纯化水检测：保障关键工艺用水质量的科学实践

在制药、生物技术、医疗器械生产及精密实验室等领域，纯化水扮演着至关重要的角色。它不仅是生产工艺的核心原料、清洗溶剂，更是多种试剂配制的基础。其质量直接关系到最终产品的安全性、有效性与合规性。因此，建立和执行一套科学、严谨、符合法规要求的纯化水检测体系，是保障产品质量和患者安全的基石。

一、 纯化水的质量标准与法规依据

纯化水的质量标准在全球主要药典中均有明确规定，构成检测的根本依据：

  1. 《中华人民共和国药典》 (ChP)： 对纯化水的性状、理化指标（pH、硝酸盐、亚硝酸盐、氨、电导率、总有机碳、易氧化物、不挥发物）、重金属限度及微生物限度均有详细规定。
  2. 《美国药典》 (USP)： 在通则 <643> TOTAL ORGANIC CARBON 和 <645> WATER CONDUCTIVITY 中详细阐述了纯化水的关键检测项目（主要为电导率和总有机碳）及其在线/离线检测方法。微生物限度要求则在 <1231> WATER FOR PHARMACEUTICAL PURPOSES 中规定。
  3. 《欧洲药典》 (EP)： 在专论 Purified Water (0008) 中规定了化学纯度（通过电导率和总有机碳表征）、微生物质量和细菌内毒素（如适用）的要求。
 

这些法规的核心目标是一致的：确保纯化水具有极高的化学纯度和微生物纯净度。

二、 核心检测项目与方法

纯化水的检测项目主要涵盖理化指标和微生物指标两大类：

1. 理化指标检测：
* 电导率 (Conductivity)：
* 原理： 衡量水传导电流的能力，与水中离子总量（无机盐含量）高度相关。离子浓度越高，电导率越大。
* 方法： 使用经校准的电导率仪在规定的温度下（通常是25±1℃，或进行温度补偿）进行测量。USP/EP/ChP 均规定了不同温度阶段（在线或离线）的电导率限度值和详细的测试步骤（如离线测量需充分搅拌并避免CO₂溶入）。
* 重要性： 是监控纯化水无机杂质总量最快速、最灵敏的指标之一。
* 总有机碳 (TOC - Total Organic Carbon)：
* 原理： 将水中有机物氧化成二氧化碳 (CO₂)，并测量生成的CO₂量（直接法），或测量氧化前后电导率的变化（间接法），从而计算出有机碳的总量。
* 方法： 使用专用的TOC分析仪，通常采用高温催化氧化、紫外/过硫酸盐氧化或电化学氧化等技术。仪器需经过适用性验证（系统适用性试验：水、蔗糖标准溶液、1,4-苯醌标准溶液）。
* 重要性： 灵敏地反映水中微生物代谢产物、有机污染物或系统材质溶出物等有机杂质的总量，是纯化水纯净度的关键综合性指标。
* pH值：
* 方法： 使用经校准的pH计进行测量。纯化水由于离子含量极低，pH测量容易受空气中CO₂等因素影响，操作需迅速、规范。药典通常要求pH在5.0-7.0之间。
* 重金属 (Heavy Metals)：
* 方法： 通常采用比色法（如硫代乙酰胺法），将样品与标准铅溶液对照，颜色不得更深。要求不超过0.1 ppm (百万分之一)。
* 硝酸盐 (Nitrates) 和 亚硝酸盐 (Nitrites)：
* 方法： 常用比色法检测。利用特定试剂与硝酸盐/亚硝酸盐反应产生颜色，与标准溶液比较，颜色不得更深（灵敏度通常为0.2 ppm硝酸盐和0.2 ppm亚硝酸盐）。
* 氨 (Ammonia)：
* 方法： 常用比色法（如纳氏试剂法），检测限度通常为0.2 ppm。
* 不挥发物 (Residue on Evaporation)：
* 方法： 取规定体积（如100ml）的水样，在恒重的蒸发皿中蒸干，并在105℃干燥至恒重。残留物的重量不得超过规定限度（如1mg/100ml）。
* 易氧化物 (Oxidisable Substances)： (注：ChP中仍保留，USP主要通过TOC监控)
* 方法： 高锰酸钾滴定法。向样品中加入稀硫酸和少量高锰酸钾溶液，煮沸规定时间后，粉红色应不完全消失。

