Lấy Mẫu Isokinetic Trong Dòng Khí Một Chiều/ Isokinetic Sampling in Unidirectional Flow

Giới Thiệu

Để duy trì tuân thủ các quy định và sản xuất sản phẩm với rủi ro hạn chế, các công ty dược phẩm sản xuất sản phẩm trong môi trường kiểm soát như phòng sạch. Phòng sạch giảm rủi ro biến đổi và ô nhiễm hạt, được định nghĩa là các phòng mà việc lọc không khí, phân phối không khí, tiện ích, vật liệu xây dựng, và thiết bị được duy trì một cách kiểm soát.

Một kỹ thuật quản lý ô nhiễm phổ biến mà phòng sạch sử dụng là dòng khí một chiều. Phòng sạch với dòng khí một chiều sử dụng tốc độ không khí kiểm soát, ổn định trong các dòng song song di chuyển theo một hướng để giảm thiểu khả năng di chuyển của ô nhiễm. Phòng sạch một chiều thường được thiết kế sử dụng các hộp lọc khí laminar hướng dẫn không khí, và dòng khí được thiết kế để làm sạch hạt từ nguồn ô nhiễm tiềm năng ra khỏi khu vực nguy cơ trước khi thoát khỏi khu vực xử lý. Dòng khí laminar liên tục đảm bảo rằng ô nhiễm tiềm năng không lan rộng ra ngoài khu vực kiểm soát.

"Isokinetic sampling" (lấy mẫu đẳng động lực) là một phương pháp lấy mẫu không khí trong các môi trường có kiểm soát, như phòng sạch, nhằm mục đích giám sát và đánh giá chất lượng không khí, đặc biệt trong ngành sản xuất dược phẩm và công nghệ sinh học. Trong môi trường này, việc kiểm soát hạt tiểu phân và vi sinh vật trong không khí là hết sức quan trọng."

Trong mẫu lấy đẳng động lực, tốc độ không khí đi vào thiết bị lấy mẫu (như một máy đếm hạt hoặc một thiết bị lấy mẫu vi sinh vật) được điều chỉnh sao cho phù hợp với tốc độ của không khí trong môi trường xung quanh. Mục đích là để đảm bảo rằng không khí và các hạt chứa trong đó được hút vào thiết bị một cách tự nhiên, không làm thay đổi hướng di chuyển hay tốc độ của chúng. Điều này giúp thu được mẫu không khí đại diện chính xác cho điều kiện môi trường.
Việc lấy mẫu đẳng động lực quan trọng bởi vì nó giúp tránh việc mất mát hạt tiểu phân hoặc vi sinh vật do thay đổi tốc độ không khí khi đi qua thiết bị lấy mẫu, từ đó cung cấp kết quả phân tích chính xác và đáng tin cậy. Đây là một yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng và tuân thủ các tiêu chuẩn vệ sinh trong sản xuất dược phẩm và các lĩnh vực liên quan đến môi trường sạch 

.

Yêu Cầu Thiết Kế Dòng Không Khí Một Chiều 

Có một tốc độ  dòng không khí tối ưu trong môi trường đơn hướng cần thiết để hoạt động như không khí bao phủ. Tốc độ dòng này trước đây được định nghĩa là 90 feet/phút, tương đương khoảng 0.45 m/s.

Để lấy mẫu không khí này mà không làm gián đoạn mô hình dòng khí (và do đó thu thập phản ánh chính xác nhất về các hạt trong dòng đó), lấy mẫu isokinetic là cần thiết. Nguyên tắc của lấy mẫu isokinetic là:

1.  1 - Tốc độ không khí đi vào ống lấy mẫu bằng với vận tốc không khí không bị xáo trộn tại điểm đó.
2.  2- Bắt các hạt đi qua một khu vực xác định trong một thời gian xác định mà không làm xáo trộn quỹ đạo hoặc dòng chảy của chúng.
3. 3 - Làm xáo trộn không khí càng ít càng tốt để cùng một hạt (không nhiều hơn và không ít hơn) đi vào nút như chúng sẽ đi qua khu vực của nút nếu không có nút ở đó.

