企业符合GB的饮用水，导致企业需要自行进行净化处理，在自行净化自来水的过程中，产生了一系列将预处理列入纯化水机的“中国特色”的误区。
问题7：以饮用水为水源，经过蒸馏法制备的注射用水内毒素水平在什么级别？
注射用水的内毒素药典标准为不高于0.25EU/ml，饮用水中的内毒素含量水平大概在10-100EU/ml水平，饮用水经纯化水机净化后，其内毒素水平大概会在1-10EU/ml水平,相当于传统预处理+RO/EDI的纯化水机的内毒素去除能力为1-2log水平。蒸馏法分为三种：单效蒸馏、多效蒸馏与热压蒸馏，目前，单效蒸馏水机因不节能等原因，已被淘汰。工业化生产的制药企业普遍采用的是多效蒸馏水机与热压蒸馏水机。
通常情况下，热压蒸馏水机的内毒素去除能力大概在2-3log水平，也就是说，采用饮用水直接制备注射用水时具有一定的风险性，但采用纯化水经热压蒸馏水机制备注射用水时，内毒素含量低于0.1EU/ml，中国药典规定：注射用水需采用纯化水经蒸馏制备而得，因此，企业采用热压式蒸馏水机在中国制药企业使用是完全安全的。
多效蒸馏水机因设计不同，内毒素去除能力不尽相同，例如，采用升膜法设计的多效蒸馏水机，内毒素去除能力大概在2-3log水平；采用降膜法+外螺旋分离设计的多效蒸馏水机，内毒素去除能力最高可以达到3-4log水平。美国药典允许注射用水采用饮用水经蒸馏制备而得，主要是基于部分多效蒸馏水机具有3-4log的内毒素去除能力，饮用水为原水时，也能得到内毒素含量低于0.01EU/ml的注射用水。
问题8：纯蒸汽与工艺蒸汽的区别是什么？
蒸汽在制药企业中是一种重要的公共工程，主要为制药用水的制备、工艺设备的温度控制提供热源，用于无菌工艺设备、器具、最终灭菌产品的灭菌等。蒸汽可大致分为工业蒸汽（Plant Steam或Black Steam）、工艺蒸汽（Process Steam）和纯蒸汽（Pure Steam或Clean Steam）。
工业蒸汽主要用于非直接接触产品的加热，为非直接影响系统，又可细分为普通工业蒸汽和无化学添加蒸汽。普通工业蒸汽是指由市政用水软化后制备的蒸汽，属于非直接影响系统，用于非直接接触产品工艺的加热，一般只要考虑系统如何防止腐蚀；无化学添加蒸汽是指由纯化过的市政用水添加絮凝剂后制备的蒸汽，属于非直接影响系统，主要用于空气加湿，非直接接触产品的加热，非直接接触产品工艺设备的灭菌，废料废液的灭活等。无化学添加蒸汽中不应该含有氨、肼等挥发性化合物。
工艺蒸汽属于直接影响系统，主要用于最终灭菌产品的加热和灭菌，冷凝液最少应该满足城市饮用水的标准。
纯蒸汽属于直接影响系统，经蒸馏方法制备而成，冷凝液需满足注射用水的要求。纯蒸汽用于湿热灭菌工艺时，还需在不凝性气体、过热度和干燥度方面达到EN285和HTM2010等标准的要求。纯蒸汽是由原水制备，所使用的原水是经过处理并至少满足饮用水要求，不少企业会采用纯化水或注射用水制备纯蒸汽，纯蒸汽不含挥发性添加剂，因此不会受到胺类或肼类杂质的污染，这对于预防注射剂产品的污染是极其重要的。
在蒸汽系统设计过程中采用哪种质量标准的蒸汽，可参考ISPE推荐的决策树，如下图所示。
问题9：采用饮用水为源水，通过传统预处理+RO/EDI的纯化水机工艺，纯化水内毒素水平在什么级别？
注射用水的内毒素药典标准为不高于0.25EU/ml，饮用水中的内毒素含量水平大概在10-100EU/ml水平，饮用水经纯化水机净化后，其内毒素水平大概会在0.1-1EU/ml水平,相当于传统预处理+RO/EDI的纯化水机的内毒素去除能力为2-3log水平。实际上，国外有些企业，直接用饮用水+预处理+RO/EDI实现注射用水的制备。
问题10：肠道吸收与非肠道吸收对于制药用水的本质区别是什么？
肠道吸*药收**物因为通过了肠道的“过滤”作用，对制药用水中的内毒素指标没有要求；非肠道吸*药收**物，例如注射剂，因为没有经过肠道“过滤”，对制药用水中的内毒素指标往往具有很高的要求，否则容易引起热原反应。这也是纯化水与注射用水水质指标中一个非常明显的差异。需要注意的是：肠道吸收时，不允许有大肠杆菌的污染，这也是饮用水指标中明确“大肠杆菌不可见”的主要原因。
问题11：在线微生物限度检测仪器对传统平板计数法带来了哪些革命性的冲击？
与TOC检测法颠覆易氧化物检测法类似，“激光诱导荧光光谱（LIF）测量技术”颠覆了“平板计数法”，它科学地解决了“大多数微生物是无法培养成菌落数的”这一客观存在的现实问题，因此，在线微生物检测技术将很可能带来世界范围内微生物限度检测标准的重新制定。
建立以“激光诱导荧光光谱（LIF）测量技术”为背景的微生物限度标准及PQ执行措施，是一个全新的课题。它将不仅是对中国制药行业的挑战，也是对包括美国在内的全世界范围内制药用水微生物检测技术与标准的挑战。
与在线TOC检测技术类似，激光诱导荧光光谱（LIF）测量的实时微生物检测技术将在接下来的10年会直接推动具有微生物检测需求的的行业，例如半导体或电子行业，但制药行业因为对微生物的检测实时性需求并不是最紧迫需求，制药用水药典指标检测方法的更新相对较慢，但相信未来还是会带来很大的变革的，比较PAT技术是主导发展方向。
问题12：电导率的温度到底是需要补偿，还是不补偿？
在线检测的电导率不补偿到室温后的数值，离线检测时不需要进行温度补偿。很多企业在线电导做了温度补偿，这个做法基本上是整个行业的误区。
电导率是表征物体导电能力的物理量，其值为物体电阻率的倒数，单位是S/cm（Siemens）或μS/cm。纯水中的水分子也会发生某种程度的电离而产生氢离子与氢氧根离子，所以纯水的导电能力尽管很弱，但也具有可测定的电导率。水的电导率与水的纯度密切相关，水的纯度越高，电导率越小，反之亦然。当空气中的二氧化碳等气体溶于水并与水相互作用后，便可形成相应的离子，从而使水的电导率增高。
