摘要：目前大部分制藥用水在水機出水與分配循環(huán)系統(tǒng)上安裝在線電導(dǎo)率儀對水質(zhì)進行監(jiān)控，同時對電導(dǎo)率儀進行溫度補償。不同品牌電導(dǎo)率檢測設(shè)備之間存在不同的補償方式，導(dǎo)致同一水樣在使用不同品牌的電導(dǎo)率儀進行在線檢測時結(jié)果不一樣，而且同一個儀器在不同的補償方式下檢測出來的結(jié)果也不一樣。鑒于此，對電導(dǎo)率測量的概念、原理，溫度補償?shù)哪康摹⒀a償方式、解決方案等方面進行了詳細闡述。

關(guān)鍵詞：制藥用水;線性25 ℃補償;補償系數(shù)

中圖分類號：TP216 文獻標志碼：A 文章編號：1671-0797（2024）19-0064-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.19.015

0 引言

制藥用水作為制藥企業(yè)生產(chǎn)過程中的重要原料，貫穿于整個藥品生產(chǎn)的全過程，因此制藥用水水質(zhì)對產(chǎn)品質(zhì)量有著很大的影響。制藥用水電導(dǎo)率作為水質(zhì)監(jiān)控中重要的指標，其優(yōu)點是能夠快速反映水質(zhì)狀況，所以制藥用水系統(tǒng)無論是在產(chǎn)水口還是分配循環(huán)系統(tǒng)末端均安裝在線電導(dǎo)率儀，以實時監(jiān)測制藥用水電導(dǎo)率指標，并配合控制系統(tǒng)來完成水系統(tǒng)供水過程的電導(dǎo)率在線監(jiān)測。

1 電導(dǎo)率概念及原理

1.1 電導(dǎo)率測量的概念

電導(dǎo)率是溶液中所有溶解離子種類（鹽、酸、堿和一些有機物）的非特征性綜合指標參數(shù)，反映物質(zhì)傳送電流的能力，是電阻率的倒ORgvJPGmrhXCvyB/tDQm5g==數(shù)。

根據(jù)歐姆定律，通過溶液的電壓（V）與電流（I）成正比：

V=RI

電阻（R）為比例常數(shù)，如果已知電壓就可以測出電流：

I=V/R

電導(dǎo)G為電阻的倒數(shù)：

G=1/R

電導(dǎo)測量值還取決于測量池的幾何形狀，由電極常數(shù)（K）表示，計算方法為電極間距（L）除以介于電極之間電解質(zhì)的有效橫斷面積（A）：

K=L/A

在進行電導(dǎo)率探頭校準時，除先校準溫度以外，對電導(dǎo)檢測部分的校準就是校準電極常數(shù)（K）。2020版《中國藥典》“0681 制藥用水電導(dǎo)率測定法”規(guī)定，電極常數(shù)必須在儀器規(guī)定數(shù)值±2%范圍內(nèi)[1]。

電導(dǎo)率k：

k=GK

1.2 電導(dǎo)率測量原理

電導(dǎo)率測量池由一對帶電的電極組成，通過儀器測量電流并計算電導(dǎo)率。當對電極施加直流電時，正電荷離子（陽離子）會朝向負極（陰極）移動，而負電荷離子（陰離子）會朝向正極（陽極）移動。影響電導(dǎo)率的主要因素為溶液中的溶質(zhì)類型、溶質(zhì)含量與溫度。電導(dǎo)率是用于測定溶質(zhì)含量的，但溫度會影響離子的移動速度，因此不同溫度下測定同樣的溶劑，溫度將會影響電導(dǎo)率。溫度高時離子移動速度更快，則溶液的電導(dǎo)率隨溫度升高而升高。

電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系取決于溶液中離子類型和濃度，由于每種溶液的離子類型和濃度都不相同，因此補償時要選擇合適的方式。為了比較不同溫度下的測量值，需要把它們補償?shù)絽⒖紲囟?，最好是降到同一溫度進行測量。若無法實現(xiàn)，那么測量儀表將會采用不同的溫度系數(shù)α，將不同溫度下測量的電導(dǎo)率值補償至參考溫度下的電導(dǎo)率值。溶液的溫度系數(shù)α是每1 ℃的電導(dǎo)率百分比變化量，取決于介質(zhì)的化學(xué)成分和溫度，是一個隨時變化的值。補償計算公式為：

K（T）=K（T0）[1+α（T-T0）]

