多孔材料的快速完整性测试的制作方法

专利名称：：多孔材料的快速完整性测试的制作方法
技术领域：
：本发明大体涉及有效性测试领域。在特定实施例中，本发明涉及多孔材料的完整性测试。
背景技术：
：多孔材料在包括加工例如过滤、包装、容纳、以及运输制成品和原材料的广泛工业应用中起着重要作用。使用它们的工业装配包括药物和生物工艺学工业；油气工业、食品加工以及包装工业也包括在其中，但较少。在例如药物和生物工艺学工业以及食品工业的一些这样工业中，多孔材料例如隔膜可以用作过滤装置，以从可销售的最终产品消除不需要的并且潜在有害的污染物。质量控制与质量保证要求这些过滤装置符合需要的性能标准。完整性测试提供了一种用于确保特定装置满足其需求性能标准的装置。典型地，在隔膜的情况下，完整性测试确保隔膜无缺陷，例如，隔膜上的裂口超过要求的尺寸限制，这种裂口会损伤隔膜的功能，因此使得最终产品变成具有有害和不需要材料的污染物。前面已经对适合于确保隔膜例如过滤装置的性能标准的多种完整性测试作了描述。这些测试包括粒子对抗测试、液一液通气性测试、泡点测试、空气一'水扩散测试以及测量探测成分的扩散测试(参见，例如，美国专利6983505;6568282;5457986;5282380;5581017;Phillips和Dilieo，1996，生物制剂24:243;Knight和Badenhop，1990，第8届隔膜设计年会，Newton，MA;Badenhop;Meltzer禾口Jorritz,1998，生物制药学工业中的过滤，MarcelDekkar，Inc.，纽约，N.Y.)。许多适合于测试隔膜完整性的装置都作了描述(参见，例如，美国专利:4701861;6907770;4881176)。前面描述的完整性测试具有明显缺陷。例如，粒子对抗测试是破坏性的，并且因此仅能在给定的样品上实现一次。尽管其可以用于使用后的完整性测试，但其不合适使用前的有效性，除非确认生产批量的性能。然而，批量有效性基本不提供对生产批量中的单个隔膜完整性的保证。并且，测试过程与分析是困难和复杂的。基于流动的测试提供了一种完整性测试多孔材料的方法，该方法不需要破坏样品。这样使得单个样品反复测试。测试可以在使用之前或一次或多次使用完成后进行。然而，基于流动的测试在其灵敏度上受到限制，例如，隔膜缺陷的尺寸探测限制。某些基于流动的测试的进一步限定是它们对过度麻烦的探测方法的依赖。而且，某些基于流动的测试需要系统在完整性测试开始之前保持在稳态。在它们昂贵的消耗与环境不友好的反应物中，这些测试相对较慢并且效率低。因此，存在适合于任何多孔材料包括例如单层和多层装置(即由多个隔膜组成的装置)的完整性测试的需要。测试应快速、灵敏、非破坏性、费用低、并且易于实现。并且，测试需要对昂贵试剂的使用最小化。能够树如通过尺寸或密度表征缺陷，以确定是否多孔材料所需的性能标准已经由于缺陷而受到危及、或者是否缺陷按照性能标准是无关紧要的。还存在对能够完成这种测试的仪器和系统的需要。在此公开的本发明的各种实施例满足这些需求。
发明内容本发明的某些实施例提供了一种用于评估多孔材料的完整性的方法，该方法快速、灵敏、可再现、非破坏性、成本低、就多孔材料的方向而言是灵活的、适合多种信号探测装置、并且易于实现。多孔材料可以包括单层或多层隔膜装置。因此，在某些实施例中，本发明提供了一种多孔材料的完整性测试方法，该方法基于在诸如隔膜的多孔材料的渗透物中的一种或多种可探测物质例如一种或多种气体的浓度。在某些实施例中，测试可以是二元气体测试，即，依据两种气体，然而，多于两种的气体也可以考虑为其它的可探测物质，例如，一种或多种液体。本发明的其它实施例提供了一种例如通过尺寸或密度表征多孔材料中缺陷的方法，以确定是否多孔材料所需的性能标准由于缺陷已经被危及或者是否缺陷按照性能标准是无关紧要的。其它实施例提供了一种能够实现这些完整性测试的仪器和方法。在一个实施例中，本发明提供了一种评估多孔材料完整性的方法，所述方法包括a)用液体润湿多孔材料；b)使多孔材料的第一表面与包括载体和可探测物质的混合物接触；c)对多孔材料的第一表面施加压力，使得载体和可探测物质中的至少一些渗透多孔材料；d)在继续步骤C)的施加压力同时，再循环来自渗透侧固定容积内的多孔材料渗透物的步骤b)中的混合物；e)评估固定容积内的多孔材料的渗透物中可探测物质随着时间的浓度。