电导率测定法是用于检查制药用水的电导率进而控制水中电解质总量的一种测定方法，详细的检测方法可参见《中国药典》（2015版）四部中的“通则 0681 制药用水电导率测定法”。测定水的电导率必须使用精密的并经校正的电导率仪，电导率仪的电导池包括两个平行电极，这两个电极通常由玻璃管保护，也可以使用其它形式的电导池。根据仪器设计功能和使用程度应对电导率仪定期进行校正，电导池常数可使用电导标准溶液直接校正，或间接进行仪器比对，电导池常数必须在仪器规定数值的±2%范围内。进行仪器校正时，电导率仪的每个量程都需要进行单独校正。仪器最小分辨率应达到0.1μs/cm，仪器精度应达到±0.1μs/cm。
温度对样品的电导率测定值有较大影响（表1），电导率仪可根据测定样品的温度自动补偿测定值并显示补偿后读数。水的电导率采用温度修正的计算方法所得数值误差较大，因此电导率测定法需采用非温度补偿模式，温度测量的精确度应在±2℃以内。目前，在线电导率检测技术已在制药用水系统中得到普及与推广，在线电导率仪的正确安装位置需能反映使用水的真实质量，在线检测的最佳位置一般为管路中最后一个“使用点”阀后，且在回储罐之前的主管网上。
表1温度与电导率限度表
中国药典和欧盟药典的纯化水可使用在线或离线电导率仪完成，记录测定温度。在温度与电导率限度表中，找到测定温度对应的电导率值即为限度值，如测定温度未在表中列出，采用线性内插法计算得到限度值，如测定的电导率值不大于限度值，则判为符合规定；如测定的电导率值大于限度值，则判为不符合规定。
内插法的计算公式为：κ＝(T-T0)*( κ1-κ0)/( T1-T0)+ κ0
式中 κ＝测定温度下的电导率限度值
κ1＝表中高于测定温度的最接近温度对应的电导率限度值
κ0＝表中低于测定温度的最接近温度对应的电导率限度值
T＝测定温度
T1＝表中高于测定温度的最接近温度
T0＝表中低于测定温度的最接近温度
需要引起注意的是，欧盟药典在2018年4月1日开始，纯化水也采用类似美国药典的方法，即欧洲药典纯化水电导率指标限度为1.3μs/cm@25℃。
问题13：TOC数值显著升高的可能原因是哪些？
• 环境中有机物的污染，例如空气中的油漆味、化工区的气态有机物污染等
• 水系统中红锈滋生严重后导致的为微生物繁殖严重，进而产生电导率或TOC不规律的缓慢升高
• 系统灭菌不彻底等原因引起的微生物污染后，继而引起的TOC升高
• 原水为地表水，出现了农药化肥等污染，发生TOC波动
• 活性炭失效导致的TOC超标
• 其他未提及的可能引起有机碳升高的原因
问题14：超过3D就是死角吗?论死角的准确定义。
死角检查是系统进行安装确认（IQ）时的一项重要内容。在洁净流体工艺系统（制药用水系统与配液/CIP/SIP系统）中死角过大所带来的风险主要如下：（1）为微生物繁殖提供了“温床”并导致“生物膜”的形成，引起微生物指标、TOC指标或内毒素指标超标，导致水质指标不符合药典要求；（2）系统消毒或灭菌不彻底导致的二次微生物污染；（3）系统清洗不彻底导致的二次颗粒物污染或产品交叉污染。在洁净流体工艺系统中，任何死角的存在均可能导致整个系统的污染。因此，中国2010版GMP要求“管道的设计和安装应避免死角、盲管”。
《美国机械工程师协会生物加工设备标准》2014版（《ASME BPE 2014》）对于死角有准确的定义，“死角”是指当管路或容器使用时，能导致产品污染的区域（dead leg: an area of entrapment in a vessel or piping run that could lead to contamination of the product.），从该定义可以清晰的了解到，是否发生微生物污染才是检验死角与否的正确标准。
1976年，美国FDA在CFR212法规上第一次采用量化方法进行死角的质量管理，工程上俗称“6D”规则，其含义为“当L/d<6时，证明此处无死角”，其中L指“流动侧主管网中心到支路盲板（或用点阀门中心）的距离”，d为支路的直径。随后的研究表明，“3D”规则更符合洁净流体工艺系统的微生物控制要求，其中L的含义变更为“流动侧主管网管壁到支路盲板（或用点阀门中心）的距离”（图1）。
图1 6D规则与3D规则
更加准确的死角量化定义来自于ASME BPE（图2），该定义表明，L是指“流动侧主管网内壁到支路盲板（或用点阀门中心）的距离”，D是指“非流动侧支路管道的内径”。
图2 死角的准确量化定义
从消毒验证和清洗验证的角度能有效说明“3D”规则的合理性。死角的消毒验证表明，小于3D死角的支路（图中为L/D等于0，0，1.5）处很快能达到预定的消毒温度，支路垂直向下或向上的大于3D死角（图中为L/D等于4.0，5.6，9.4）在流速为0.4m/s和1.2m/s时，支路处始终无法达到预定的消毒温度，提高流速到2.0m/s，除垂直向下的4D支路能达到消毒温度外，其他支路处始终无法达到预定的消毒温度。上述实验说明：死角是影响支路清洗的关键因素，而流速是影响支路清洗的次关键因素（图3，图4）。
图3 支路垂直向下时，死角的消毒验证
图4 支路垂直向上时，死角的消毒验证
死角的清洗验证表明，L/D等于2.8的用点支路在系统流速加快到一定数值时，清洗验证符合要求，L/D等于6的用点支路在系统流速一直增加的情况下，清洗验证始终不符合要求，同时，2.8D支路较6D支路能更快的达到清洗要求，上述模型进一步表明，死角是影响支路清洗的关键因素，而流速是影响支路清洗的次关键因素（图5）。
图5 死角的清洗验证
虽然大多数GMP法规并未对死角标准做一个最大值的硬性规定，但基于上述研究结论，死角的“3D”规则还是得到了制药行业的普遍认同和推广，例如，中国GMP、欧盟GMP、WHO GMP和美国FDA cGMP的大多数企业均以“3D”规则（L<3D）作为安装确认的死角检查标准。因生物发酵等制药工艺的交叉污染风险更大，ASME BPE标准要求生物制药企业以更加严格的“2D”规则（L<2D）作为死角的安装确认检查标准。
