过滤器滤芯的完整性检测方法

目的：检验滤芯制造过程中膜孔径的变化情况。检验滤芯使用过程中温度、料液作用、膜孔径的变化情况。滤芯完整性检验最直观也是最权威的是做细菌挑战性试验。但是此方法属于破坏性试验，做了后，滤芯不能继续使用。一般由滤芯或滤膜制造厂家去做，当然，用户认为有必要也可以做。在实际的操作中，绝大多数情况是采用等效的物理方法来替代破坏性试验。世界著名滤芯制造厂商和权威流体协会，一致认为用气泡点法、保压法、扩散流法来检测滤芯的完整性是可行的。

4-1、气泡点法

其原理是以毛细管压力物理现象为基础的一种试验，这个理论假设滤膜由许多互相平行且孔径相等的毛细孔组成，这些毛细孔孔垂直于滤膜表面，当滤膜被某种液体湿润时，产生了毛细管现象。当在毛细孔上面施加的气体压力逐步增加至临界压力时，毛细孔内的液体刚被压出，于是毛细孔内液面二侧的力相平衡。与这一压力相对抗的液体表面张力相等，就能合理地表征孔管的尺寸。

   公式：P=4rcosθ/D

   P---测出的压力（Pa）              D---孔径（µm） 

   r---试验液体表面张力（N/m）      θ---液体与毛细孔壁的夹角

应当说明的是，上面这一公式是以若干假设为依据的，并不能用于准确地计算滤膜的孔径，试将滤膜的孔径0.2 µm及蒸馏水的表面张力7.2×10^－4 N/cm，代入P=4r/D，理论上计算出膜的气泡点压力为1.44 MPa。以我公司进口的聚醚砜膜为例，膜的气泡点值约为0.48 MPa(69 psi)左右，而制成折叠式滤芯后的气泡点值为0.34 MPa(49 psi)左右，实践证明0.2 µm 孔径的聚醚砜膜、滤芯用蒸馏水湿润后，气泡点压力不低于0.31 MPa，滤芯就能滤除10⁷ CFU/cm²的细菌，这是通过细菌挑战性试验对照后得到的结果。

做气泡点检测时，要获得比较准确的结果，操作时应当注意以下几点：

   （1） 滤芯要用适合的湿润液充分湿润。

   （2） 要排除气堵现象，避免误判。

   （3） 压力增加上升的速度要适当。

当第一次检测失败后，要在检查失败原因后，再复做1-2次，用仪器测试时，要先校验仪器，手工操作有时更能符合现场实际，仪器测试的原理是从手工测试发展过来的。起泡法测出的是膜最大的孔径值。

4-2、压力保持法

压力保持法是基于扩散流的基础，采用起泡点值80%的压力，将系统密闭10min，若系统压降＜5%即为合格，实际使用中可将泡点法和压力保持法联合采用。例如在过滤料液前测滤芯的泡点值，滤完一批料液后可测滤芯的压力降值。

4-3、扩散流试验

原理是在一定压力下，气体在液膜中的扩散可分为三个阶段。1)扩散气体分子在高压侧溶解；2)扩散气体分子在液膜由高浓度方向向低浓度方向迁移；3)气体分子在侈压侧逸出 (溶解---迁移---逸出) 。扩散速度除与其他因素有关外，还与滤膜的孔隙率、膜的厚度、膜孔形态有一定的关系，所以，扩散法还能间接反映出膜的结构。

扩散流采用的压力也是泡点值的80%，扩散流量的大小则根据膜的孔径大小，有定量规定。

4-4、微生物(细菌)挑战试验

用来检测无菌过滤器去除溶液中微生物能力的最好办法是进行生物指示剂的挑战性验证试验。FDA对用于无菌产品的过滤器的验证有模仿最坏生产条件、进行微生物挑战性试验的要求。无菌过滤器性能的指标测试是细菌的残留量。挑战性试验的溶液是含有细菌(ATCC19146缺陷假单胞菌)的培养液，细菌浓度为每cm²有效过滤面积达到10⁷个菌，选择这一浓度进行挑战，一是因为滤膜单位面积的膜孔数也处在这一数量级，还因为这一浓度有相当的安全性。

4-5、水侵入法测试（仅针对强疏水材料滤芯）

水侵入实验背后的原理为：在低压下，疏水性过滤膜会阻止水的通过。在低于水突破（水被压通过）压力下，少量但是可以测量的水的流量会发生，类似于过滤膜被润湿后的扩散流。

在实际操作中，水侵入检测是在低于水突破压力下进行的。因为水的流量低和需要在下游进行检测，手动的操作方法是非常不实际的。通常用自动检测装置，通过监测实验用气体流量而间接换算为通过的水的流量而进行，在完成检测后，试验用水被从滤壳中导出。如果需要，过滤装置也可以被通气吹干。

这是在国内近一到二年提到的一种新的测试方法，也是迎合新版GMP的检查而在进行的一种检测方法，但因测试影响的因素众多，所以目前还没有一个标准的参数供用户正确判断，基本以滤芯生产厂家而定。如果要求高的也就基本依据PALL和MILLIPORE的参数在测试，但是国内生产的PTFE和国外进来的膜原材料基本达不到前二家同行的参数。

测试步骤大致是：将干燥的滤芯装入过滤器外壳后，在滤芯的上游注满水，将压力打到一定值后，保压10--20分钟后，通过仪器的压力损失感应测算每分钟的流速，并看水有无透过滤膜从滤芯下游流出。