【洁净室自净时间测试】检测粒径选择的深入分析与优化建议
问题核心:
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在C级参观走廊存在密封缺陷(可能泄露)的背景下,回顾空调验证自净时间测试时发现:该房间自净时间基于0.5μm粒子测试合格,但最近一次采样中5μm粒子超标。由此引发疑问:5μm粒子是否应纳入自净时间测试?
官方依据与局限性:
ISO 14644-3:2005 和 GBT 25915.3-2010 等标准未强制要求包含5μm粒子。然而,仅凭“规定如此”不够充分,需深入理解其背后的科学原理和实践合理性。
自净时间定义
- 自净时间(Recovery Time):洁净区从某污染状态(初始浓度)恢复到设计洁净度级别所需的时间。
适用范围:
- A级区:必须 ≤20分钟
- B/C级区:建议 ≤20分钟(动态监控要求高的区域)
- D级区:无强制值,建议 ≤30分钟
深入分析5μm粒子不纳入自净时间测试的合理性:
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测试可行性障碍:
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人工气溶胶限制: 当前通用的、用于模拟污染的人工气溶胶(发烟剂),其核心粒径分布主要集中在0.5μm左右。专门产生并稳定控制以5μm粒子为主且浓度足够高、分布均匀的气溶胶极为困难。
样本量不足: 以B级区为例,5μm粒子标准限值仅29个/立方米(静态,按ISO 5级)。将其作为评价指标,意味着需在巨大洁净空间内将粒子浓度提升至约2900个/立方米。如此低的绝对粒子数,使得发烟量精确控制(1很难)、空间均匀分布(2很难)难以实现,测试结果偶然性大,缺乏代表性。
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空气动力学原理:
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沉降效应显著: ISO标准明确指出,大于1μm的粒子沉降速度显著增加。使用它们进行自净测试会引入较大的沉降误差,影响结果的准确性。因此,标准推荐使用小于1μm的粒子(如0.5μm)进行测试。
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净化机制的差异:
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小粒子(<5μm): 这些是真正长时间悬浮在空气中的“漂浮粒子”。洁净室空气净化系统的核心功能,正是通过洁净气流的稀释和置换作用(HEPA过滤主要针对此范围),降低它们的浓度。自净时间测试的核心目的,就是评估系统对这部分悬浮颗粒的快速稀释能力。
大粒子(>5μm): 它们在空气中难以长时间悬浮(受重力影响大)。洁净室内的气流速度(非单向流通常在<2m/s)远低于携带此类自重微粒所需的最小风速(参考空气动力学数据如文献表3-5)。因此,HEPA送风对大粒子的主动“吹扫”或稀释能力极其有限或几乎没有(参考文献表4-4)。
沉降主导: 对于大于5μm的粒子,即使没有净化气流,在重力作用下也会在20分钟内沉降到物体表面(参考文献表4-4)。只要后续无人为活动将其重新扬起,无论空调系统净化能力如何,该区域在沉降完成后通常都能满足GMP对自净后静态粒子(特别是大粒子)的要求。
【自净发烟器】
实践管理逻辑:
污染来源与控制方式: 实际生产中,大的灰尘颗粒主要通过物体表面沉降存在。其清除主要依赖生产前/后的彻底清场(擦拭、清洁)等物理手段,而非依赖气流稀释。悬浮粒子控制则主要依靠空气净化系统。
比喻说明: 想象一个被泥沙弄浑浊的水池。注入流速不大的清水稀释时:
大沙子(类比>5μm粒子)迅速沉底(约20min内),不会被水流带走。
悬浮的泥浆(类比<5μm悬浮粒子)会被清水稀释冲走。
