制藥用水系統中的紅銹成因分析及清除
概述
在制藥用水儲存與分配系統中，基本上只要采用了不銹鋼材質，都不可被避免出現紅銹。藥典及GMP并對制藥用水（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，但均對制藥用水和由制藥用水生產的產品的質量進行了規定，在EMEA“note for guidance on specification limits for residues
of metal catalysts”中也對金屬含量進行了規定。就目前的研究而言，雖然紅銹的存在，并未引起制藥用水質量超出藥典要求，但其存在，可能存在一定的風險，如金屬離子Mn、Cr殘留在產品中，引起產品的不合格，或與產品相互反應，或者游離的紅銹微粒影響產品質量或堵塞過濾器等。
形成機理
紅銹的形成是不銹鋼中的鐵被氧化的電化學現象，但其機理并未完全被證明，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，構成了化學還原環境，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形成的動態鈍化層，當溫度升高時，系統中O2含量降低，Cr2O鈍化層減少，由此暴露出的鐵被氧化。
雖然紅銹的形成機理并未被研究透徹，但試驗證明引起或加劇紅銹產生的因素多種多樣。主要影響因素如下：
-
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，當然不同標準中的316L不銹鋼，其元素含量仍然是有區別的。
-
焊接。焊接改變合金組成，在焊點位置，含量較高，更易形成紅銹，基本上系統中焊接位置最早出現紅銹。
-
鈍化。鈍化在不銹鋼表面形成的Cr2O鈍化層，保護不銹鋼中的鐵免受氧化。
-
制造方法。采用鍛造方法生產的不銹鋼比鑄造具有更低的鐵含量。
-
流體性質。系統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，對鈍化層腐蝕性較大。
-
流體速度。較高的流體速度或剪切力加劇紅銹產生，因此在系統中噴淋球和離心泵較早出現紅銹。
-
溫度。溫度越高，越容易產生紅銹，注射用水及純蒸汽系統比純化水系統更容易產生紅銹，并且情況更加嚴重。
程度分級
根據紅銹嚴重程度，我們可將紅銹分為三級。但系統中出現的紅銹，并不單純的屬于某一種級別。
-
一級：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。
-
二級：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、藍色及黑色等，其主要由氯及其它鹵素侵蝕不銹鋼表面引起。
-
三級：由高溫引起的氧化物沉淀，其組成和結構不同于一、二級紅銹，主要為Fe3O4，結構中還含有一定量的Cr、Ni、Si，顏色有金色、藍色及黑色，極難除去。
分析方法
根據不銹鋼鈍化層的分析方法，開發了幾種常見的紅銹分析方法，分為對流體進行分析和對不銹鋼表面分析。對流體的分析方法主要有：超痕量無機分析（ICP/MS）、標準微粒分析-光阻法、超痕量無機分析（SEM/EDX）及傅里葉變換紅外光譜法（FTIR）。對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）、化學分析電子光譜（ESCA）或X-射線光電子光譜（XPS）、電化學阻抗譜。其中對不銹鋼表面的分析方法多數具有破壞性。