《ASME BPE 2014》推荐两种制药用水用点阀门的安装方式：（1）U型弯与两通路阀门连接；（2）安装T型零死角阀门，上述方法均可满足3D死角要求（图6）
图6 用水点阀门的死角控制
虽然U型弯与两通路阀门的安装方式较T型零死角阀门的安装方式节省项目投资，但其微生物污染的风险会相应增加，因此，ISPE推荐：如果用一个有着较大口径的两通路隔膜阀替代T型零死角阀门，则需要考虑用增加最低速度的方式来弥补其微生物污染的风险。
自动氩弧焊接是最安全的不锈钢组件连接方式，采用U型弯与两通路隔膜阀自动焊接并不会影响隔膜阀膜片的更换和维修。通过对制药行业隔膜阀标准尺寸的比对发现：采用DN25规格的两通路隔膜阀与U型弯自动氩弧焊接组合时，可有效满足用水点的3D死角要求；采用DN25阀门与U型弯卡箍连接会造成用点死角超过3D；理论上讲，采用DN20或DN15阀门与U型弯手工焊接也能达到3D标准，但其手工焊接的焊口质量非常不稳定，内窥镜影像质量往往不是很理想，从工程实践角度并不可取。
NA 卡接与Kest卡接能实现罐体附件安装无死角（图7），很好地解决了连接处可能存在的微生物滋生风险。
图7 NA卡接与Kest卡接
死角的“3D”规则主要适用于液态的洁净流体工艺系统，包括纯化水系统、注射用水系统、配料系统和在线清洗系统。对于新建系统，尽量做到全系统满足“3D”规则对控制整个系统的微生物污染风险将非常有益，建议在安装确认时严格执行。对于气体系统，如纯蒸汽系统、洁净氮气和洁净压缩空气系统等，“3D”规则并非必需，GEP建议上述气体系统的死角应尽可能短。
“死角”是指当管路或容器使用时能导致产品污染的区域。与提高流速或提高管道抛光度等级相比，实现死角的“3D”规则对制药企业项目投资的影响相对较小，但其对流体工艺系统质量保证的作用却非常显著，企业可将死角控制作为制药用水系统已安装确认时一个重要的检查项目对待。同时，当系统死角控制的不够理想时（如超过3D），可采用适当增加管网流速或消毒频次加以弥补。
问题15：非药典水是否能用于制药车间工艺生产？
客观来说，制药工艺过程中用到的各种质量标准的水并不仅仅局限于药典质量标准，制药用水还可分为药典水与非药典水两大类。
药典水特指被国家或组织收录的制药用水，例如，中国药典收录了纯化水、注射用水和灭菌注射用水；欧盟药典收录了散装纯化水、包装纯化水、高纯水、注射用水和灭菌注射用水等；美国药典收录了纯化水、血液透析用水、注射用水、纯蒸汽、抑菌注射用水、灭菌吸入用水、灭菌注射用水、灭菌冲洗用水和灭菌纯化水等多种药典水。
非药典水特指未被药典收录，但可用于制药生产的制药用水，例如饮用水、软化水、蒸馏水和反渗透水等。非药典水至少要符合饮用水的要求，通常还需要进行其他的加工以符合工艺要求，非药典水中可能会包含一些用于控制微生物而添加的物质，因而不必符合所有的药典要求。有时，非药典水会用其所采用的最终操作单元或关键纯化工艺来命名，例如，反渗透水；在其他情况下，非药典水可以用水的特殊质量属性来命名，例如，低内毒素水。值得注意的是，非药典水不一定比药典水的质量更差，事实上，如果应用需要，非药典水的质量可能比药典水的质量更高。常见的非药典水包括：
①饮用水 指天然水经净化处理所得的水，其质量必须符合官方标准，它是可用于制药生产的最低标准的非药典水。例如，中华人民共和国《GB5749-2006生活饮用水卫生标准》规定，饮用水的微生物指标必须符合如下标准：总大肠菌群（MPN/100mL或CFU/100mL）不得检出；耐热大肠菌群（MPN/100mL或CFU/100mL）不得检出；大肠埃希氏菌（MPN/100mL或CFU/100mL）不得检出；菌落总数（CFU/ml）小于等于100。饮用水可作为药材净制时的漂洗、制药用具的粗洗用水，除另有规定外，饮用水也可作为药材的提取溶剂。
②软化水 指饮用水经过去硬度处理所得的水，将软化处理作为最终操作单元或最重要操作单元，以降低通常由钙和镁等离子污染物造成的硬度。
③反渗透水 指将反渗透作为最终操作单元或最重要操作单元的水。
④超滤水 指将超滤作为最终操作单元或最重要操作单元的水。
⑤去离子水 指将离子去除或离子交换过程作最终操作单元或最重要操作单元的水，当去离子过程是特定的电去离子法时，则称为电去离子水。
⑥蒸馏水 指将蒸馏作为最终单元操作或最重要单元操作的水。
⑦实验室用水 指经过特殊加工的饮用水，使其符合实验室用水要求。
通过合理的说明，非药典水也可应用到整个制药操作中，包括生产设备的清洗、实验室应用，以及作为原料药生产或合成的原料，但是，需要注意的是，药典制剂的配制必须使用药典水。无论是药典水还是非药典水，用户均应制定适宜的微生物限度标准，应根据产品的用途、产品本身的性质以及对用户潜在的危害来评估微生物在非无菌制剂中的重要性，并期望生产者根据所用制药用水的类型来制定适当的微生物数量的警戒限和行动限，这些限度的制定应基于工艺要求和讨论的系统的历史记录。
问题16：ASME BPE标准为什么规定2D死角标准？
ASME BPE为美国机械工程师协会-生物加工设备，因为涉及到生物工程技术的应用，微生物污染控制为首要因素。虽然大多数GMP法规并未对死角标准做一个最大值的硬性规定，但基于上述研究结论，死角的“3D”规则还是得到了制药行业的普遍认同和推广，例如，中国GMP、欧盟GMP、WHO GMP和美国FDA cGMP的大多数企业均以“3D”规则（L<3D）作为安装确认的死角检查标准。因生物发酵等制药工艺的交叉污染风险更大，ASME BPE标准要求生物制药企业以更加严格的“2D”规则（L<2D）作为死角的安装确认检查标准。
除了死角外，抛光度和坡度的相关规定也是ASME BPE与GMP之间的差别。GMP是最低标准，及格线；ASME BPE是生物制药工艺的参考标准。
问题17：相对于98版GMP，中国GMP2010版取消了对注射用水循环温度的明确描述，是好事还是坏事?