测试可以任意地包括附加步骤f)将步骤e)中评估的浓度与完整多孔材料的渗透物中可探测物质的浓度进行比较，其中步骤e)中的评估的浓度大于完整多孔材料的渗透物中可探测物质的浓度则表明多孔材料是不完整的。当在此指代多孔材料时，完整表示非缺陷的。在另一实施例中，本发明提供了一种评估多孔隔膜完整性的方法，所述方法包括a)用液体润湿多孔材料；b)使多孔材料的第一表面与压縮空气和碳氟化合物接触，使得形成包括压縮空气和碳氟化合物的混合物；c)对多孔材料的第一表面施加压力，使得载体和碳氟化合物中的至少一些渗透多孔材料；d)在继续步骤c)的施加压力同时，再循环来自渗透侧固定容积内的多孔材料渗透物的步骤b)中的混合物；e)评估多孔材料的渗透物中碳氟化合物随着时间的浓度；以及步骤f)将步骤e)中评估的浓度与暴露相同条件下的完整多孔材料的渗透物中碳氟化合物随着时间的浓度进行比较，其中步骤e)中评估的浓度大于完整多孔材料的渗透物中碳氟化合物的浓度则表明多孔材料是不完整的。在另一实施例中，本发明提供了一种评估样品多孔材料中缺陷尺寸的方法，其包括a)用液体润湿多孔材料；b)使多孔材料的第一表面与包括载体和可探测物质的混合物接触；c)对多孔材料的第一表面施加压力，使得载体和可探测物质中的至少一些渗透多孔材料；d)在继续步骤c)的施加压力同时，再循环在渗透侧固定容积内的多孔材料渗透物中发现的混合物；e)评估多孔材料的渗透物中可探测物质随着时间的浓度；以及f)将步骤e)中评估的浓度与一种或多种标准多孔材料的渗透物中可探测物质随着时间的浓度进行比较，其中，所述一种或多种标准多孔材料中的每个均包括己知尺寸的缺陷、并且经受与样品多孔材料相同测试条件，从而确定缺陷尺寸。在进一步的实施例中，本发明提供了一种表征样品多孔材料中缺陷的方法，其包括a)用液体润湿多孔材料；b)使多孔材料的第一表面与包括载体和可探测物质的混合物接触；c)对多孔材料的第一表面施加压力，使得载体和可探测物质中的至少一些渗透多孔材料；d)在继续步骤c)的施加压力同时，再循环在渗透侧固定容积内的多孔材料渗透物中发现的混合物；e)评估多孔材料的渗透物中可探测物质随着时间的浓度；以及f)将步骤e)中评估的浓度与包括预定尺寸缺陷的一种或多种己知标准多孔材料的渗透物中可探测物质的计算理论浓度进行比较。本领域技术人员应该知道的是，以上说明的每种方法中列举的步骤中的一个或多个可以合并为单一步骤。在又一实施例中，本发明提供了一种用于评估样品多孔材料完整性的仪器，所述仪器包括a)适合于接收将要进行完整性测试的多孔材料的壳体；b)与壳体流体连通的可探测物质源；c)与壳体流体连通的可探测物质的载体源；d)用于探测可探测物质的探测器；e)与探测器以及用于容纳多孔材料的壳体流体连通的再循环泵；以及f)外力源。在其它实施例中，本发明提供了一种用于评估样品多孔材料完整性的系统，该系统包括适合于评估多孔材料完整性的仪器和适合于接收用户输入的可编程逻辑控制器。本发明其它的目标和优点将部分在以下的说明中陈述，部分从说明中显而易见，或可以从本发明的实施中了解到。本发明的目的和优点将通过在所附权利要求中详细指出的元件和组合而实现和获得。应该知道的是，上述的一般性说明以及以下的详细说明均只是典型地和解释性地，并不是对要求保护的发明进行限制。图la为根据本发明一个实施例的用于测试隔膜筒体的完整性的仪器的示意图；图lb为仪器壳体与样品隔膜的第一横截面；图lc为仪器壳体与样品隔膜的第二横截面；图ld为壳体与样品隔膜的侧视图。图2为显示在具有不同尺寸缺陷的隔膜筒体中傅里叶变换红外光谱(FTIR)信号比较的曲线图。图3为显示具有已知尺寸缺陷的隔膜筒体的理论计算与实验观察的渗透浓度之间比较的曲线图。图4a为显示在处理隔膜组件过程中采样的氟利昂信号与时间的关系曲线图。图4b为显示在进一步处理后对4a中描述的隔膜同一部分的氟利昂信号与时间的关系曲线图。图5为显示设置有1.31微米固定孔缺陷的已知合格筒体的十次重复测试结果与在缺陷产生之前对相同筒体测试结果的关系曲线图。图6为显示在非优化条件下(正向)(15.5磅/英寸的氟利昂分压力以及46磅/英寸的总接触侧(即，非渗透侧)压力)对几种不对称PES隔膜筒体进行的完整性测试结果的曲线图。孔是指已知尺寸的固定缺陷。筒体0620虽然不具有已形成的孔，但却是己知的缺陷筒体。