2. 微生物指标检测：
* 需氧菌总数 (Total Aerobic Microbial Count, TAMC)：
* 方法：
* 薄膜过滤法 (Membrane Filtration, MF)： 是最推荐的方法，尤其适用于检测限量较低的纯化水。取规定体积（如100ml或更多）的水样通过孔径为0.45µm的除菌滤膜，将滤膜转移到适当的琼脂培养基（如R2A琼脂或胰酪大豆胨琼脂TSA）上，在规定温度（通常20-25℃或30-35℃）下培养规定天数（如R2A培养5-7天），计数菌落形成单位 (CFU)。
* 倾注平板法 (Pour Plate)： 将一定体积（如1ml）水样与熔化的琼脂培养基混合，倾注平皿，凝固后培养计数。适用于微生物负荷较高的水样（纯化水一般不用此法）。
* 涂抹平板法 (Spread Plate)： 将一定体积水样滴加在已凝固的琼脂平板上，用涂布棒均匀涂布，培养后计数。
* 限度： 通常要求不超过 100 CFU/ml。
* 控制菌检查 (Specified Microorganisms)：
* 方法： 主要依据药典通则（如ChP <1105>/<1106>， USP <62>）进行。通过增菌、选择性培养基分离、生化或分子生物学鉴定等方法，检测是否存在特定潜在致病菌，如：
* 大肠埃希菌 (Escherichia coli) - 不得检出。
* 沙门菌 (Salmonella spp.) - 不得检出。
* 铜绿假单胞菌 (Pseudomonas aeruginosa) - 不得检出。
* 金黄色葡萄球菌 (Staphylococcus aureus) - 不得检出。
* 耐胆盐革兰阴性菌 (Bile-Tolerant Gram-Negative Bacteria) - 不得检出/限量。
* 梭菌 (Clostridium spp.) - 必要时检查。
* 重要性： 排除特定致病菌或指示菌的存在，确保用水的生物安全性。
* 细菌内毒素 (Bacterial Endotoxin)： (注：主要用于制备注射剂时，若纯化水是配制溶剂或最后冲洗溶剂，需检测)
* 原理： 检测革兰阴性菌细胞壁裂解后释放的内毒素（脂多糖）。
* 方法： 鲎试剂法 (LAL Test - Limulus Amebocyte Lysate)。主要有凝胶法（定性/半定量）和光度法（动态浊度法、终点显色法、动态显色法，定量）。需进行干扰试验验证。
* 限度： 通常要求不超过 0.25 EU/ml（内毒素单位每毫升）。

三、 取样与监测策略

  • 取样点： 覆盖整个水系统关键位置：产水点、总送水口、总回水口、各个使用点（根据风险评估确定代表性点位）。取样点设计应能反映系统最差条件。
  • 取样频率： 基于系统验证状态（初期验证、持续验证、日常监测）、系统性能历史数据、风险评估结果制定。通常包括：
    • 初期验证/再验证： 密集取样（如每天取样所有点）。
    • 日常监测： 周期性取样（如每周/每月取部分点，循环覆盖所有点）。
    • 关键使用点： 可能需更高频率监测。
  • 取样规程：
    • 使用清洁、无菌、无化学物质残留的专用取样容器。
    • 严格执行取样操作程序：充分冲洗取样口（通常需放水1分钟以上），避免污染。
    • 理化样品取样后应尽快检测（尤其TOC、电导率、pH），或按规定保存。
    • 微生物样品需无菌操作，取样后尽快（通常2小时内）检测或冷藏（不超过24小时）。
  • 在线监测： 对于关键参数如电导率、TOC，鼓励在总送水口和总回水口设置在线监测仪，提供实时、连续的数据，及时发现趋势变化。
 

四、 结果评估与行动

  • 符合性判定： 检测结果必须符合所执行药典（ChP/USP/EP）中纯化水项下的所有规定要求。
  • 趋势分析： 持续收集检测数据，进行趋势分析（如控制图），比单点合格判定更重要。发现参数有接近限度或持续偏离基线的趋势时，即使未超标，也应启动调查，查找潜在原因（如系统消毒不彻底、过滤器失效、管道泄漏、操作不当等）。
  • 超标结果 (OOS - Out of Specification)： 必须按照严格的OOS调查程序进行处理。调查内容包括但不限于：
    • 复核原始数据、计算过程、仪器状态、试剂、标准品。
    • 评估取样过程是否规范、样品是否被污染。
    • 检查设备运行记录、维护记录、消毒记录。
    • 必要时进行复测（需有明确的复测方案和合理性证明）。
    • 确定根本原因，制定并实施有效的纠正预防措施 (CAPA)。
  • 放行使用： 只有所有检测结果均符合规定，且无影响水质的未关闭偏差时，该批次或该周期的纯化水方可被批准用于生产或实验。
 

五、 质量保证体系

纯化水检测的有效性和可靠性依赖于健全的质量保证体系：

  • 方法验证/确认： 所有检测方法（特别是非药典方法）在首次使用前需进行验证或确认，证明其适用于预期目的（准确性、精密度、专属性、检测限、定量限、线性、范围、耐用性）。
  • 设备校准与维护： 所有检测仪器（电导率仪、TOC分析仪、pH计、天平、培养箱、灭菌锅、生化鉴定仪、鲎试剂光度计等）必须定期进行校准（按国家/国际标准）和维护，并保存记录。
  • 人员培训与资质： 操作人员需接受充分的岗位培训，包括GMP/GLP规范、标准操作规程 (SOP)、检测原理、操作技能、安全防护、OOS处理等，并通过考核确认资质。
  • 标准品与试剂管理： 使用合格的标准物质和试剂，严格管理其采购、验收、储存、使用和有效期追踪。
  • 环境控制： 微生物实验室应具备相应的洁净环境（如生物安全柜、超净工作台），理化实验室环境应满足仪器和测试要求。
  • 文件记录： 所有检测活动、原始数据、计算过程、校准记录、维护记录、环境监控记录、偏差处理、OOS调查、CAPA等均需清晰、完整、及时、可追溯地记录并保存。
 

结论

纯化水检测绝非简单的例行公事，而是一项融合了精密分析技术、严谨微生物学方法和完善质量管理体系的复杂科学实践。它是确保纯化水持续满足法规要求、保障依赖其生产的最终产品安全有效的核心屏障。通过严格执行基于药典标准的检测项目、采用经过验证的可靠方法、实施科学的取样与监测策略、建立强大的质量保证体系以及对数据进行敏锐的趋势分析和及时的偏差处理，相关从业机构方能确保持续稳定地提供高质量的纯化水，为生命健康领域的产品研发和生产奠定稳固而洁净的基础。持续关注法规更新和技术进步，不断优化检测策略，是保障纯化水质量永恒不变的主题。