所有国家或地区的GMP法规都是强调“注射用水的生产、储存和分配方式应能防止微生物生长”，推荐采用70度以上保温循环模式，但并非强制。
中国2010版GMP取消了对注射用水循环温度的明确描述，也是顺应全球制药GMP的发展，允许全行业去大胆创新，只要能做到“有效预防微生物污染”与“有效预防颗粒物污染”的制药用水系统，均是符合GMP的制药工程系统。
中国企业可以节能企业自身发展情况，从初期投资、能耗、运行成本与验证风险等多角度出发，选择符合自身需求的制药用水设计思路，合理利用ISPE推荐的制药用水分配系统决策树。例如，在美国，大约有20%左右的生物制品企业采用常温或低温设计的注射用水系统进行药品生产。
问题18：在换热器领域，DTS代表什么？
为防止系统交叉污染，美国FDA《高纯水检查指南》建议换热器可采用如下两种方法：
第一，采用双板管式设计（DTS，double-tube sheet）；
第二，连续监测两侧压差，并保证洁净端压力始终高于非洁净端。
采用双板管式设计为目前制药用水系统用换热器的主流方式，如多效蒸馏水机的预热器与主蒸发柱、储存与分配系统用换热器及用点降温用换热器等，图1是一个典型的双板管式换热器设计原理图，在两块板片之间会有方便观察的泄漏检测口，在管与管板连接的位置发生泄漏的情况下，泄漏直接通向大气而非进入工艺流中。
然而，需要注意这一设计特性不会解决因管路故障产生的相关问题。如果能够确保较高纯度的流体始终具有相对更高的压力，例如多效蒸馏水机的二效与末效之间，也可以使用单管板换热器，在这些蒸发器中，多效蒸馏水机的设计决定纯蒸汽是否将处于较高压力状态。
图1 双板管式设计原理
管壳式换热器采用液压胀接与自动焊接技术相结合，最大限度地保证工艺流程的安全性，部分供应商也能实现双胀接技术。管壳式换热器在封头两端各有一个符合FDA标准的O型圈, 易于维修更换备件。
密封圈材质通常为EPDM, Silicon、 Vition与Teflon，温度均能达到250℃。管程换热内管采用8x1、10x1、12x1等不同规格的无缝钢管，壳程也采用不锈钢钢管作为套管，冷热流体分别在内管和套管环隙中流过的同时进行传热，冷热流体各走各的通道，不相混合，彻底避免交叉污染（图2）。
图2 双板管式换热器结构图
问题19：检测电导的三步法原则到底有何含义？
美国药典纯化水和注射用水、欧盟药典注射用水和中国药典注射用水需采用“三步法”进行电导率的测试，可使用在线或离线电导率仪完成。
第一步：在温度与电导率限度表中找到不大于测定温度的最接近温度值，表中对应的电导率值即为限度值，如测定的电导率值不大于表中对应的限度值，则判为符合规定；如测定的电导率值大于表中对应的限度值，则继续进行下一步测定。
第二步：取足够量的水样（不少于100ml）至适当容器中，搅拌，调节温度至25℃，剧烈搅拌，每隔5分钟测定电导率，当电导率值的变化小于0.1μS/cm时，记录电导率值，如测定的电导率不大于2.1μS/cm，则判为符合规定；如测定的电导率大于2.1μS/cm，继续进行下一步测定。（让CO2充分溶解的极端电导率，不会超过2.1μS/cm）
第三步：应在上一步测定后5 分钟内进行，调节温度至25℃，在同一水样中加入饱和氯化钾溶液（每100ml 水样中加入0.3ml），测定pH 值，精确至0.1pH单位，在pH与电导率限度表（表1.6）中找到对应的电导率限度，并与第二步中测得的电导率值比较，如第二步中测得的电导率值不大于该限度值，则判为符合规定；如第二步中测得的电导率值超出该限度值或pH 值不在5.0～1.0范围内，则判为不符合规定。（这一个步骤也解释了为什么USP不需要检测pH）
表1.6 pH与电导率限度表
需要引起注意的是，欧盟药典在2018年4月1日开始，纯化水也采用类似美国药典的方法，即欧洲药典纯化水电导率指标限度为1.3μs/cm@25℃。
三步法主要是为了防止企业在线检测电导率合理，而离线第一步检测电导不合格带来的争议。
对于高温循环的制药用水而言（例如高温注射用水），离线取样过程中，二氧化碳融入对电导率变化的影响非常少，因此，基本上高温注射用水不会出现此类争议；但对于常温或低温循环的制药用水而言（例如常温纯化水，常温高纯水，常温注射用水，4℃注射用水等），离线取样过程中，二氧化碳融入对电导率变化的影响非常大，极有可能第一步测得的结果不符合要求，因此需要用第二步甚至第三步进行作证，只有有一个步骤合格，就能证明制药用水的电导率合格，这与中国药典纯化水“一步法”判定标准完全不同。
问题20：热原与内毒素是同一个东西吗？
注射用水是生产注射剂最为关键、最基础的一种原料，热原控制尤为关键。热原是指能引起恒温动物体温异常升高的致热物质，通俗来讲，热原主要来源于细菌死亡后的包涵体释放物。
无菌注射制剂的最终给药方式一般为静脉注射，当注射的药液中含有热原时，很可能会发生热原反应。热原反应的主要表现为输液过程中或输液后，患者出现发冷、寒战、面色苍白、四肢冰冷，继之出现高热，体温可达40℃小时以上，严重时可伴有恶心呕吐、头痛、四肢关节痛、皮肤灰白色、血压下降、昏迷休克甚至危及生命。一般注入人体的注射液中细菌内毒素含量达1μg/kg 就可致热原反应。