图7为对图6的一些不对称PES隔膜筒体在优化(反向)与非优化(正向)条件下U1.25磅/英寸的氟利昂分压力和30磅/英寸的总接触侧(即，非渗透侧)压力)进行完整性测试结果比较的曲线图。孔是指己知尺寸的固定缺陷。具体实施方式本发明的方法本发明的某些实施例提供了一种用于评估多孔材料完整性的方法。典型地下游侧容积或渗透容积可以保持相对不变。并且，如果下游容积是己知的，且通过完整隔膜的扩散流是已知的，或与缺陷流相比是无意义的，有效缺陷尺寸可以由渗透中可探测物质浓度的上升率而确定。因此测试依靠于测量作为时间函数的至少一种可探测物质的浓度，例如多孔材料的渗透中的气体或蒸汽，并且随即将该浓度与用于例如隔膜的完整多孔材料的已知或预定值关联，或可选择地将该浓度与具有例如已知尺寸(例如，直径)的缺陷的多孔材料的己知或预定值关联。可探测物质可以再循环，以给探测器提供均匀的渗透样品。可以使用与用于完整性测试的多孔材料的渗透侧相连通的泵完成再循环。在某些实施例中，再循环的好处在于经济和环保，因为其限制了使用试剂的量。再循环率可以调整，以使得可探测物质迅速地汇入到流向探测器的流中。再循环消除了达到稳态的要求，并且因此相比于前述的完整性测试可以提供更迅速的结果。并且，该方法易于适应本领域公知的任何类型的探测器，并且因此在某些实施例中，本发明可以避免使用需要直视距的笨重探测装置，例如光声探测器。相比于前述技术，该方法允许探测更小缺陷。该方法具有较高的可再现性，并且在多孔材料为隔膜的实施例中，该方法允许沿任意方向测试隔膜的完整性。因此，例如，不对称的隔膜可以从孔径较小的张紧表面或孔径较大的开口表面与载体和可探测物质的混合物相接触。类似地，送至探测器的渗透物可以来自隔膜的任意一侧，只要其与最初与混合物相接触侧相反。因此隔膜可以在不需要对隔膜进行物理再定位的情况下，从任意方向进行完整性测试。测试的多孔材料的两侧均可以通过与多孔材料的每侧流体连通的一个或多个排气导管被抽空，因此便于在每次测试后移走可探测物质，从而减少了连续测试的外来干扰、并增加灵敏度。稳态扩散方程提供了流速，该流速是如果在此描述的完整性测试可以平衡至稳态而所能见到的最大流速。这就提出了为什么迅速完成的瞬态测试时间可以较好地适应于确定测试的多孔材料的完整性。如果系统达到稳态，扩散可以通过缺陷克服对流，如果不是不可行的话，该缺陷将使得可探测物质的探测变得困难。稳态气体扩散方程(菲克第一定律)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>其中0=以下游条件估算的气体流量(cm7sec)A二液体密度(g/cm3)M^液体分子量(g/mol)D^穿过液体的气体扩散率(cni7sec)H二享利定律常数(psi)Pif绝对上游压力(psia)P"uF绝对下游压力(psia)L二隔膜厚度(cm)R二气体常数(1205.95cm3psi/mol/K)卜绝对温度(K)Ar二总的隔膜正面面积(cm2)e=隔膜孔隙率可适用于瞬态测试时间的扼流将在下文的16页进行说明。在某些实施例中，根据本发明的完整性测试可以在不必要使得系统达到稳态的情况下进行，并且因此提供了有关例如隔膜的多孔材料完整性的迅速确定。实施本发明方法的条件可以由本领域技术人员选择。作为示例，本发明的方法可以在从大约0。C至大约IOO'C、4'C至大约6(TC、l(TC至大约5(TC、15'C至大约3(TC的温度范围内实施。在一个实施例中，本发明在大约2(TC温度实施。在另一个实施例中，本发明可以在大约4'C温度实施。测试可以在不同压力下进行，即，将要测试的样品多孔材料的一侧可以在第一压力下，样品多孔材料的第二侧可以在第二压力下。在某些实施例中，多孔材料的至少一侧处于等于或接近多孔材料泡点(bubblepoint)的压力下。因此，样品多孔材料的进给侧上的压力可以大于多孔材料渗透物侧上的压力。本发明的方法可以在压力即进给压力从大约1PSI至大约IOOPSI、从大约10PSI至大约70PSI、从大约5PSI至大约60PSI、从大约20PSI至大约45PSI的范围内实施。在另一实施例中，本发明的方法可以在大约30-50PSI的压力下实施。在一个实施例中，本发明的方法可以在大约50PSI的压力下实施。在另一实施例中，本发明的方法可以在大约30PSI的压力下实施。