起泡点测试
起泡点测试是一种简易的非破坏性过滤器完整性测试方法。由于不同过滤器厂家生产的过滤膜的结构不尽相同，所以合格标准也是不同的。必须通过细菌截流试验证明起泡点的测试标准与过滤器的细菌截流量之间存在线性相关，否则，所制定的起泡点标准就是无效的，且不能保证符合该起泡点标准的过滤器能够截流足够量的细菌。图2.73为过滤器的起泡点与细菌截流量之间线性相关图，通过实验测得该图，就可以确立过滤器的起泡点标准。
图2.73起泡点与细菌截流量的线性相关图
起泡点测试基于毛细管模型，该模型认为，滤膜的结构中充满了微孔流道，这些微孔流道就形成了很多“毛细管”，当滤膜被润湿液体完全润湿后，液体受到表面张力的作用而保留于滤膜内部，如果要想将液体挤出膜孔就需要外加一个气体压力，能够克服表面张力将膜孔内的液体完全挤出时所需要的最小压力就是滤膜的泡点值压力，也就是滤膜的起泡点。基于这种原理的测试方法，就是起泡点测试法(图2.74)。
图2.74起泡点测试原理
起泡点测试是应用最为广泛的一种非破坏性完整性测试方法。以下为泡点值计算公式
式中，BP为泡点压力;d为孔径;k为形状矫正因子;θ为液固接触角;γ为表面张力。
膜材料、表面张力、接触角和有效孔径都会影响滤膜的泡点值。对滤膜而言，有很多微孔存在，每个孔的泡点值不一定完全一样，所以滤膜的泡点值指的是该滤膜可能的最大膜孔的泡点值，也就是最大直径膜孔的泡点。当达到泡点后，滤膜至少有一个孔会被吹干，气体会迅速通过该干燥的孔吹至膜下游，从下游气体流量的突变可以判断该滤膜达到了泡点。高起泡点值并不是意味好的过滤膜，例如，两种无菌过滤膜用同一细菌截留可能有不同的最小泡点值;同一种无菌过滤膜采用不同的溶剂进行润湿也会产生不同的最低泡点值。
起泡点测试操作方法
起泡点测试的操作方法分为手动和自动两种。手动测试通常适用于过滤器面积小于2000cm2的工况;自动测试适用于气体流速超过100ml/mm或自动测试仪限定的工况。对大面积过滤器而言，由于扩散流较大，手工完整性测试中可能会影响泡点值的判断，所以，对于大面积滤器手工测试推荐采用扩散流测试;而对于小面积过滤器，由于泡点与滤器孔径可以直接关联，可以采用起泡点测试(图2.75)。
图2.75手动操作的起泡点实验
水浸入测试
水浸入(HydroCorr)测试也称为“挤水法”，该测试方法是基于水在疏水性滤膜表面存在表面张力和毛细管现象发展出来的。把水压进最大的膜孔所需要的最小压力称为水侵入压力，进行HydroCorr测试时的压力要低于水侵入压力，而对于一个完整的过滤器，将不会有水真正通过过滤膜进入下游。HydroCorr测试过程中，测定的是折叠过滤器结构尺寸上被挤压而产生的液面下降形成的“表观”水流量(图2.76)，其水流指标是与细菌挑战有关。
图2.76水浸入(HydroCorr)测试的原理
HydroCorr测试法是一种高度灵敏、不用醇类而根据水流量进行疏水性滤膜完整性测试的方法，它有效避免了乙醇与水混合物作为疏水滤芯润湿溶液带来的成本高、燃烧隐患、高扩散流、难于在线测试且残留有机溶剂等缺陷。由于滤膜没有被润湿，几乎是干燥的，所以可以在完整性测试结束后马上投入使用，而只需要最少的或不需要干燥工作。
扩散流测试
扩散流测试也称前进流测试，该方法主要是基于溶解/扩散模型。当滤膜被润湿液体完全润湿后，如果在过滤器的上游存在压缩气体，而该压缩气体的压力值又小于泡点压力时，压缩气体一侧的气体浓度会高于常压一侧，气体分子会从高压侧溶解到润湿液体中并扩散至常压侧,如果在下游接一根管道会发现有气体缓慢流出，在低压侧的气体流量即为扩散流(图2.77)，通过检测扩散流的完整性测试方法称为扩散流测试。
图2.77扩散流与起泡点的区别
气体的扩散符合Fick定律，扩散流量与滤膜两侧压差和膜面积成正比，为了消除测试压力不同所带来的影响，扩散流测试都在固定的压力下进行(通常为泡点值的80%)。以下为扩散流计算公式
扩散流量=
式中，扩散流量为低压侧的气体流量;K为扩散/溶解常数;P1-P2为膜两侧压差;P为滤膜开孔率;L为有效膜孔的长度;A为膜表面积。
压力对滤膜的透过气流量有较大影响。压力增加，滤膜透过的气体流量会随着增加，滤膜下游的气流从扩散流、泡点区到大量气流逐渐过渡，图2.78为滤膜的压力/流量特征曲线。改变完整性检测气体对扩散流结果也会有影响，例如，在2.8bar下采用氮气和压缩空气分别对某同一只滤膜进行扩散流试验，氮气的扩散流值为不高于8ml/min;压缩空气的扩散流值为不高于l0ml/min。二氧化碳在水中溶解性较大，不能作为完整性检测气体使用。
图2.78滤膜的压力/流量特征曲线
扩散流可以评价滤膜的完整性，通过在测试压力下测量气体扩散流量可以测量扩散流(图2.79)。温度对扩散流有较大影响，但扩散流与滤膜孔径无关，对于大面积滤器测试，滤膜面积不会影响扩散流测试结果的判断，推荐采用扩散流测试。
图2.79扩散流工作原理图
完整性检测不同要求
中国GMP2010版虽然没有明确过滤前必须做完整性检测，但欧盟和FDA均要求除菌级过滤器在灭菌后及时进行完整性检测，以保证在药液过滤前除菌滤膜始终处于完整状态。扩散流试验的操作方法分为手动和自动两种，自动完整性检测仪(图2.80)可以在排除下游无菌状态受到影响的情况下操作，它排除了操作人员的主观因素，每次操作后可打印记录并可验证，完全符合GMP的质量控制要求。
图2.80在线完整性检测仪