热原包括细菌性热原、内源性高分子热原、内源性低分子热原及化学热原等。本书所指的“热原”，主要是指细菌性热原，它是某些细菌的代谢产物、细菌尸体及内毒素。致热能力最强的是革兰氏阴性杆菌的产物，其次是革兰阳性杆菌类，革兰阳性球菌则较弱，霉菌、酵母菌、甚至病毒也能产生热原。
细菌内毒素可以和活的微生物连接，也可以是死的微生物裂片，或者是游离的分子。游离内毒素可以从细胞表面或从制药用水系统生成的生物膜释放出来，或者从原料进入制药配液系统。
细菌内毒素是革兰氏阴性菌细胞壁上的一种脂多糖和微量蛋白（Protein）的复合物（图1），它的特殊性不是细菌或细菌的代谢产物，而是细菌死亡或解体后才释放出来的一种具有内毒素生物活性的物质。细菌内毒素的量可用内毒素单位（EU）表示，1EU与1 IU（内毒素国际单位）相当。
图1 细菌内毒素
内毒素属于热原的一种，但热原不全是内毒素。欧洲药典委员会曾提出：“严格地讲，不是每一种热原都具有脂多糖的结构，但所有已知的细菌内毒素脂多糖都有热原活性”。由此可见，热原与细菌内毒素两者之间既有许多相同之处，但还是有区别的。
问题21：哪些方式能有效去除内毒素？
热原/内毒素的处理方法主要包括灭活法与分离法两大类。灭活法主要包括干热灭菌法、酸处理、碱处理、氧化剂处理和烷化剂处理等，例如采用干热灭菌柜（图1.5）在250℃ 30min以上可以焚化细菌内毒素，或CIP工作站采用2%碱液循环清洗去除制药配液系统中的细菌内毒素等；
分离法主要包含吸附法、膜分离法和蒸馏法等，例如，制备纯化水时控制细菌内毒素的方法主要包括活性炭吸附、超滤、反渗透与蒸馏等工艺，而在注射用水的制备过程中，吸附法、膜分离法和蒸馏法现已被成熟应用于去除原水中的细菌内毒素。
（1）吸附法 吸附法可以有效地去除热原，常用的吸附材料有活性炭、阴离子交换树脂、硫酸钡、石棉等。美国药典收载了活性炭、大分子阴离子交换树脂去除热原的方法，在纯化水制备工艺中，活性炭吸附是去除热原最常采用的方法，它通常要与薄膜过滤器联合使用，以防止活性炭进入下道工序；若原水中细菌内毒素污染程度较低时，使用大分子阴离子交换树脂去除热原的方法比较适用。
（2）膜分离法 超滤、微孔膜过滤和反渗透均属于膜分离技术，它们之间各有分工，但并不存在明显的界限，超滤膜孔径大的一端与微孔滤膜相重叠，孔径小的一端与反渗透相重叠。美国药典与日本药典将反渗透与超滤结合的方法作为注射用水的法定生产方法，同时，欧盟药典已通过决议允许膜过滤法应用于注射用水的制备，并将于2017年4月开始正式实施，意味着膜分离技术在去除热原方面的成熟。反渗透、超滤、微孔膜过滤有其相似之处，它们都是在压差的驱动下，利用膜的特定性能将水中离子、分子、胶体、热原、微生物等微粒分离，但它们分离的机理及对象有所不同。
反渗透膜的孔径最小，按其阻滞污染物（包括热原）的分子量大小计，一般在100～200之间。由于热原的分子量在50000以上，其直径大小一般在1～50μm之间，因此能被有效去除。反渗透膜只允许1nm以下的无机离子为其主要分离对象，故有良好的除盐作用，而超滤、微孔膜过滤并无除盐性能。
微孔膜过滤有某种去除热原的功效，它利用筛分、静电吸附和架桥原理拦截直径比较大的那一部分热原物质，应当指出，这种去除是很不完全的，直径比较小的热原物质会通过0.22μm的微孔滤膜，微小的热原可以透过0.025μm的滤膜，最小的热原体甚至可以穿透所有的微孔滤膜。由于热原分子量越大，致热作用就越强，因此利用微孔滤膜进行除菌过滤时，客观上可能会起到某些截留热原的积极作用，但它不能作为去除热原的可靠方法而单独使用，因此，企业需要在生产过程中控制细菌内毒素指标符合药典的限定要求。
从非匀质超滤膜电子扫描图可以看到，超滤的过滤介质具有类似筛网的结构，而过滤仅发生在滤膜的表面。与反渗透不同，超滤主要靠机械法分离内毒素，超滤过程同时发生三种情况：分离物被吸附滞留、被阻塞或被截留在膜的表面并实现筛分。超滤膜的孔径大致在0.005～1μm之间，细菌的大小在0.2～800μm之间，因此用超滤膜可去除细菌。
然而，对人体致热原效应的热原分子量为80万～100万，自然存在的热原群体是一个混合体，小的一端仅为1～3μm，因此，用以截留热原的超滤膜的分子量级需达到1万～8万方能有效去除热原。超滤与微孔过滤的方式不同，微孔膜过滤为静态过滤，将溶液搅拌，以消除浓差极化层，超滤则为动态过滤，滤膜表面不断受到流动溶液的冲刷，故不易形成浓差极化层。
（3）蒸馏法 由于细菌内毒素不具有挥发性，蒸馏法一直是制备注射用水最有效、最安全与最普及的方法，蒸馏是采用气液相变法和物理分离法的原理对原料水进行化学和微生物纯化的工艺过程，通过蒸馏法至少能减少原料水中2-3个log级别的内毒素含量，设计优秀的蒸馏水机可以达到3-4个log级别的内毒素去除能力。
问题22：家兔与鲎试剂在检测热原（内毒素）方面有何应用上的不同？
热原与细菌内毒素均有相应的检测方法。热原检查法是将一定剂量的供试品通过静脉注入家兔体内，在规定时间内观察家兔体温升高的情况，以判定供试品中所含热原的限度是否符合规定的一种方法。细菌内毒素检查法是指利用鲎试剂来检测或量化由革兰阴性菌产生的细菌内毒素，以判断供试品中细菌内毒素的限量是否符合规定的一种方法。