在又一实施例中，本发明的方法可以在大约15PSI的压力下实施。在其它实施例中，本发明可以在刚刚低于多孔材料泡点的压力下实施。在另一实施例中，在测量流速和浓度的同时，压力可以坡度上升，例如，以小增量缓慢增加。在另一实施例中，在测量流速和浓度的同时，压力可以坡度下降，例如，以小增量缓慢减小。压力可以按步进增量坡度上升或下降。步进增量可以在0.5psi与100psi之间；或在lpsi与25psi之间；或优选地在5psi与10psi之间。在某些实施例中，测试能够以将要测试的样品多孔材料的至少一侧在真空下，即在小于14.7psia、或小于5psia的压力下进行。在某些实施例中，载体和可探测物质均可以是气体。在这些实施例中，测试的灵敏度可以如下。由于扩散，探漏气体流量可以是随时间变化的(并且在时间二0处为零)，同时一旦建立并保持压力梯度，则对流流量可以保持不变。一旦在隔膜的上游侧加压，由于扩散，流量将成为零(但正在增加)，同时对流可以完全建立。灵敏度的限制随即变成l)向探测器提供有代表性的样品所要的时间、2)探测器灵敏度、以及3)扩散流量相对于对流流量变得相当大之前的延迟。_<formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>其中y^。^渗透物侧探漏气体摩尔(或体积)分数nT^=探漏气体的摩尔通量(摩尔/秒)NTtnal=在渗透物侧容积内的气体总量(摩尔)_在某些实施例中，可以使用例如与湿液体组分反应的探漏气体的可探测物质。例如，多孔材料可以用氢氧化钠的水溶液润湿。多孔材料可以与二氧化碳(可探测物质)和压縮空气(载体)的混合物相接触，以使得任意扩散入水中的C02均能反应。然而，任意流过缺陷的气体均不能反应，因此存在于渗透物侧的C02可以指示缺陷。本领域技术人员可以知道的是，反应的副产品(在该情况中，其为水溶性的)不得不在使用其之前从多孔材料中冲出。l.量化缺陷尺寸如上所述，在某些情况中有必要能够表征出多孔材料中的缺陷，而不是仅仅标示其存在或没有。本发明的某些实施例提供了计算缺陷直径和分布密度的方法，缺陷直径和分布密度在评估材料完整性、尤其当涉及存留性(retention)时均是有用的。气流穿过缺陷主要归因于对流传递而不是扩散输送。一些研究者对缺陷中的气流进行建模，假定哈根泊肃叶(Hagen-Poiseuille)方程适用。然而，本领域技术人员将认识到，该方程仅在穿过隔膜的压差限制在非常低的情况下是有效的(R.Prudho騰，T.Chapman,以及J.Bowen，1986，应用科学研究，43:47，1986)。在典型地完整性测试条件下，穿过缺陷的气流更近地遵循扼流，尤其是如果缺陷直径相对于隔膜中的存留区域的厚度更大时。通常，从哈根泊肃叶流到湍流、再到扼流的转变是渗透压力与进给压力比的函数。以下提供了扼流方程，并且在假定存在单一缺陷的情况下该方程可以用于计算缺陷直径其中Q二以下游条件估算的气体流量(cm7sec)Np缺陷的数量D产缺陷直径(微米)y二比热比Mf气体分子量(g/mole)R二气体常数(1205.95cm3psi/mol/K或8.314E+7gcm2/niol/K/s2)T^绝对温度(K)Pi^绝对上游压力(psia)P。^绝对下游压力(psia)多孔材料任意多孔材料的完整性均可以利用本发明的方法、装置和系统来评估。作为示例，而不是限制，多孔材料可以采取筒体、盒子、薄片、柱体、基片、珠子、盘状容器、瓶子、帽、圆柱体、管、软管、或单块材料的形式。多孔材料可以由有机分子、无机分子、或有机与无机分子的组合组成。多孔材料可以由亲水化合物、疏水化合物、疏油化合物、亲油化合物或它们的任意组合组成。多孔材料可以由一种或多种聚合物或共聚物组成。聚合物可以是交联的。多孔材料可以由任意适合的材料组成，包括但并不限于聚醚砜，聚酰胺，例如，尼龙，纤维素，聚四氟乙烯，聚砜，聚酯，聚偏二氟乙烯，聚丙烯，碳氟化合物，例如，聚(四氟乙烯共全氟代(烷基乙烯基醚))，聚碳酸酯，聚乙烯，玻璃纤维，聚碳酸酯，陶瓷，以及金属。多孔材料可以是单层或多层隔膜的形式。多孔材料可以是例如空心纤维、管状形式、平板、或螺旋巻曲。在某些实施例中，多孔材料可以是隔膜，例如，包括隔膜的过滤器或过滤装置。多孔材料能够基于溶质的尺寸排除溶质。