近年出现了一些测试注射用水系统关键参数的仪器，可以完成连续在线的测量。本文介绍了如何使用在线颗粒计数仪对已经建立的注射用水和纯水系统进行早期的污染检测。

在生命科学应用领域，创建一个有效的水系统来提供纯水或注射用水，对于设计、监测和维护来说是一种非常仔细的调节。按照惯例，在注射用水系统中，有些参数是必须监测的，例如：肉毒素的浓度、电导率、TOC和微生物的值。对于一些关键的参数，过去的常见做法是按照预先计划好的频率采样，然后在实验室进行分析。近年出现了一些测试这些参数的仪器，可以完成连续在线的测量，例如TOC。对于注射用水系统中的颗粒物浓度的测定和监测并不是法定要求，而是为了加强控制强度，从而可以尽早发现水系统的完整性是否存在潜在的破坏。

位于德国柏林Schering水厂中S166建筑的水系统负责为一个口服制剂生产区域提供纯水，并为一个生产临床试验供给物的区域提供纯水和注射用水。2000年，注射用水系统中安装了一台在线颗粒计数仪。该仪器连接到监测软件上，为水系统提供来自3个不同建筑物的信息（图1）。该软件包括各种参数的详细信息，例如各种管道系统的温度和压力。以注射用水的初始分析监测系统为基础，2005年又对S166建筑的纯水系统安装了第2套颗粒计数系统。

图1  该仪器连接到监测软件上，可为水系统提供来自3个不同建筑物的信息。

在大多数的注射用水系统中，水是在连续的管路中循环的，温度大约为80℃，可以阻止细菌的滋生。无论是pH传感器，还是颗粒计数仪，都是为了在这个温度范围内操作而设计的，这样热交换系统就会被置于计数仪的上游，将水样的温度降低到35℃。冷却水在流过颗粒计数仪时，流量控制在60ml/min，随后流过pH计，最后被传输到排水管中。将取样水传输到排水管中可以避免将化学污染物引入注射用水系统，例如在pH传感器中所使用的试剂。

目前，监测软件中的警报指示仅针对电导率和TOC提供，而对于pH和颗粒物的合适限值还没有建立，还需要进一步的监测。电导率、TOC和温度都是在加热的周期中直接测量的。独立的温度变频器用来监测主循环中的温度以及在热交换单元之后的样品管路。颗粒物传感器的下游是一个流量控制器，随后是pH传感器。pH传感器的输出直接转到排水管。

颗粒物的检测

传感器对颗粒物的检测范围为2~400μm。颗粒计数仪在4个尺寸不同的通道中每分钟更新一次颗粒计数数据：≥5μm、≥10μm、≥25μm和≥50μm。监测系统屏幕上所显示的数据是在4个不同范围的通道中，按照“个数/60ml”显示的。在稳定的操作状态下，在5μm时，每60ml中通常不到100个颗粒，在较大的两种粒径范围中（≥25μm和≥50μm），几乎看不到颗粒物。

在这个系统中所观察到的颗粒计数值都低于大体积注射剂USP限值的1％（在≥10μm时，为25个/ml、在≥25μm时，为3个/ml）。峰值数据所传递的信息是关于系统性能的信息，这些信息在使用以前的采样方法时是从来没有记录的，因为采样法的频率是每周一次。如今，在线系统一致、连续的数据允许搜集相关数据进行趋势分析，甚至在将来可以使用SPC方法。

由于系统仍然被视为研究阶段，因此颗粒计数数值、警报和措施等级都没有设定。颗粒计数数值的改变由质量组监测，然后进行评估、报告，最后与来自临床供给和工程部门的产品组进行讨论。

注射用水系统的颗粒物监测

在线颗粒物监测系统与Schering水厂以前所使用的手动采样获取数据的方法有很大区别。通常，这些区别都是由于采样处置引起的误警报。在一种情况下，拉曼光谱可以成功地用于确定采样过程中，颗粒物大于5μm的高读数来自采样过程中所使用的螺丝帽的聚乙烯部件所产生的颗粒。