问题23：制药用水系统的核心理念是什么？
问题24：微生物具有哪些特征，为什么在无菌生产环节需要进行控制？
无菌检查法是用于检查药典要求无菌的药品、医疗器具、原料、辅料及其它品种是否无菌的一种方法。若供试品符合无菌检查法的规定，仅表明了供试品在该检验条件下未发现微生物污染。在制药用水系统中，药典规定的部分产品水必须满足无菌检查要求，例如：灭菌纯化水、灭菌注射用水等；纯化水、高纯水与注射用水等原料水本身并不需要满足无菌检查的相关要求，例如纯化水的微生物限度为100CFU/ml，注射用水的微生物限度为10CFU/100ml，由于GMP对原料水有严格的微生物控制要求，制药用水系统必须进行定期的消毒或灭菌措施，尤其是直接接触产品的注射用水，如何预防微生物污染已成为制药用水系统中最为关键的课题。
微生物是一类肉眼不能直接看见、必须借助光学显微镜或电子显微镜放大几百倍、几千倍甚至几万倍才能观察到的微小生物的总称。所有的原水均含有微生物，即细菌、真菌、藻类和病毒。细菌的一般尺寸为1~3µm，微生物可以看成是胶体物质，可以按防止胶体污染的预处理方法进行除去，但它与无生命的颗粒不同之处在于他们有繁殖能力，在适宜的生存条件下形成生物膜。
微生物具有形体微小、结构简单；繁殖迅速、容易变异；种类繁多、分布广泛等特点，理论上来讲，系统中只有一个细菌存活且以20min细菌分裂繁殖一次为计算依据，在24小时的时间内就会会引发严重的微生物污染问题（表1）。
表1 细菌繁殖的理论值
当然，由于繁殖环境、营养物质及微生物自身的生理特性等因素的影响，微生物不可能始终以几何对数进行繁殖，但以R.pickettii细菌为例，24h之内细菌数量还是会有成倍地增长（图1）。由于微生物的繁殖会随着时间推移而快速增长，制药用水中发生微生物污染的风险也会随之增加。
需要注意的是，饮用水与纯化水微生物限度一模一样（100CFU/ml），一杯被烧开后的凉水，放个2-3天再喝问题不大，如果超过一周再喝会拉肚子，就是这个道理。
（b）24小时
图1 微生物的快速繁殖
问题25：注射用水“灭菌”的目的是无菌控制还是微生物荷载控制？
注射用水为一种重要的原料，它不是无菌的，微生物限度为10CFU/100ml，因此，注射用水系统定期“灭菌”的主要目的是控制系统的微生物负荷，而不是将系统进行严格的“无菌”处理。
问题26：纯化法制备注射用水的核心单元操作是什么？
核心单元操作包括：蒸馏与超滤等
注射用水是无菌生产工艺中最为重要、应用最为广泛的一种原料，同时，在设备或系统的清洗过程中，注射用水被大量使用，美国FDA cGMP规定无菌药品生产过程中的清洗终淋水必须为符合药典标准的注射用水。
每个国家或地区对注射用水的水质指标要求各不相同，表1主要介绍了各国药典注射用水的主要水质参数，包括美国药典（USP）、欧洲药典（EP）、中国药典（CP）、印度药典（IP）和日本药典（JP）。
为保证注射用水质量标准符合药典要求，需要选择合适的工艺加以控制。例如，水系统主管网过滤器很可能因管理不当成为微生物繁殖的温床，故不推荐纯化水储罐出口安装主管网过滤器。制药行业因其产品的特殊性，在注射用水制备设备的设计方面需要对原水指标、水中无机物、有机物、微生物和内毒素等指标采取足够的措施，并进行合理有效的风险预防和纠偏处理。
表1 注射用水的药典标准
注射用水制备工艺流程的选择需要考虑到以下一些因素：
原水水质；产水水质；设备工艺运行的可靠性；
系统微生物污染预防措施和消毒措施；
设备运行及操作人员的专业素质；
适应不同原水水质变化的适应能力和可靠性；
设备日常维护的方便性；
设备的产水回收率及废液排放的处理；
日常的运行维护成本；
系统的监控能力。
注射用水制备系统的主要功能是将原水通过各种“净化”工艺转化为符合药典的注射用水。由于注射用水储存与分配单元无任何净化功能，因此注射用水制备系统的产水水质均需高于药典质量要求。如USP规定注射用水的内毒素极限值为0.25EU/ml，企业一般会以不高于0.1EU/ml最为注射用水制备系统的出水水质要求。
注射用水可通过蒸馏法、纯化法（反渗透法与终端超滤法相结合）等获得，各国对注射用水的生产方法作了十分明确的规定：
①美国药典规定“注射用水经蒸馏法，或比蒸馏法在移除化学物质和微生物水平方面相当或更优的纯化工艺制得”；
②中国药典规定“注射用水为纯化水经蒸馏所得的水”；
③欧洲药典规定“注射用水通过符合官方标准的饮用水制备，或者通过纯化水蒸馏制备，蒸馏设备接触水的材质是中性玻璃、石英或合适的金属，装有有效预防液滴夹带的设备”；
注射剂若含有超过药典规定的细菌内毒素含量将极有可能产生热原反应，蒸馏水机的最主要功能是去除水中的细菌内毒素，同时，也极大地控制了水中的微生物含量。由于细菌内毒素不具有挥发性，因此深度去除细菌内毒素最有效的方法是蒸馏法。蒸馏法是采用气液相变法和分离法的原理对原料水进行化学和微生物纯化的工艺过程，通过蒸馏法至少能减少原料水中的99.99%内毒素含量。