式中：K（T）為不補償?shù)碾妼?dǎo)率;K（T0）為線性補償后的電導(dǎo)率;T為真實溫度;T0為需補償?shù)降臏囟?，例?5 ℃。

2 電導(dǎo)率補償?shù)哪康?/p>

1）目前電導(dǎo)率使用“三步法”進行測定。在第一步中，如將在線電導(dǎo)率作為放行標準來執(zhí)行，就必須使用不補償?shù)姆绞?。如果在線數(shù)據(jù)不作為放行標準，只用于過程控制，而把第二步離線測定作為放行標準，那么理論上在線電導(dǎo)率儀表上可以進行補償，但是補償方式?jīng)]有規(guī)定。

2）為了準確、連續(xù)監(jiān)測水的純度，會使用在線儀表，但這種監(jiān)測的關(guān)鍵是去除溫度對電導(dǎo)率的影響，在更高的溫度下，離子變得更具流動性，因此導(dǎo)電性更好，所以溫度波動就會造成電導(dǎo)率的波動。為了在過程控制環(huán)節(jié)去除溫度的影響，為系統(tǒng)控制與報警提供固定的限度值[2]，就需要對電導(dǎo)率進行溫度補償。溫度補償去除了溫度波動對電導(dǎo)率檢測的影響，這樣能更好地進行趨勢分析，制定出準確的警戒限和行動限。

3 補償方式

現(xiàn)在能接觸到的電導(dǎo)率儀設(shè)備大部分來自梅特勒或E+H等一線大品牌，圖1、圖2是不同補償模式下，同一個梅特勒電導(dǎo)率儀在監(jiān)測過程中注射用水水質(zhì)相對穩(wěn)定的情況下的在線數(shù)據(jù)顯示。

1）同一種水質(zhì)（溫度略微變化）在線性25 ℃補償模式的電導(dǎo)率為0.237 μS/cm，標準補償模式的電導(dǎo)率為0.033 μS/cm，不補償電導(dǎo)率為0.539 μS/cm。由此可見，選擇合理的補償方式是呈現(xiàn)電導(dǎo)率檢測數(shù)據(jù)的關(guān)鍵。

2）梅特勒變送器具有以下補償類型：

（1）標準補償包括對非線性高純度效應(yīng)和常規(guī)中性鹽雜質(zhì)進行補償，并應(yīng)符合ASTM標準D1125和D5391要求。

（2）Light84補償與T. Slight博士在1984年發(fā)表的關(guān)于高純水的研究結(jié)果一致，只有對此方法進行標準化之后才能使用。

（3）Std75 ℃補償是75 ℃下的標準補償算法。在較高溫度下測量超純水時，首選此補償方式（超純水的電阻率在75 ℃時是2.481 8 MΩ·cm）。

（4）線性25 ℃補償利用一個表示“%/℃”（偏離25 ℃）的系數(shù)來調(diào)節(jié)讀數(shù)，只有當溶液具有良好的線性溫度系數(shù)時才使用。出廠默認值為2.0%/℃。

（5）線性20 ℃補償利用一個表示“%/℃”（偏離20 ℃）的系數(shù)來調(diào)節(jié)讀數(shù)，只有當溶液具有良好的線性溫度系數(shù)時才使用。出廠默認值為2.0%/℃。

3）E+H變送器具有以下補償類型：

（1）線性溫度補償;

（2）NaCl補償;

（3）NaCl超純水補償（中性補償）;

（4）HCl超純水補償（酸性補償）。

儀表說明書顯示，梅特勒的標準補償適用于超純水18.20 MΩ·cm（25 ℃），制藥用水指標達不到超純水的指標，顯然選用標準補償模式是不正確的;E+H的線性溫度補償為25 ℃線性溫度補償模式。為了在不同廠家與不同應(yīng)用環(huán)境下做出統(tǒng)一的補償，最好的方式為采用25 ℃線性溫度補償模式。

根據(jù)圖3，如果選擇線性25 ℃補償，不同儀器之間默認的補償系數(shù)不同，25 ℃線性補償就是將α作為一個固定值進行計算。梅特勒為α=2%/℃，E+H為α=2.1%/℃。α=2%/℃的斜率適用于天然水、飲用水、冷卻水等，不適用于制藥用水。因此，合理的補償系數(shù)成為電導(dǎo)率補償后數(shù)據(jù)真實性的關(guān)鍵。

4 補償系數(shù)的計算

在設(shè)備安裝好以后，工程公司或設(shè)備廠家很少會對設(shè)備的補償系數(shù)進行調(diào)整，一般為默認值，因此需要設(shè)備維護人員經(jīng)過計算后進行調(diào)整，在不補償模式下，根據(jù)USP表對比不同溫度下的電導(dǎo)率[3]。

