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制药用水系统中的红锈成因分析及清除

允咨GMP制药技术

概述

在制药用水储存与分配系统中，基本上只要采用了不锈材质，都不可被避免出现红锈。

药典及GMP并对制药用水（如纯化水、注射用水及纯蒸汽）的要求中并未明确提及红锈

及其限度，但均对制药用水和由制药用水生产的产品的质量进行了规定，在

EMEA“noteforguidanceonspecificationlimitsforresiduesofmetalcatalysts”

中也对金属含量进行了规定。就目前的研究而言，虽然红锈的存在，并未引起制药用水质

量超出药典要求，但其存在，可能存在一定的风险，如金属离子Mn、Cr残留在产品中，

引起产品的不合格，或与产品相互反应，或者游离的红锈微粒影响产品质量或堵塞过滤器

等。

形成原理

红锈的形成是不锈中的铁被氧化的电化学现象，但其机理并未完全被证明，目前存在两

种主要的假定。理论一：CO2溶解在制药用水中，生成H2CO3，构成了化学还原环境，

腐蚀不锈表面钝化层（Cr2O），由此暴露出的铁被氧化形成红锈。理论二：不锈表

面形成的钝化层，为Cr与O2形成的动态钝化层，当温度升高时，系统中O2含量降低，

Cr2O钝化层减少，由此暴露出的铁被氧化。

虽然红锈的形成机理并未被研究透彻，但试验证明引起或加剧红锈产生的因素多种多样。

主要影响因素如下：

01

1.不锈钢的选择。低碳高镍的不锈钢具有更好的耐腐蚀性，因此，我们更

向于选择316L不锈钢，当然不同标准中的316L不锈钢，其元素含量

仍然是有区别的。02

2.焊接。焊接改变合金组成，在焊点位置，含量较高，更易形成红锈，基本

上系统中焊接位置最早出现红锈。3

3.钝化。钝化在不锈钢表面形成的Cr2O钝化层，保护不锈钢中的铁免

受氧化4

4.制造方法。采用锻造方法生产的不锈钢比铸造具有更低的铁含量。

5.流体性质。系统中工艺流体偏酸性或具有腐蚀性，如含有较高的卤素离子

或高盐缓冲体系，对钝化层腐蚀性较大。06

6.流体速度。较高的流体速度或剪切力加剧红锈产生，因此在系统中喷淋球

和离心泵较早出现红锈。7

7.温度。温度越高，越容易产生红锈，注射用水及纯蒸汽系统比纯化水系统

更容易产生红锈，并且情况更加严重。

程度分级

根据红锈严重程度，我们可将红锈分为三级。但系统中出现的红锈，并不单纯的属于某一

种级别。

一级：附着在不锈钢表面，易于清除的金属氧化物或氢氧化物，主要为FeO，

颜色从橙色到橙红色。

二级：非钝化表面的原位氧化，主要为Fe2O3，还含有一定量的

Cr、Ni氧化物及碳，颜色多样，橙色、红色、蓝色及黑色等，其主要由氯及其

它卤素侵蚀不锈钢表面引起。

三级：由高温引起的氧化物沉淀，其组成和结构不同于一、二级红锈，主要为

Fe3O4，结构中还含有一定量的Cr、Ni、Si，颜色有金色、蓝色及黑色，

极难除去。

根据不锈钝化层的分析方法，开发了几种常见的红锈分析方法，分为对流体进行分析和

对不锈表面分析。对流体的分析方法主要有：超痕量无机分析（ICP/MS）、标准微粒

分析-光阻法、超痕量无机分析（SEM/EDX）及傅里叶变换红外光谱法（FTIR）。对不

锈表面分析的方法主要有显微镜或人眼检查、扫描俄歇微量分析（SAM）或俄歇电子

能谱（AES）、化学分析电子光谱（ESCA）或X-射线光电子光谱（XPS）、电化学阻抗

谱。其中对不锈表面的分析