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필터 완전성 테스트-Pressure Hold Test

개요

Prologue-2.png

생산공정에서 캡슐필터 또는 카트리지필터가 미생물 및 입자 제거를 허용치에 만족하는지 확인하기 위해서는 멤브레인필터에 대한 완전선 테스트가 필수적입니다. 가장 범용으로 사용되는 필터 완전성 테스트의 종류에는 기포점테스트(Bubble Point Test)와 순방향 확산 흐름 테스트(Forward Flow Diffusion Test)가 있습니다. 다중 원형 필터 하우징을 사용하는 경우에는 통과하는 공기의 양이 상당히 크기 때문에 실질적인 확산 흐름과 멤브레인 및 필터 시스템의 결함에 의한 확산 흐름을 구별하는 것이 불가능합니다.이와같은 문제점을 해결하기 위해서 주로 사용되는 테스트 방법이 압력 유지 테스트(Pressure Hold Test)입니다.

압력 유지 테스트(Pressure Hold Test)는 카트리지필터의 순방향 확산 흐름(Fowrad Flow Diffuision)을 기초로 하는 비파괴 완전성 테스트입니다. 필터를 통하여 시간이 지남에 따라서 가스 확산이 일어나며 이 기간 동안 정밀한 압력 게이지를 사용하여 업스트림 압력 변화를 모니터링합니다. 압력 측정이 필터의 상류에서 이루어지기 때문에 하류의 무균성에 대한 위험이 없습니다. 압력 손실은 카트리지필터를 통한 확산으로 발생하므로 측정값은 시스템의 부피에 따라 크게 달라집니다.


압력 유지 테스트

Pressure Hold Test-3.png

압력 유지 테스트(Pressure Hold Test)는 자동화된 필터 완전성 테스트 시스템에서 사용되는 방법입니다. 압력 감쇠 테스트(Pressure Decay Test)라고도 알려진 압력 유지 테스트는 확산 테스트의 변형입니다. 단일 원형 멤브레인 필터의 완전성 테스트에 가장 적합합니다. 압력 유지 테스트 중에 다음과 같이 현상이 발생합니다.

- 필터 매체는 젖어 있고 필터 매체의 기공 내에서 모세관 현상에 의해 물이 유지됩니다.
- 출구 밸브가 열려 있는 동안 기포점 압력의 약 80%로 가스가 필터의 상류 측에 적용됩니다.
- 10분 동안 압력이 2psi 이상 떨어지지 않으면 필터는 압력 유지 테스트를 통과한 것입니다.

압력 유지 테스트(Prssure Hold Test)에서는 매우 정확한 게이지를 사용하여 필터를 통한 가스 확산 기간동안 업스트림 압력 변화를 모니터링합니다. 필터 하류의 가스 흐름을 측정할 필요가 없으므로 하류 멸균에 대한 위험이 제거됩니다.

Pressure Hold 기준값을 정의하는 방법
압력 유지 값은 확산 흐름과 업스트림 볼륨에 따라 달라집니다. 카트리지필터의 최대 확산 흐름과 시스템 용량(시스템이 클수록 압력 강하가 적음)을 알면 다음 방정식을 기반으로 최대 허용 압력 강하 허용치를 계산할 수 있습니다

Pressure Hold Test.png D = 확산 속도(mL/분)
T = 시간(분)
Pa = 대기압 (1 Atm)
Vh = 하우의 상류 부피(mL)
ΔP= 압력 강하(bar 또는 psig)

측정된 압력 유지가 ΔP 이하인 경우 필터와 하우징은 완전성(Integrity)을 유지한 것입니다. Pressure Hold Test는 일부를 제외하고 확산 테스트와 거의 동일한 절차를 사용하여 수행됩니다. 매우 정확한 게이지를 사용하여 필터를 통해 가스 확산이 일어나는 동안 업스트림 압력 변화를 모니터링합니다.



Example.png

Membrane Solutions 사의 SteriPure-B PES 0.45미크론 10인치 카트리지필터의 최대 확산 유량 값은 16psig에서 35cc/min입니다. 30인치 카트리지필터의 최대값은 16psig에서 105cc/min(35x3)입니다. 따라서 3개의 카트리지는 16psig에서 315cc/min(105x3)의 값을 갖게 됩니다. 30인치 3개 카트리지필터가 설치되는 하우징의 체적은 20,000cc입니다. 이 정보를 이용하여 Pressure Hold 기준값을 계산하면 2.31psi가 되며 테스트 시 10분 동안 2.31psi보다 낮게 압력 감쇠(Pressue Decay)가 발생하면 필터의 완전성 테스트를 통과한 것입니다.

Pressure Hold Test 계산.png

카트리지필터 시스템 부피에는 필터하우징 부피뿐만 아니라 흡입 밸브 및 업스트림 가스 밸브의 배관/튜브 부피도 포함됩니다. 이러한 잠재적인 부피 변화로 인해 이 값은 카트리지 필터 제조업체에서 제공하지 않고 계산하거나 경험적으로 도출해야 합니다. 계산에는 필터하우징 볼륨(하우징 제조업체가 제공할 수 있는 값)과 사용되는 밸브 사이의 모든 배관/튜브가 포함되어야 합니다. 또는 시스템에 물을 채운 다음 실제로 부피를 측정하여 시스템의 부피를 측정할 수 도 있습니다.