采用饮用水或纯化水为原水经蒸馏法制备注射用水是世界公认的首选方法，中国和欧盟药典要求蒸馏水机的原水必须为纯化水，美国药典要求蒸馏水机的原水至少为饮用水。蒸馏水机是基于相变、在某些情况下高温运行的可靠设备，纯蒸汽则可采用同一台蒸馏水机或单独的纯蒸汽发生器获得。蒸馏水机形式多样，但基本结构均相似，一般由蒸发装置、分离装置、冷凝装置等组成。
长期以来，注射用水的生产一直被局限于蒸馏法。随着制药行业的发展与质量管理体系的建立，目前，在美国、日本及其它一些国家或地区，只要能够通过验证被证明如同蒸馏法一样有效且可靠，某些纯化技术（如终端超滤和反渗透技术）可以用于注射用水的生产。不过，由于反渗透法和超滤法制备的注射用水的工艺属于常温膜过滤法，其微生物繁殖的抑制作用不如蒸馏法制备的高温注射用水，企业必须做大量的维护工作并重点关注其微生物污染的风险。
2016年3月15-16日，在法国斯特拉斯堡举行的第一百五十四次会议期间，欧洲药典委员会采用了对于注射用水的专项的一个修订（0169），该修订允许采用相当于蒸馏的纯化工艺，如反渗透法、再加上适当的技术等生产注射用水。修订版专项还指出，采用非蒸馏技术生产注射用水要求在实施前通知该制造商的监管部门。
该专项的修订是与利益相关者进行广泛协商的结果，它是基于欧洲药品质量管理局在2010年3月进行的对使用非蒸馏技术生产注射用水数据收集的调研结果以及在2011年3月组织的一个针对“注射用水-膜系统的潜在生产用途”的欧洲药品质量管理局专家组的调研结果。允许采用蒸馏或采用经证明与蒸馏法相当或高于蒸馏的纯化工艺、以及分别在蒸馏或反渗透后进行超滤生产注射用水的技术变革，拉近了欧洲药典与美国药典、日本药典之间的距离。
任何用于生产注射用水的非蒸馏技术应该在质量上等同于通过蒸馏法生产注射用水，此处质量上的等同不仅仅是指符合同一个质量标准，而是要考虑到该生产方法的稳定性。为此，正在修订中的欧盟GMP指南附录1“无菌药品生产”将涵盖关于注射用水生产方法的新指南。为了保证当修订后的注射用水专项在生效时有必要的指南可用，欧洲药品管理局的GMP/GMDP检查员工作组的Q&A文件也即将完成。修订版的注射用水专项（0169）将于欧洲药典的补充内容9.1中出版，并在2017年4月生效。
问题27：注射用水系统灭菌后需要制作灭菌验证吗？
注射用水是一种原料，注射用水系统“灭菌”的主要目的是进行微生物负荷的控制，因此，适当的水质监测（尤其是微生物负荷下降水平）是需要处理的，但无需按照中国药典严格规定的湿热灭菌法进行灭菌验证。
问题28：注射用水罐体的呼吸器该如何管理？
注射用水罐体呼吸器为所有GMP均明确提及的基本要求之一，其主要目的是有效阻断外界颗粒物和微生物对罐体水质的影响，滤芯孔径为0.22μm，材质为聚四氟乙烯PTFE。当系统处于高温状态时（如纯蒸汽或过热水灭菌的注射用水储罐），冷凝水容易聚集在滤膜上并导致呼吸器堵塞，采用带电加热夹套或蒸汽伴热并设自排口的呼吸器，它能有效防止“瘪罐”发生，并能有效降低呼吸器的染菌几率。
呼吸器的设计主要取决于储罐的运行参数和定期维护的灵活性，结合风险分析考虑，注射用水罐体呼吸器推荐采用在线灭菌的方式来防止微生物的滋生。当呼吸器采用在线灭菌时，可采用反向灭菌方式，灭菌时与罐体灭菌同步进行，这样能有效避免“膜内外实际压差不能高于膜本身的最大耐受压差”的风险。
用于注射用水系统储罐上的呼吸器虽然采用的无菌级过滤器材质，滤芯安装后要进行完整性测试，但无需像无菌过滤器那样进行验证。测试和目视检查是必须的，还包括系统运行结束时的完整性测试，完整性测试的目的是验证呼吸器从系统中移除时没有出现堵塞或泄漏现象，证明所采取的预防性维护计划是正确的，常用的过滤器完整性检测方法为水侵入法。应该对使用后的滤芯进行的测试中可能出现的失败情况，建立足够多的规程。
问题29：纯化水罐体的呼吸器该如何管理？
呼吸器的设计主要取决于储罐的运行参数和定期维护的灵活性，结合风险分析考虑，纯化水呼吸器可采用离线灭菌或定期更换滤芯的方式来防止微生物的滋生，更换滤芯或灭菌后，需进行完整性检测，确保滤芯完好无损。
当系统处于高温状态时（如巴氏消毒的纯化水储罐），冷凝水容易聚集在滤膜上并导致呼吸器堵塞，采用带电加热夹套或蒸汽伴热并设自排口的呼吸器，它能有效防止“瘪罐”发生，并能有效降低呼吸器的染菌几率。而对于臭氧消毒的纯化水系统，因没有任何呼吸器堵塞的风险，且呼吸器长时间处于臭氧保护下，故无需安装电加热夹套。
用于纯化水系统储罐上的呼吸器虽然采用的无菌级过滤器材质，滤芯安装后要进行完整性测试，但无需像无菌过滤器那样进行验证。测试和目视检查是必须的，还包括系统运行结束时的完整性测试，完整性测试的目的是验证呼吸器从系统中移除时没有出现堵塞或泄漏现象，证明所采取的预防性维护计划是正确的，常用的过滤器完整性检测方法为水侵入法。应该对使用后的滤芯进行的测试中可能出现的失败情况，建立足够多的规程。
问题30：为什么说过热水灭菌反而更适合注射用水分配系统的微生物荷载控制？
制药用水在药品生产和生物技术领域应用广泛，纯化水与注射用水的质量直接影响着药品的生产质量。中国、欧盟和美国药典对制药用水的微生物限度有着严格的要求，其中纯化水的微生物限度为不超过100CFU/ml；高纯水和注射用水的微生物限度为不超过10CFU/100ml。2010版药品生产质量管理规范（GMP）要求：纯化水、注射用水的制备、储存和分配应能防止微生物的滋生。