作为示例，材料的孔可以足够小以致不允许特定尺寸的微粒通过，该特定尺寸例如是直径或特定分子量。隔膜可以包含在诸如筒体、圆柱体、盒子的壳体中。隔膜可以是平板、多层板、折叠板或它们任意的组合。隔膜多孔结构可以是对称的或不对称的。隔膜可以用于对不需要材料进行过滤，该不需要材料包括例如传染性微生物和病毒的污染物、以及环境毒素和污染物。隔膜可以包括超过滤隔膜、微过滤隔膜、以及反渗透隔膜。液体和润湿剂在某些实施例中，多孔材料可以在测试之前用一种或多种液体润湿。本发明的方法提供使用任意合适的液体以用作多孔材料的润湿剂。润湿剂的选择在本领域人员的技能之中，并且可以基于多孔材料的化学和物理性质来确定。多孔材料就它们的润湿性而言是变化的，该润湿性通常由接触角e表示。本发明的方法可以适用于疏水隔膜，例如，通过选择非水溶剂或以低表面张力流体(例如30%异丙醇和70%水的混合物)预润湿该隔膜、并且用水交换低表面张力流体或可替换地用一种或多种有机溶剂润湿隔膜。通过选择具有适当表面张力Y的流体可以调整工作压力，该表面张力通常从水的大约74达因/厘米至全氟化溶剂的大约10达因/厘米。本领域技术人员因此将会知道，可以通过考虑将要测试的多孔材料的化学性能选择液体。作为示例，如果多孔材料由亲水材料组成，合适的液体包括水或由水组成的溶液。溶液可以是例如水溶液，其包含盐和氧化的碳氢化合物，例如乙醛或酒精或例如异丙醇的纯酒精。如果多孔材料由疏水材料组成，合适的液体可以包括任意例如十二垸，全氟化合物，四氟化碳，己垸，丙酮，苯，甲苯等有机溶剂。载体和可探测物质载体和可探测物质可以是由本领域技术人员基于载体中可探测物质的溶解度选择。在某些实施例中，考虑的是，可探测物质可以是一种或多种蒸汽或液体。在其它实施例中，载体和可探测物质可以是气体与蒸汽的混合物。在其它实施例中，载体和可探测物质可以均是气体。基本上任何气体成分均可以用于实施本发明的方法，只要在用于润湿多孔材料的液体中的溶解度使得探测器不被载体充满，从而使探测器不能判断可探测物质的存在。典型地，包括载体和可探测物质的混合物将具有比可探测物质更高浓度的载体。如果使用多种气体，即如果载体和可探测物质、或物质都是气体，每种气体在混合物中的百分比可以由本领域技术人员选择。作为示例，如果使用两种气体，第一种气体可以从大约0.01%至大约99.9讽范围的体积百分比使用，第二种气体可以从大约O.O线至大约99.99%范围的体积百分比存在。本发明提供了对于液体和气体组分以及组成选择的灵活性。载体和可探测物质将基于它们在用于润湿多孔材料的液体中的溶解度进行选择。载体与可探测物质之间溶解度的比率易于由本领域技术人员确定，并且范围在大约500:1、大约250:1、大约100:1、大约80:1、大约60:1、大约50:1、大约40:1、大约30:1、大约20:1、大约10:1、大约5:1。如果载体和可探测物质之间的溶解度比率太高，例如，高于1000:1，探测器可能在某些情况下被载体充满，从而使得可探测物质的探测变得困难。合适的载体包括空气，氮气，氧气，惰性气体，例如氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氡气，烷类，例如甲烷、乙烷、丙烷等。合适的可探测物质可包括碳氟化合物，例如氟利昂，即C2Fe，乙醇，六氟化硫，氦气，垸类，例如甲垸、乙烷、丙垸等，烯烃，例如乙烯、丙稀、丁烯等，二氧化碳，一氧化碳，氢气，挥发性有机液态蒸汽，例如甲醇、乙醇、丙酮等。本领域技术人员应该知道的是，完整性测试的灵敏度将受扩散开始发生时探测器性能和比率影响。在某些实施例中，即如果载体和可探测物质均为气体，选择具有适度渗透性差异、且气体成分中一种气体成分以痕量浓度(即，可探测物质)存在、而另一种气体成分作为大量物质(即，载体)存在的气体对是有用的。在使用稀释探漏气体的限制条件下，气体测量的灵敏度是进给成分与①的函数，①为一种气体(i)相对于另一种气体(j)的渗透率的比CD=M。例如，O对于二元气体混合物可以在从大约0.001至1的范围内变化，该二元气体混合物使用普通物质例如氮气、氧气、二氧化碳、氦气、氢气、和六氟乙烷，并且以水作为孔填充液体。对于润湿液为疏水性液体例如十二烷的测试，气体对可以包括高渗透性气体，例如乙垸，丙垸，以及丁烷与低渗透性气体，例如氦气，氢气，以及氮气的配对。在某些实施例中，至少一种气体为六氟乙烷。