20分钟后,池水变清(小粒子达标),但池底仍有沙子(大粒子已沉降)。若此时有人跳入(类比测试人员或生产活动扰动),可能搅起部分较轻的沙子(如5-10μm粒子),导致池水暂时浑浊(对应5μm粒子采样超标)。此时,问题根源在于池底沙子未被清除(清场不彻底或管理不善),而非清水的稀释能力(气流净化能力)。
超标原因的正确归因:
5μm粒子超标,更可能指向:
洁净室日常管理疏漏(如清洁规范执行不到位)。
测试前或测试中清场不彻底(物体表面残留粒子未被有效清除)。
测试人员操作动作过大,扰动表面沉积粒子。
(关键前提缺失): 自净时间测试本身要求必须在洁净室初始洁净度达标的前提下发烟。若房间本身洁净度(特别是大粒子)就不合格(可能因前述原因),在此基础上的自净测试结果已失真。
GMP自净要求的内涵:
GMP附录明确规定:“生产操作全部结束、操作人员撤出生产现场并经15-20分钟(指导值)自净后,洁净区的悬浮粒子应当达到标准规定的‘静态’标准。”
关键点: “生产操作结束、人员撤出”意味着后清场已完成。此时沉降在表面的大粒子(>5μm)应已被清除。
自净目标: 因此,自净过程主要针对的是清场后残留或少量产生的悬浮粒子(<5μm)。
关于测试方法(如双通道)的补充说明:
同时测试0.5μm和5μm通道存在技术困难:很难找到一种气溶胶能同时满足两个粒径范围的测试要求(高浓度且均匀),或需要分开发烟两次,效率低且控制复杂。
自净曲线的非线性特性(参考下图,自净过程并非匀速。随着浓度降低(越接近房间本底浓度),浓度下降速率显著变缓(曲线坡度渐缓)。例如,从100倍降至50倍浓度所需时间,可能与从50倍降至30倍的时间相似;而从30倍降至10倍的时间,可能与从10倍降至1倍的时间接近。
对日常管理的启示: 要满足GMP的“快速恢复静态”要求,房间的日常运行本底浓度必须显著低于GMP规定的静态限值(例如B级区限值3520个/立方米,日常控制目标可能设在1500-1800个/立方米作为警戒限)。如果房间日常本底浓度就在限值边缘(例如B级区3400个/立方米),自净后期浓度下降极其缓慢,很可能无法在规定时间内(如20min)达标,或在限值附近波动难以稳定低于限值。因此,GMP级别浓度限值是最差情况下的接受标准,而非日常运行目标。日常必须优于标准限值,才能保证自净要求可达成。
ISO/NEBB标准与GMP实践的差异:
ISO/NEBB的自净时间测试(如100:1法)主要用于评估洁净室的稀释能力和进行级别判定。其典型方法是发烟至远超限值(如1000倍),然后测量降至10倍浓度以下的时间。这种方法允许房间背景浓度接近标准限值。
然而,GMP的自净要求是“恢复到静态标准”,这隐含要求房间日常背景浓度必须低于静态限值一定距离,才能确保在15-20分钟内可靠达标。 GMP更强调风险管理和生产环境的实际可控状态。
结论与建议:
核心结论: 基于技术可行性、空气动力学原理、污染控制机制以及GMP要求的内涵,洁净室自净时间测试应重点关注并能准确反映系统对0.5μm(或小于1μm)悬浮粒子的稀释能力。没有必要且不具实践意义将5μm粒子纳入自净时间测试指标。
5μm粒子超标归因: 更应关注洁净室卫生管理、清场程序的执行有效性以及测试操作的规范性(避免扰动)。洁净室净化能力不足通常表现为0.5μm粒子持续超标。
日常管理要点:
确保清场(特别是后清场)彻底有效,清除表面沉积的大粒子。
将各级别洁净室的日常运行尘埃浓度(尤其是0.5μm粒子)控制在显著低于GMP静态限值的水平(如设定合理的警戒限/行动限)。
定期维护空调系统和高效过滤器(HEPA),确保其性能良好。
注1(强化观点):
综合空气动力学数据(粒子沉降特性、粉尘最小输送风速)和工程师的实际经验:
洁净室气流对>5μm粒子的稀释/吹扫能力可忽略不计。
HEPA过滤和气流稀释主要净化的是小粒径(<5μm)悬浮粒子。
大粒子的控制重在源头减少产生和有效的物理清洁(清场)。
经验表明:0.5μm超标常指向系统泄露或效率问题;5μm超标多指向清洁不彻底。
注2(最终确认):
经上述全面分析,确认自净时间测试仅需关注0.5μm粒子通道即可满足评估空气净化系统稀释能力的要求,并符合GMP对生产后环境恢复“静态”标准的意图。
以上是关于5um粒子需不需要做自净时间测试的相关解读,如还有相关问题,欢迎评论区留言讨论。