风压与静电对灌装称重系统的影响

引言

灌装机的在线称重系统是国内灌装机较为先进的抽样称重方式,经过在线称重系统的计算分析能够在线检测出单个产品装量与目标装量是否一致,并由灌装执行机构进行自动装量调整和自动剔废[1],它取代了由操作人员离线天平称重的传统操作方式。一条具有在线称重功能的灌装机投入运行后,在线称重数据的稳定和可靠性直接关系到药品的质量和最终使用者的生命安全。那么称重数据从哪里来?主要就是依靠称重系统中前秤和后秤的称量值,而隔离器内部的风压过大或过小即我们常说的风压不平衡就会影响秤的称量值,同样如果秤的附近存在静电的话也会影响秤的称量值。这里就涉及了一个风压不平衡和静电对灌装称重精度共同作用的问题。

1风压平衡和静电对灌装称重精度影响问题的提出

某西林瓶灌装线位于浙江省新昌县某制药厂,生产车间洁净度采用C级+A级,隔离器采用ISoLAToR,灌装机具有在线称重系统功能,该车间生产的药品目标装量5.2mL,灌装精度要求为5.1~5.3mL。在设备试生产阶段客户总是反馈称重系统不稳定,在前三次模拟灌装时称重报表中经常有灌装装量超出上下限范围的现象,由于客户马上就要过GMP认证,时间特别紧,于是专门组织专业技术力量奔赴现场对此问题进行了分析、解决。

2现场情况调查及问题解决

现场在SCADA运行系统中随机调取灌装机抽样称重报表117180401批次(表1)和117180501批次(表2)进行查看,从称重报表中的称重数据可以看出1~6号灌装泵的灌装装量很不稳定、忽高忽低,有的甚至超出上下限范围之外,而被剔废的瓶子在离线天平上称却是合格的,正如客户反映的现象一样。现场首先由机械设计工程师对称重结构进行检查,看是否有机械上的问题,检查结果并没有发现称重结构有任何异常:其后经过层层排查,发现隔离器的压差一直在28~40Pa波动,按设计规定隔离器压差应稳定在35Pa,经过仔细调试,压差稳定以后称得的数值明显好转。另外,在与秤的供应商技术人员沟通以后得知静电也会造成秤的波动,因而在称重盘之前增加除静电装置对静电进行消除处理。经过比对发现,除静电以后的在线装量更接近于离线天平称的装量。

表1第一部分显示了产品名称、产品批号、开始时间、结束时间、用户、用户等级:第二部分显示了目标重量为5.2g,高调整限值为5.3g,低调整限值为5.1g,高剔废限值为5.3g,低剔废限值为5.1g,意思是药品的灌装装量是5.2g,低于5.1g和高于5.3g的都会被当做废品剔掉,同时灌装泵自动调整装量:第三部分横排是灌装泵六个泵的净重,纵列是记录的日期和时间。

从表1第三部分中可以很明显地看到灌装机的1~6号灌装泵的灌装称重装量很不稳定,一会超上限,一会超下限。以2号泵为例,2018—04—30T19:22:08这个时间点的称重装量是5.066g,超过装量下限5.1g,为废品;2018—04—30T20:06:34这个时间点的称重装量是5.303g,超过装量上限5.3g,为废品。

同样,从表2第三部分中同样可以看到灌装机的1~6号灌装泵灌装称重装量不稳定问题。仍以2号泵为例,2018—05—06T17:54:10这个时间点的称重装量是5.316g,超过装量上限5.3g,为废品:2018—05—06T18:54:13这个时间点的称重装量是5.300g,超过装量上限5.3g,为废品:2018—05—06T19:23:00这个时间点的称重装量是5.076g,低于装量下限5.1g,为废品。

3机现场使用业工具进行检测和实验

我们推测风压的不稳定和静电的存在都会影响称重的精度,那么风压和静电对称重的影响究竟是怎样的?现场针对隔离器风机关闭、隔离器开启后压差不稳定(为30~38Pa)、隔离器开启后压差稳定在33~36Pa三种情况,利用SiemenSSout软件Trace功能,对前后秤的数值波动情况进行实时监控,如图1~3所示。

由图1可以看出,隔离器风机未开启环境下,前秤WT078波动范围是-0.002~0.001g,后秤WT104波动范围是-0.002~0.001g,秤的波动仅为0.003g,即不受隔离器风压影响的情况下前后秤的波动都很小。

由图2可以看出,隔离器开启后压差调整为30~38Pa,风压不平衡环境下,前秤WT078波动范围是-0.003~0.009g,秤的波动为~.012g左右:后秤WT104波动范围是-0.002~0.009g,秤的波动为0.011g左右,即受隔离器风压影响的情况下前后秤的波动都非常大。