在其它实施例中，至少一种气体为惰性气体。在其它实施例中，至少一种气体为C02。在进一步的实施例中，至少一种气体是由气体混合物例如空气组成的。如果气体作为多于一种气体的混合物提供，混合物可以在与多孔材料接触之前预混合。可以获得宽广范围的气体成分；例如在C02中的六氟乙烷的原料气体混合物可以从少于0.1%至多于99.9%的范围内变化。本领域技术人员能够基于己知性能例如在润湿液中的溶解度与渗透性来选择适当的气体和气体混合物。仪器和系统在某些实施例中，本发明提供了一种适合于确定多孔材料完整性的仪器。图la中以示意图的形式示出了适合用于本发明方法的仪器的示例。该仪器可以包括a)适合于接收将要进行完整性测试的多孔材料的壳体；b)与壳体流体连通的可探测物质源；c)与壳体流体连通的可探测物质的载体源;d)用于探测可探测物质的探测器；e)与探测器以及用于容纳多孔材料的壳体流体连通的再循环泵；以及f)一个或多个外力源。探测器可以是任意市场上可买到的适合于探测可探测物质(例如，探漏气体或蒸汽)的探测器。探测器不需要如先前描述的光声探测方法所需要地被定制。探测器可以是例如傅里叶变换红外光谱分析仪、质谱分析仪、气相色谱分析仪。外部能量源可以包括任意压縮气体，例如压缩氮气、压缩空气。可替换地，外部能量源可以包括真空泵或一个或多个压縮空气源与一个或多个真空泵的组合。外部能量源的组合例如一个或多个泵以及一种或多种压縮气体源的组合也是可以考虑的。仪器可以包括一个或多个阀，例如，两个阀，三通闽等，用以控制载体和/或可探测物质流到例如容纳在壳体中的样品、探测器、和/或再循环泵。一个或多个阀还可以用于控制样品暴露于外力之下。一个或多个阀可以用于控制载体和可探测物质的流动，以使得多孔材料可以从多于一个的方向进行完整性测试。因此，如果在隔膜上进行测试，阀可以控制载体和可探测物质的流动，以使得在隔膜张紧侧或隔膜开口侧上发现渗透。类似地，本发明的实施例考虑探测在隔膜的有皮表面或无皮表面上的渗透。参照图la，仪器包括用于接收将要进行完整性测试的样品例如隔膜筒体的壳体201。壳体可以包括具有一个或多个端口的头部以及空心管，该空心管接触壳体头部，并且沿平行于壳体壁延伸的方向延伸入壳体的主体中。空心管可以适合于将空气传送进壳体或从壳体传送出来。壳体可以与气体源TK-201以及与探测器和再循环泵PU-201流体连通。仪器可以包括定位在气体源与壳体之间、以及在壳体与探测器和再循环泵PU-201之间的一个或多个用于控制气体流动的阀。仪器可以包括一系列三通阀FV220、FV221、FV222，它们控制气体流进壳体或从壳体流出，以使得样品隔膜(例如筒体)可以在一旦它定位到壳体中后不需要物理操作样品隔膜的情况下从筒体的任意表面进行完整性测试。参照图lb，示出了图la的仪器部分的横截面，其包括壳体头部300;从壳体头部延伸并且适合于接收样品隔膜的隔膜筒体内支撑套301;用于完整性测试的样品隔膜302;空心管303;塑料填充物，其可以减少壳体的开口内部容积，从而使得更迅速探测可探测物质，例如探漏气体；适合于接收样品隔膜的壳体槽305;用于将隔膜样品固定在适当位置的断路缸体306。图lc示出了壳体头部、隔膜筒体内支撑套以及壳体框架的另一横截面视图。在该视图中，示出了四个端口307，308，309以及310，它们全部用于与壳体槽外部以及隔膜筒体内部连通，因此提供了气体源、探测器与再循环泵的连通。图ld提供了包括端口307、308以及310的壳体头部300、隔膜样品302、壳体槽305、以及断路缸体306的另一视图。在一个实施例中，样品为润湿的隔膜筒体，样品可以具有向外朝向壳体外部的第一表面以及向内朝向空心管的第二表面。气体可以在压力下从气体源201经过三通阀FV220并通过端口307流入壳体，使得其接触具有朝向壳体外部的表面的隔膜第一表面。气体可以穿过润湿的隔膜样品渗透入隔膜的渗透侧，并且流过空心管303经由与三通阀FV221相连通的端口308流出壳体，该三通阀与探测器相连通。气体可以经由与三通阀FV221相连通的第一探测器端口进入探测器，并且经由与再循环泵PU-201相连通的第二探测器端口离开探测器。再循环泵可以与三通阀FV222相连通，以使得气体循环回壳体，并且通过与三通阀FV222相连通的端口309再进入壳体和位于样品隔膜的渗透侧上的空心管。