以下使用90 ℃補償?shù)?5 ℃時電導(dǎo)率為1.3 μS/cm的水，根據(jù)梅特勒電導(dǎo)率的溫度補償系數(shù)進行計算。

根據(jù)電導(dǎo)率補償計算公式K（T）=K（T0）[1+α（T-T0）]，令α=2%/℃，當K（T0）=1.3 μS/cm，T=90 ℃時，計算得出K（T）=2.99 μS/cm，而2.99 μS/cm@90 ℃的水超過USP表中的2.7 μS/cm@90 ℃。如果按照這個補償系數(shù)進行反推，補償后原2.99 μS/cm@90 ℃的水補償?shù)?5 ℃時是1.3 μS/cm，原不合格的水經(jīng)過補償后就合格了，顯然在實際運行過程中選用2%的補償系數(shù)是不合適的，具體的補償系數(shù)需要根據(jù)具體的循環(huán)溫度進行相應(yīng)調(diào)整。

例如，循環(huán)溫度為85 ℃，由于溫度波動一般在80～90 ℃，選擇90 ℃時套入公式K（T）=K（T0）[1+

α（T-T0）]，當K（T0）=1.3 μS/cm時，K（T）=2.7 μS/cm@

90 ℃。經(jīng)過計算α=1.65%/℃。80 ℃時套入公式K（T）=

K（T0）[1+α（T-T0）]，當K（T0）=1.3 μS/cm時，K（T）=

2.7 μS/cm@80 ℃。經(jīng)過計算α=1.96%/℃。因此，根據(jù)現(xiàn)場情況斜率應(yīng)該在1.65%～1.96%進行選擇。

由圖4可知，針對不同的循環(huán)溫度應(yīng)選擇其中最高的溫度來計算相關(guān)的斜率，例如最高溫度90 ℃在1.65%補償系數(shù)模式下，電導(dǎo)率都會在標準不補償?shù)姆秶畠?nèi)，處于USP標準限值以內(nèi)。但是如果選用80 ℃/1.96%的補償系數(shù)模式，90 ℃超標的水，經(jīng)過補償后也會合格。所以，要在最高溫度下去計算并選取相應(yīng)的補償溫度系數(shù)。

補償后使用人員制定設(shè)備和系統(tǒng)電導(dǎo)率的警戒限和行動限更加方便。但補償后的數(shù)據(jù)不是最真實的數(shù)據(jù)，目前注射水系統(tǒng)的電導(dǎo)率采用不補償?shù)脑诰€檢測已經(jīng)成為趨勢。

5 解決方案建議

目前部分品牌的電導(dǎo)率監(jiān)測設(shè)備，有的型號具備同時傳輸補償和不補償信號的功能，可以在水系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)上同時接入兩個電導(dǎo)率信號，將補償后的數(shù)據(jù)進行歸檔，用于系統(tǒng)趨勢分析，根據(jù)趨勢分析做出報警限，此報警限范圍是一定在USP表限值以內(nèi)的，這樣可以去除溫度影響做出合理的警戒限及行動限。如果需要最真實的報警限，也可以將USP表植入程序內(nèi)部，做一個固定數(shù)據(jù)的補償，將USP表對應(yīng)的溫度值減去設(shè)定固定補償值等于報警值，這樣報警范圍也在USP表限值以內(nèi)。將不補償?shù)男盘栕鳛轱@示或生產(chǎn)數(shù)據(jù)，具體管理可由公司QA部門作出相應(yīng)規(guī)定。同時接收兩組信號可以很好地避免電導(dǎo)率檢測時溫度波動的影響，并滿足未來的趨勢，顯示出最真實的電導(dǎo)率值。

6 結(jié)束語

制藥用水電導(dǎo)率檢測在實際生產(chǎn)中有著極其重要的作用，選擇合適的溫度補償方式與補償系數(shù)是企業(yè)生產(chǎn)過程中制定相應(yīng)質(zhì)量控制線的重要依據(jù)。設(shè)備維護人員可以根據(jù)產(chǎn)水與循環(huán)溫度對儀表初始補償系數(shù)進行調(diào)整，選用最高溫度的點作為補償系數(shù)的計算基準點。

[參考文獻]

[1] 國家藥典委員會.中華人民共和國藥典[M].北京：中國醫(yī)藥科技出版社，2020.

[2] 張功臣.制藥用水[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2021.

[3] 高天兵，鄭強，曹軼，等.藥品GMP指南 廠房設(shè)施與設(shè)備[M].2版.北京：中國醫(yī)藥科技出版社，2023.

收稿日期：2024-06-11

作者簡介：羅建偉（1991—），男，四川眉山人，工程師，研究方向：設(shè)備維護。