다중 라운드 카트리지필터 완전성 테스트
여러 개의 카트리지 필터에 대해 압력 유지 테스트를 수행할 수 있지만 마스킹 효과가 발생할 수 있습니다. 이는 다중 라운드 카트리지 필터들의 기공들이 입자에 막혀서 특정 카트리지필터의 결함을 보상해 주어 결함을 발견할 수 없게 하는 것입니다. 제조 과정에서 카트리지필터가 적절한 품질 관리를 거쳤다고 확신하는 경우에만 다중 원형 필터에 대한 압력 유지 테스트를 수행하는 것이 좋습니다.



Pressure Hold Test의 수행단계

Bubble Point.png 1. 필터 부품 번호, 로트 번호 및 제품 정보를 기록합니다. 또한 물리적 관찰을 포함합니다
2. 테스트할 필터를 적절하게 적셔서 필터 막에서 모든 공기를 배출합니다. 이는 간단하지만 중요합니다.
3. 통풍구와 밸브를 열어 물을 배출합니다. 입구 밸브를 닫습니다.
4. 가스 공급원을 필터의 입구 포트에 연결합니다.
5. 압력 유지 테스트 값은 기술 데이터 시트를 참조합니다.
6. 압력이 0인 상태에서 시작하여 압력 유지 값에 도달할 때까지 압력 조절기를 사용하여 압력을 점차적으로 높입니다.
7. 압력 유지 값에 도달하면 흡입 밸브를 닫고 가스 공급원을 끄십시오. 열려 있는 유일한 밸브는 출구 밸브여야 합니다.
8. 10분 후에도 압력이 유지되고 2psi 이상 떨어지지 않으면 카트리지가 완전성 테스트를 통과한 것입니다.
9. 날짜와 압력 유지 결과를 로그에 기록합니다.
10. Bottling 전에 완전성 테스트를 실시한 경우 화학적 소독을 진행합니다. 병에 담은 후 수행한 경우 표준 세척 단계를 진행합니다.

Pressure Hold Test의 실패 요인

Fail.png 필터가 제대로 젖지 않았습니다
테스트 전에 필터 매체가 제대로 젖지 않아 모든 가스가 필터 기공에서 배출되었는지 확인하지 못한 경우 필터는 완전성 테스트에 실패할 수 있습니다. 습윤 과정을 반복하고 테스트를 다시 해야 합니다

O-링이나 밸브에서 누출이 있었습니다
카트리지가 압력 유지 테스트에 실패하더라도 멤브레인에 결함이 있다는 것은 아닙니다. 부적절하게 장착되었거나 갈라진 O-링 또는 결함이 있는 밸브에서 압력이 누출될 수 있습니다. 이것이 문제인지 확인하려면 압력을 최대 10psi로 올리고 배출 밸브를 닫은 다음 압력이 떨어지는지 확인하기 위해 몇 분 동안 기다려 하우징에 대한 압력 유지 테스트를 수행합니다. 완전성 테스트 결과에 따라서 모든 밸브와 게이지를 검사하고 필터하우징 분해도(제품 페이지에 있음)를 참조하여 교체가 필요한 O-링이 있는지 확인합니다.

압력 유지 테스트가 잘못된 시간에 수행되었습니다
Fail-1.png 압력 유지 테스트는 멸균 후에만 수행합니다. 증기 멸균 후 카트리지필터를 부적절하게 냉각하면 멤브레인의 완전성에 영향을 미치는 심각한 뒤틀림이 발생할 수 있습니다. 이 문제는 멸균 후 완전성 테스트를 통해 확할 수 있습니다.

필요한 장치
- 필터 및 필터 하우징
- 압축되고 여과된 오일이 없는 공기(CO2가 아닌 질소 또는 아르곤)
- 압력 조절기
- 압력 조절기에 연결된 게이지는 최소 0.5psi의 세분화와 최대 60psi를 측정할 수 있는 용량을 가져야 합니다. 디지털 압력 게이지도 사용할 수 있습니다.

결론

기포점 테스트(Bubble Point Test)는 제약 의약품 업계에서 생산 후 멤브레인 완전성 테스트를 위한 사실상의 표준입니다. 그러나 기포점 테스트는 제조업체가 규정한 기포점 기준치 아래에서 상당한 확산 가스 흐름(Gas Diffusion)으로 인해 정확한 기포점을 확인하기가 힘든 부분이 있으며 이에 따라서 주관적 평가를 하는 경우가 많습니다. 여과막의 완전성을 보다 객관적으로 평가하기 위하여 기포점 테스트의 대안으로 압력 유지 테스트를 사용합니다.

압력 유지 테스트(Pressure Hold Test)를 적용할 때 멸균 필터의 비멸균 측(하우징의 업스트림)에 질소로 미리 정해진 기포점의 80%까지 가압하고, 필터 시스템을 가압 가스로부터 차단한 후 지정된 시간 간격에 걸쳐 압력을 모니터링합니다. 확산성 가스 흐름과 관계가 있는 것으로 알려진 압력 강하는 멤브레인 완전성의 정량적 측정으로 사용됩니다. 각 필터/용액 조합의 가스 흐름 대 압력 관계는 압력 강하의 임계값을 정의하기 위한 객관적이고 정량적 수단을 제공합니다.


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