由图3可以看出,隔离器开启后压差调整为33~36Pa,风压平衡环境下,前秤WT078波动范围是0.0045~0.005g,秤的波动为0.0005g左右:后秤WT104波动范围是-0.005~0.055g,秤的波动为0.060g左右,即隔离器风压平衡后前秤的波动就很小,后秤波动仍然很大。

压差平衡稳定以后,我们给灌装机的前秤和后秤都安装了型号为A976-0127-MINI-PTFE的直流除静电棒,进行除静电,然后用静电检测仪进行静电消除前和消除后的检测对比,结果如表3所示。

如表3所示,静电消除前1号灌装5.2g的西林瓶在离线天平上称的重量为5.222g,在静电~.28kV的环境下在线称重重量是5.132g:2号灌装5.2g的西林瓶在离线天平上称的重量为5.222g,在静电~.11kV的环境下在线称重重量是5.227g:3号灌装5.2g的西林瓶在离线天平上称的重量为5.222g,在静电~.37kV的环境下在线称重重量是5.314g:4号灌装5.2g的西林瓶在离线天平上称的重量为5.221g,在静电~.~9kV的环境下在线称重重量是5.223g。可以看出,静电越大,在线称重的重量距离实际重量值偏差就越大。

如表3所示,静电消除后1号灌装5.2g的西林瓶在离线天平上称的重量为5.222g,在静电~.~5kV的环境下在线称重重量是5.221g:2号灌装5.2g的西林瓶在离线天平上称的重量为5.222g,在静电~.~7kV的环境下在线称重重量是5.219g:3号灌装5.2g的西林瓶在离线天平上称的重量为5.222g,在静电~.~5kV的环境下在线称重重量是5.223g:4号灌装5.2g的西林瓶在离线天平上称的重量为5.222g,在静电~.~2kV的环境下在线称重重量是5.225g。可以看出,静电消除后,在线称重的重量距离实际重量值偏差很小。

最终查看称重报表数据如表4所示。

由表4第三部分中可以看到,隔离器内部风压平衡(压差35Pa稳定)且静电消除的环境下,灌装机1~6号灌装泵的灌装称重装量非常稳定,目标装量为5.2g,实际称重重量都在5.2g附近,都没有超出上下限值范围。

由现场实验数据分析可得出如下结论:

(1)隔离器未开启环境下秤的波动仅为0.003g:隔离器开启后压差在30~38Pa波动时秤的波动为0.012g甚至更大:隔离器开启后压差调整为33~36Pa,风压平衡环境下前秤波动仅为0.0005g左右。所以,隔离器压差波动越大,对秤的数值影响就越大:隔离器压差波动越小,对秤的数值影响就越小。

(2)我们知道消除静电可避免由静电作用而产生的误差,表1的试验数据也验证了这一点。静电越大对在线称重的重量影响就越大,装量距离实际重量的偏差也越大:静电越小对在线称重的重量影响就越小,装量距离实际重量的偏差也就越小。

(3)由表4灌装机的称重报表可以看出,在风压平衡、压差稳定且静电消除的环境下,灌装精度就非常稳定,都在目标值5.2g附近。精度可达到±1%,远远高于客户对称重±1.5%的要求。

4实际应用

在线称重系统在西林瓶灌装生产线上有广泛的应用,特别是在药厂采用IS0LAT0R隔离器或生产有毒制剂时更为重要。随着中国GMP、中国药典等相关行业法规的改版,对于无菌生产要求的提高,隔离技术在灌装线上变得必不可少,而由于隔离器的使用,隔离器内部的环境例如风速、压差、西林瓶与输送带产生的静电等种种原因,经常会出现称重系统受干扰导致称重重量不准确的情况,一旦遇到称重不准确的情况,问题就非常棘手,难以快速解决,在这里提醒厂家和设计单位,一定要考虑到这一点。

5结语

灌装系统在线称重技术配合隔离技术,正越来越多地在药厂的无菌车间被使用,可以达到在冻干核心区域内部尽量减少操作人员干预防止交叉污染的目的,那么在线称重的精度就至关重要。在保证灌装机称重系统机械设计和装配精度的前提下,隔离器内部的风压和静电对称重系统中前秤和后秤数值的影响是非常大的,直接影响灌装精度,关乎药品使用者的生命安全。由于现场是无菌环境,相关的实验数据都是穿着三层无菌服通过不断测试获得的,实属不易,希望对后面研究灌装机称重系统的同行有借鉴和参考意义。