制药用水储存与分配系统会不断滋生微生物，掌握纯化水和注射用水系统的细菌生长规律将有助于企业合理确认制药用水系统的消毒或灭菌周期。制药用水系统中微生物负荷发展的趋势可由“细菌生长曲线”（图1）间接反映，它是将少量的单细胞微生物纯种接种到一定容积的液体培养基后，在适宜的条件下培养，定时取样测定细胞数量绘制而成的一条曲线，该曲线以细胞增长数目的对数为纵坐标，以培养时间为横坐标。
图1 细菌生长曲线
高温对微生物有明显的致死作用，不同类型的微生物对高温的抵抗力不同，当环境温度超过微生物生长的最高温度范围时，微生物很容易死亡；超过的温度越多，或在高温条件下灭菌时间越长，微生物死亡的越快。
为保证纯化水和注射用水的质量始终符合药典的微生物限度要求，制药用水储存与分配系统需实现定期消毒或灭菌，以便有效降低整个系统的微生物荷载。世界卫生组织药品标准专家委员会在2012年技术报告《附录二 制药用水系统》中规定：为抑制微生物的增长，过热水与纯蒸汽可用于系统的周期性的消毒或灭菌。(The growth of microorganisms can be inhibited by sterilizing or sanitizing the system periodically using superheated hot water or clean steam.)
过热水灭菌是一种典型的热力灭菌法，其原理是利用高温高压的过热水进行灭菌处理，可杀灭一切微生物，包括细菌繁殖体、真菌、原虫、藻类、病毒和抵抗力更强的细菌芽孢。与纯蒸汽灭菌一样，过热水灭菌可引起细胞膜的结构变化、酶钝化以及蛋白质凝固，从而使细胞发生死亡。图2为注射用水储存与分配系统采用过热水灭菌时典型的工艺示意图。
图2过热水灭菌工艺示意图
制药用水分配系统推荐采用专业的三维设计软件进行框架模块化设计并指导组装。模块化设计有可利于实现工厂性能测试（FAT）、节省占地面积、美观大方且便于操作，完全符合美国ASME BPE的设计理念。制药用水过热水灭菌的分配框架系统主要由如下元器件组成：带变频控制的输送泵、换热器及其加热/冷却调节装置、取样阀、隔膜阀、管道管件、温度传感器、压力传感器、电导率传感器、TOC在线监测仪器、备压阀及其配套的集成控制系统（含控制柜、I/O模块、触摸屏、有纸记录仪等），图3是一个典型的过热水灭菌分配框架系统。
图3 模块化设计的过热水灭菌系统
注射用水储存与分配系统的过热水灭菌程序主要分为四个阶段（图4）：
（a）注水阶段：在罐体内注入一定体积的注射用水，一般以30%~40%罐体液位为宜；
（b）加热阶段：启动循环系统，利用双板管式换热器将储存与分配系统中的注射用水从80度加热到121度；
（c）灭菌阶段： 121度温度下维持30min，并确保罐体温度、回水管网温度和呼吸器灭菌温度均需达到121度才能开始计时；
（d）冷却阶段：开启冷却水控制程序，循环注射用水按预定速度降温至设定温度。
图4 过热水灭菌时温度/压力与时间的变化曲线
与纯蒸汽灭菌相比，过热水灭菌有如下优点：
（1）采用工业蒸汽为热源，无需另外制备纯蒸汽；
（2）灭菌过程中，无需考虑最低点冷凝水的排放问题，高压过热水循环流经整个系统，不会发生冷凝水排放不及时引起的灭菌死角；
（3）采用注射用水系统已有的维持80度高温循环用双板管式换热器进行系统升温，节省项目投资且操作非常方便；
（4）当系统用点较多或冷用点采用全自动sub-loop设计时，过热水消毒优势更加明显；
（5）过热水灭菌时，注射用水罐体内气相为高压饱和纯蒸汽，可有效实现注射用水储罐呼吸器的在线灭菌。
“气蚀现象”是过热水灭菌时经常发生的一种工程现象，其主要特征为泵腔内叶轮发生空转并发出巨大的“嗡嗡”声。
“气蚀现象”的危害非常大，在气泡凝结破裂的同时，液体质点以很高的速度填充空穴，在此瞬间产生很强烈的水击作用，并以很高的冲击频率打击金属表面，冲击应力可达几百至几千个大气压，冲击频率可达每秒几万次，经过一段时期之后，金属就会产生疲劳，金属表面开始呈蜂窝状，随之应力更加集中，叶片出现裂缝和剥落。诱导轮（图5）可有效预防注射用水储存与分配系统发生“气蚀现象”，它是一种安装于泵轴前端类似螺旋桨的装置。
图5 诱导轮
当前，现代工业大发展提出越来越苛刻的节能、环保、安全等要求，体现当代科学技术水平的制药用水产品进入一个全面发展的历史新时期。过热水灭菌法已成为制药行业非常成熟的热力灭菌法，随着我国新版GMP和新版药典的正式颁布，我国制药行业对制药用水系统设计、安装和水质质量等方面的要求更加严格，过热水灭菌法将在国内制药用水系统中得到更加广泛地推广和应用。
需要注意的是，在制药用水系统灭菌环节中，过热水灭菌虽然比纯蒸汽灭菌更加方便、经济，但如果企业有更高的节能与安全措施需求是，连续循环的臭氧灭菌系统设计不失为另外一个更好的选择。
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