再循环气体因此可以经由上述路径再次由探测器获得。在另一实施例中，仪器可以用于沿如上述相反方向测试多孔材料，例如隔膜筒体，以使得以上作为渗透侧描述的隔膜表面现在变成首先接触气体的表面、以上作为第一表面描述的隔膜表面变成渗透侧。方向的改变通过改变流过多个三通阀的气流而实现。在该实施例中，气体将在压力下从气体源流过三通阀FV220，但将转向至与隔膜样品内部相连通的端口308。气体可以穿过隔膜样品渗透到位于壳体与样品隔膜之间的空间，并且将通过与三通阀FV221相连通的端口310流出壳体，与探测器相连通的三通阀221通过第一探测器端口将气体传送至探测器。气体可以经由与再循环泵PU-201相连通的第二探测器端口离开探测器。气体可以经由第一端口进入再循环泵，并且经由与三通阀FV222相连通的第二端口离开再循环泵，该三通阀FV222与位于壳体底部附近的端口相连通(图la)，以使得再循环气体送回至隔膜的渗透侧，即，朝向壳体壁的隔膜侧，从而使得气体经由上述路径可再次由探测器获得。示例示例1:使可探测气体再循环的多孔材料的完整性测试。使用与图1中所示仪器相似的仪器进行多孔隔膜的完整性测试，除了该仪器未配置多个三通阀。使用以下协议。对于特定类型的隔膜使用合适的液体来润湿隔膜筒体。筒体安装在过滤器壳体中，该过滤器壳体连接至FTIR传感器、再循环泵、真空泵、以及多个阀。使用可编程逻辑控制器、压力传感器、以及自动阀测试筒体的过程如下1.幵启再循环泵，并使用文丘里真空发生器(Vaccon，Medfield，MA)将系统抽空至设定的真空度之下(压力传感器PT203&204在-10PSIG以下)。2.渗透侧容积的再循环持续10秒钟。检测FTIR信号，以确保其低于设定点阈值(44ppmvC2Ffi)。在几个清空循环后的FTIR干扰信号用于确定设定点。如果量级在阈值之下并且渗透侧将被设置为大气，执行步骤4;如果最初渗透侧测试压力在真空之下，执行步骤5。如果探漏气体量级(即，可探测物质)在阈值之上，执行步骤3。3.筒体的两侧均利用氮气或压縮空气加压至设定点压力(lpsig)。PT-203和PT-204被监控。当两者均高于设定点时，允许经过10秒，随即重复步骤l。4.过滤器的两侧均利用氮气或压縮空气带至OPSIG(14.696PSIA)。PT-203和PT-204被监控。当两者均达到Opsig(+/-)，执行步骤5。5.探漏气体被加到上游侧达到15.5PSIG的分压力设定点。当PT-203指示压力处于设定点时，立即执行步骤6。本领域技术人员还将知道的是，尽管加料被迅速完成，加料还可以使用缓变率(即，psi/second)完成。缓变能够提供几个优点。缓变可以潜在地使得在放进全部数量的探测气体之前识别总的缺陷。还可以提供更多地可再现设定点压力。另一个优点涉及探测折叠隔膜中的缺陷。某些位于褶层顶点上的缺陷可能在某些情况中在高压差下被夹断一缓变可以消除判断失灵的影响。6.上游利用氮气或压縮空气加压至最终设定点压差。PT-203被监控与PT-204之间的压差。当压差达到设定点，执行步骤7。加压可以迅速完成，但也可以使用配方设置缓变率(即，psi/second)而完成。7.监控FTIR信号与时间的关系。如果以下任意一项发生，执行步骤8，否则继续监控信号与时间的关系，直到经过设定点时间a.PT-204在表示总泄漏的配方过压设定点之上；b.FTIR信号在也表示总泄漏设定点值之上；c.配方测试定时器上的时间终止。典型地，定时器从60至120秒。8.抽空过滤器的下游/渗透侧。这包括FTIR传感器和再循环泵，其被抽空。PT-204被监控，并且当压力低于配方设定点(-10PSIG)时，设定20秒定时器。9.抽空隔膜筒体的上游侧。PT-203被监控，并且当压力低于配方设定点(-10psig)时，设定20秒定时器。当定时器终止时，进行至步骤10。10.隔膜筒体的上游侧利用氮气或压縮空气加压至配方设定点(30psig)。PT-203被监控，并且当压力高于设定点时，设定5秒定时器。当定时器完成时，执行步骤ll，除非清空循环计数器(配方设定点的循环次数仅为l)是完整的，随即执行步骤12。11.抽空隔膜筒体的上游侧。PT-203被监控。当压力低于设定点(-lOpsig)时，设定10秒定时器。使用增量清空计数器，用于跟踪在执行抽空后利用载体气体进行加压的循环次数。