在线系统可以避免由于手动采样收集技术和材料所引起的错误警报。需要注意的是，采样点的阀是另外一个产生颗粒物和错误警报的来源；采到的样品应该在足够长的时间之后引入，这段时间是用来等待将随阀门开启所带入的颗粒物冲洗出采样端口的。

对于安装在线系统的进一步的推动力是减少从水系统中获取水样的人力。之前的手动采样频率为每周一次，采样结果也会由于实验室分析所需要的时间而有所延迟。现在，在线监测系统可以提供每分钟的实时数据，据估计，每年至少可以节约1个月的劳动力。
在Schering的水系统中，高纯度的膜阀用来控制流量。这些阀的膜曝露在循环的注射用水中。膜上颗粒物的脱落会导致检测到的颗粒物浓度基线的升高。阀系统的显著改善是由于检测到注射用水系统中的脏颗粒而触发的，并且初始的EDPM膜在热的注射用水和清洁流系统中，恶化速度比预计的要快。将接触表面的材料转换为EDPM材质，并对这些膜进行定期更换，例如，每年或每两年更换一次（取决于使用和应用情况），从而消除颗粒物的来源。

在另外一种情况下，伴随检测到的颗粒个数的增加，从系统中恢复的颗粒是来自管道系统自身所产生的金属颗粒，这是通过原子吸收光谱法测得的。近期对管道的建设和修理被认为可能是出现这个问题的原因。在数据已经引起了维护小组和承包人的注意以后，会产生响应步骤来减少维护期间产生的颗粒物个数，在与系统重新连接前，可以有效地清洗被修理的部分。
颗粒检测常使用的产品是Hach Ultra公司的HIAC HRLD探头，用以检测注射用水系统中的微粒。这种检测能够达到很好的效果，并且满足国内和欧美国家的要求。

图2  在制药行业的水和注射用水系统中，经常将Hach Ultra品牌Anatel A643a型或者TOC600用于TOC检测。

注射用水监测系统的发展

对于在线监测参数的日常查看已经可以由一个联合组织来执行了，这个组织由技术部的员工、临床供给的生产员工以及工程人员组成，在这个过程中，观察到的任何发现都会被汇报和讨论。警报和操作等级将会根据对正在进行的基线数值的观察以及所发生的独一无二的事件进行确定。每年一次的储水池维护期间的沉积物分析将会对系统及其操作作进一步的完善。

FDA的支持

越来越多的在线传感技术以及制药行业在自动化方面的活动已在世界范围内得到了主要法规部门的支持。PAT在线分析技术引人关注的原因主要是由于它可能会改善对整个过程的控制，提高产品的质量并缩短中间质量控制的分析时间。对于关键设施进行的连续监测可以支持生产，例如注射用水，可以帮助确保产品的质量以及迅速发布产品，因为有更完整的数据支持产品的发布决策。颗粒计数仪可以帮助工厂的员工维持和确保获得用作清洗剂以及产品用水的合格水质。

对于如何将现有过程转变为PAT过程，美国FDA食品药品监督管理局已经提供了一些鼓励和支持。最初，数据收集可以被视为“调研数据”，直到用户确定额外的方法已经足够。这也允许将PAT过程应用于其它一些分析和控制过程中。

小结

实时采样有助于避免手动采样中常见的错误，例如玻璃器皿的洁净程度不够，采样点的阀开启时所产生的污染以及样品罐的盖子上所产生的污染。

如果发生了产品污染事件，来自于注射用水系统的详细的监测情况能够帮助调查人员迅速确定注射用水是否为污染的因素。通常，污染事件的根本原因可能成为注射用水系统质量之外的因素，但是由于有了连续监测的数据，调查人员在排除注射用水系统的污染可能性时，就有了坚实的科学基础。而且，由于能够减少采样和分析样品所需的劳动力，还会产生一定的经济效益。

颗粒计数仪可以放置在一些重要系统（例如纯水和注射用水系统）的关键位置，来帮助改良维护周期，同时可作为“监督”仪器来监测系统的连续稳定性，以稳定、经过验证的消光传感器为基础，对水系统中的扰动作出高灵敏度和实时的反应。这项技术对于现存的监测系统将会是一个很好的帮助。