制藥用水系統(tǒng)中的紅銹成因分析及清除
概述
在制藥用水儲(chǔ)存與分配系統(tǒng)中，基本上只要采用了不銹鋼材質(zhì)，都不可被避免出現(xiàn)紅銹。藥典及GMP并對(duì)制藥用水（如純化水、注射用水及純蒸汽）的要求中并未明確提及紅銹及其限度，但均對(duì)制藥用水和由制藥用水生產(chǎn)的產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行了規(guī)定，在EMEA“note for guidance on specification limits for residues
of metal catalysts”中也對(duì)金屬含量進(jìn)行了規(guī)定。就目前的研究而言，雖然紅銹的存在，并未引起制藥用水質(zhì)量超出藥典要求，但其存在，可能存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，如金屬離子Mn、Cr殘留在產(chǎn)品中，引起產(chǎn)品的不合格，或與產(chǎn)品相互反應(yīng)，或者游離的紅銹微粒影響產(chǎn)品質(zhì)量或堵塞過(guò)濾器等。
形成機(jī)理
紅銹的形成是不銹鋼中的鐵被氧化的電化學(xué)現(xiàn)象，但其機(jī)理并未完全被證明，目前存在兩種主要的假定。理論一：CO2溶解在制藥用水中，生成H2CO3，構(gòu)成了化學(xué)還原環(huán)境，腐蝕不銹鋼表面鈍化層（Cr2O），由此暴露出的鐵被氧化形成紅銹。理論二：不銹鋼表面形成的鈍化層，為Cr與O2形成的動(dòng)態(tài)鈍化層，當(dāng)溫度升高時(shí)，系統(tǒng)中O2含量降低，Cr2O鈍化層減少，由此暴露出的鐵被氧化。
雖然紅銹的形成機(jī)理并未被研究透徹，但試驗(yàn)證明引起或加劇紅銹產(chǎn)生的因素多種多樣。主要影響因素如下：
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不銹鋼的選擇。低碳高鎳的不銹鋼具有更好的耐腐蝕性，因此，我們更傾向于選擇316L不銹鋼，當(dāng)然不同標(biāo)準(zhǔn)中的316L不銹鋼，其元素含量仍然是有區(qū)別的。
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焊接。焊接改變合金組成，在焊點(diǎn)位置，含量較高，更易形成紅銹，基本上系統(tǒng)中焊接位置最早出現(xiàn)紅銹。
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鈍化。鈍化在不銹鋼表面形成的Cr2O鈍化層，保護(hù)不銹鋼中的鐵免受氧化。
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制造方法。采用鍛造方法生產(chǎn)的不銹鋼比鑄造具有更低的鐵含量。
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流體性質(zhì)。系統(tǒng)中工藝流體偏酸性或具有腐蝕性，如含有較高的鹵素離子或高鹽緩沖體系，對(duì)鈍化層腐蝕性較大。
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流體速度。較高的流體速度或剪切力加劇紅銹產(chǎn)生，因此在系統(tǒng)中噴淋球和離心泵較早出現(xiàn)紅銹。
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溫度。溫度越高，越容易產(chǎn)生紅銹，注射用水及純蒸汽系統(tǒng)比純化水系統(tǒng)更容易產(chǎn)生紅銹，并且情況更加嚴(yán)重。
程度分級(jí)
根據(jù)紅銹嚴(yán)重程度，我們可將紅銹分為三級(jí)。但系統(tǒng)中出現(xiàn)的紅銹，并不單純的屬于某一種級(jí)別。
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一級(jí)：附著在不銹鋼表面，易于清除的金屬氧化物或氫氧化物，主要為FeO，顏色從橙色到橙紅色。
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二級(jí)：非鈍化表面的原位氧化，主要為Fe2O3，還含有一定量的Cr、Ni氧化物及碳，顏色多樣，橙色、紅色、藍(lán)色及黑色等，其主要由氯及其它鹵素侵蝕不銹鋼表面引起。
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三級(jí)：由高溫引起的氧化物沉淀，其組成和結(jié)構(gòu)不同于一、二級(jí)紅銹，主要為Fe3O4，結(jié)構(gòu)中還含有一定量的Cr、Ni、Si，顏色有金色、藍(lán)色及黑色，極難除去。
分析方法
根據(jù)不銹鋼鈍化層的分析方法，開(kāi)發(fā)了幾種常見(jiàn)的紅銹分析方法，分為對(duì)流體進(jìn)行分析和對(duì)不銹鋼表面分析。對(duì)流體的分析方法主要有：超痕量無(wú)機(jī)分析（ICP/MS）、標(biāo)準(zhǔn)微粒分析-光阻法、超痕量無(wú)機(jī)分析（SEM/EDX）及傅里葉變換紅外光譜法（FTIR）。對(duì)不銹鋼表面分析的方法主要有顯微鏡或人眼檢查、掃描俄歇微量分析（SAM）或俄歇電子能譜（AES）、化學(xué)分析電子光譜（ESCA）或X-射線光電子光譜（XPS）、電化學(xué)阻抗譜。其中對(duì)不銹鋼表面的分析方法多數(shù)具有破壞性。