Tốc độ dòng không khí của phòng sạch phải phù hợp với vận tốc tuyến tính vào lỗ mở của máy đếm hạt càng chặt chẽ càng tốt để giảm thiểu mất mẫu, dẫn đến lỗi nếu các vận tốc không phù hợp (lấy mẫu dưới và quá isokinetic). Vì dòng không khí qua nhiều môi trường không luôn có thể ở tốc độ dòng được chỉ định hoặc ổn định ở một tốc độ lưu lượng cụ thể, một biến động được cho phép. Điều này cần được xác nhận để duy trì hiệu ứng mong muốn của việc tạo ra không khí bao phủ đảm bảo rằng hạt được quản lý trong một khu vực mong muốn và thoát hiệu quả; điều này được thực hiện bằng cách nghiên cứu dòng không khí.

Lấy Mẫu Isokinetic trong Dòng Một Chiều/ Đơn Hướng Khi lấy mẫu với vận tốc không phù hợp vào ống lấy mẫu, điều kiện lấy mẫu anisokinetic (lấy mẫu isokinetic cao hoặc thấp) ảnh hưởng đến dữ liệu từ góc độ tổng số lượng và phân bố hạt, vì việc thu thập nhiều hoặc ít hạt hơn có thể xảy ra trong các điều kiện này.

Lấy mẫu isokinetic:

Hình 1 SƠ ĐỒ LẤY MẪU ISOKINETIC

1. Lấy mẫu Sub- isokinetic: vận tốc không khí xung quanh ống lấy mẫu lớn hơn vận tốc không khí đi vào ống lấy mẫu. Trong trường hợp này, một lớp không khí bao phủ hình thành xung quanh ống lấy mẫu đẩy lưu lượng ra xa khỏi ống lấy mẫu. Các hạt nặng vẫn di chuyển theo lưu lượng thẳng xuống, đơn hướng ngay cả khi lưu lượng mà chúng nằm trên là một phần của lớp bao phủ vì động lượng của chúng đưa chúng vào ống lấy mẫu. Điều này dẫn đến việc thu thập quá mức các hạt lớn.
2. Lấy mẫu Super- isokinetic : vận tốc không khí xung quanh ống lấy mẫu nhỏ hơn vận tốc không khí đi vào ống lấy mẫu. Trong trường hợp này, các lưu lượng bị biến dạng để kéo thêm các dòng vào ống lấy mẫu. Các hạt nặng vẫn di chuyển theo dòng khí thẳng xuống, đơn hướng ngay cả khi lưu lượng mà chúng nằm trên bị kéo vào ống lấy mẫu vì động lượng của chúng đưa chúng qua ống lấy mẫu. Điều này dẫn đến việc thu thập ít hạt lớn hơn.

Quy Định và Dung Sai

Khi đã xác định được phạm vi lưu lượng không khí chấp nhận cho một vị trí, việc lấy mẫu isokinetic nên được thực hiện tại vị trí đó. EU GMP Phụ lục 1 khuyến nghị:

• 4.30 Tốc độ không khí cung cấp bởi hệ thống lưu lượng không khí đơn hướng nên được biện minh rõ ràng trong giao thức đủ điều kiện bao gồm vị trí đo tốc độ không khí. Tốc độ không khí nên được thiết kế, đo lường và duy trì để đảm bảo rằng chuyển động không khí đơn hướng thích hợp cung cấp bảo vệ cho sản phẩm và các thành phần mở tại vị trí làm việc (ví dụ, nơi diễn ra các hoạt động rủi ro cao và nơi sản phẩm và/hoặc thành phần được tiếp xúc). Hệ thống dòng không khí một chiều nên cung cấp một tốc độ không khí đồng nhất trong khoảng 0.36 – 0.54 m/s (giá trị hướng dẫn) tại vị trí làm việc, trừ khi được biện minh khoa học khác trong CCS.

Các nghiên cứu trực quan hóa lưu lượng không khí nên tương quan với việc đo tốc độ không khí.

• Ống lấy mẫu được sử dụng trong môi trường một chiều được thiết kế cho tỷ lệ lưu lượng không khí 0.45 m/s. Tuy nhiên, với các lưu lượng không khí cho phép từ 0.36 đến 0.54 m/s, liệu ống lấy mẫu có đáp ứng được thông số kỹ thuật cho lấy mẫu isokinetic ở các giới hạn của phạm vi hay không?

Belyaev và Levin (Tạp chí Khoa học Aerosol, Tập 5 Số 4, Tháng 8 năm 1974) khuyến nghị rằng một dung sai lỗi lấy mẫu 5% xung quanh lấy mẫu isokinetic được coi là chấp nhận được. Dung sai này mạnh mẽ trên một phạm vi các tốc độ lưu lượng không khí và tỷ lệ lưu lượng thiết bị tìm thấy trong các ứng dụng phòng sạch và thiết bị không khí sạch. Dung sai là một chức năng của cách các hạt có kích thước khác nhau di chuyển (yếu tố trượt Cunningham) trong các dòng không khí khi có sự thay đổi hướng liên quan đến lấy mẫu super-isokinetic hoặc sub-isokinetic.

Nếu các dung sai được tính toán cho các tỷ lệ lưu lượng không khí cho phép với EU GMP Phụ lục 1 (2023), chúng ta thấy kết quả sau:
Hình 2 DUNG SAI LẤY MẪU ANISOKINETIC

KẾT LUẬN :

Nếu chúng ta áp dụng dung sai lỗi lấy mẫu 5%, một khoản dung sai được khuyến nghị trong ngành, phạm vi các tỷ lệ lưu lượng không khí có thể đạt được khi sử dụng một thiết kế ống lấy mẫu tiêu chuẩn là từ 0.22 đến 0.54 m/s, nằm trong phạm vi các tỷ lệ lưu lượng không khí được phê duyệt trong quy định Phụ lục 1 cho lấy mẫu isokinetic.

*Lấy mẫu "Anisokinetic" (còn được gọi là mẫu lấy không đẳng động lực) là một điều kiện trong quá trình lấy mẫu không khí mà ở đó tốc độ không khí đi vào thiết bị lấy mẫu không khớp với tốc độ của không khí trong môi trường xung quanh. Trong tình huống này, hạt bẩn hoặc vi sinh vật trong không khí có thể không được thu thập một cách chính xác, dẫn đến kết quả phân tích không đáng tin cậy.  

 Lấy mẫu anisokinetic thường xảy ra trong hai trường hợp chính:

Sub-isokinetic sampling (Lấy mẫu dưới đẳng động lực): Tại đây, tốc độ không khí đi vào thiết bị lấy mẫu chậm hơn tốc độ của không khí môi trường xung quanh. Trong trường hợp này, một số hạt lớn hơn có thể không được thu thập do chúng tiếp tục di chuyển theo hướng ban đầu thay vì được hút vào thiết bị lấy mẫu.

Super-isokinetic sampling (Lấy mẫu trên đẳng động lực): Ngược lại, tốc độ không khí đi vào thiết bị lấy mẫu nhanh hơn tốc độ của không khí môi trường xung quanh. Điều này có thể dẫn đến việc hút thêm không khí từ các khu vực lân cận vào thiết bị lấy mẫu, tạo ra kết quả không chính xác vì thu thập thêm hạt bẩn hoặc vi sinh vật không đại diện cho không khí môi trường.

Trong cả hai trường hợp, lấy mẫu anisokinetic có thể ảnh hưởng đến chất lượng và độ chính xác của kết quả phân tích, làm giảm tính hiệu quả của quá trình kiểm soát và đảm bảo chất lượng trong môi trường sạch như phòng sạch hay trong sản xuất dược phẩm.

Tham khảo và dựa theo bài viết của : Tác giả: Mark Hallworth

• Ông là Quản lý Toàn cầu về Khoa học và Đời Sống và Nhà Khoa học GMP Cao cấp tại Particle Measuring Systems. Trong suốt sự nghiệp dài hạn của mình trong lĩnh vực kiểm soát ô nhiễm, ông đã quản lý thiết kế, lắp đặt và xác nhận của hơn 200 dự án hệ thống giám sát môi trường trên toàn thế giới. Ông đã thiết kế nhiều sản phẩm đặc biệt cho việc giám sát môi trường dược phẩm, bao gồm máy đếm hạt cho các khu vực cháy nổ và ăn mòn và phần mềm tuân thủ 21 CFR phần 11 cho thử nghiệm và phát hành lô hàng. Hiện tại, ông thường xuyên giảng dạy cho PDA, ISPE và các hội dược phẩm quốc tế khác về giám sát môi trường và thiết kế và xác nhận tuân thủ GMP. Mark đã viết hơn 100 bài báo kỹ thuật về giám sát môi trường và đóng góp vào một số sách chuyên ngành trong lĩnh vực này. Ông đã được trao giải thưởng James Mildon của IEST vì "những đóng góp quan trọng cho sự tiến bộ và tăng cường kiến thức trong lĩnh vực kiểm soát ô nhiễm"

•