如上所述，在该实验中，完成了一次循环。当定时器完成时，重复步骤io。12.开启过滤器排出阀，并且排到过滤器的下游。监控器PT-203和PT-204被监控。当PT-203和PT-204均达到0PS工G(+/-)时，设定IO秒定时器。当定时器完成时，测试完成。示例2:隔膜中的FITR信号与已知缺陷的比较单个合格筒体与一系列已知直径的固定孔一起被测试。为了提供比较的标准，将塞子插入到孔座中以消除己知缺陷的影响。对同一筒体进行一系列测试，每个被测试的筒体具有已知直径的单一缺陷。所使用的筒体为10英寸0.22微米的亲水性PVDFDurapore(微孔公司，Billerica，MA)隔膜筒体组件。图2中示出了结果，并且显示了不同尺寸缺陷的区别曲线。测试条件为25%(按体积)的C2F6，75%的压縮空气，具有46psi的贯穿隔膜压差。图2中时间单位为秒，而C2Fe浓度的单位为百万分之一(ppm)(按体积)。所使用的传感器为MKSInDuctFTIR(MKS仪器公司，Wilmington,MA)，其具有lppmvC2F6的更低探测限度。在假定具有已知尺寸缺陷的单个隔膜为扼流情况下，计算了C2F6的理论浓度与时间的关系曲线。图3显示了计算值与使用固定孔缺陷而获得的实验结果的比较。示例3:加工局部装配筒体的完整性测试在具有0.22微米亲水性PVDFDurapore(微孔公司，Billerica，MA)隔膜的10"加工装配筒体的48个生产单元上进行完整性测试。这些单元可以在Y射线辐射之前和之后进行测试。测试条件如以上示例2中所记录的。结果显示在图4a(Y射线辐射之前)和4b(Y射线辐射之后)中。在使用FTIR探测进行完整性测试之后，根据本发明的一个实施例，相同单元接受PLATO(光声探测)(美国专利5581017)测试，以及现有的生产质量流率测试(扩散测试)(微孔目录94-95，微孔公司，BillericaMA)。还进行了功能性细菌存留测试。表l示出了这些结果的对比。("？"表示不确定的结果)。从图4b得到的结果(具有1.31微米缺陷的己知合格筒体)被认为是缺陷隔膜的截止值。在此说明的完整性测试显示了在测试条件下的较好灵敏度。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage28</column></row><table>使用现有的生产质量流率测试的缺陷隔膜的截止值为0.47标准立方厘米每分钟(sccm)。示例4:完整性测i式结果的再现性为了显示在此说明的完整性测试提供了可再现的结果，在已知合格隔膜筒体上进行反复测试，该隔膜筒体作为或具有已知尺寸的固定孔缺陷而测试。筒体由PVDFDurapore⑧隔膜(微孔公司，Billerica，MA)组成，测试条件包括使用氟利昂(15.5psi)作为可探测物质。系统以46psi压差运行。图5显示了具有故意设置的1.31微米孔缺陷的已知合格筒体的10次反复测试的结果。10次测试的测量FTIR信号坡度具有2.90ppmvC2F6/sec的平均值，标准偏差0.20ppmvC2F6/sec。为了比较，显示了利用单独同一过滤器(无缺陷)进行多次测试的比较。示例5:不对称隔膜的完整性测试。根据本发明一个实施例进行了不对称隔膜的完整性测试。可以发现，测试的灵敏度在某些情况中受到穿过完整隔膜的探漏气体的干扰扩散的影响。因此，不同的隔膜可以具有不同的最佳测试条件(包括气体/蒸汽混合物)和探测限度。图6和7示出了当包含薄的不对称隔膜的装置以各种尺寸的孔(即，故意设置的缺陷)进行测试时所获得的结果。当使用为GammaDurapore⑧开发的条件(100至150微米厚对称结构)测试这些隔膜时，探测的界限处于介于5与IO微米之间的某个范围。当沿相反方向进行测试，以使气体混合物首先接触隔膜张紧侧时，(最小化不对称结构的水层稀释)并且在更低的压差下(30psig对46psig)，探测限度降低至2与5微米之间。在不脱离本发明的精神与范围的情况下可进行本发明的多种修改与变形，这对于本领域技术人员而言是显而易见的。在此说明的特定实施例仅作为示例提供，并不意味着以任意方式进行限制。应该理解的是，说明书与示例仅作为例证，所指出的发明的实际范围和精神由以下的权利要求限定。权利要求1.一种评估多孔材料完整性的方法，所述方法包括a)用液体润湿多孔材料；b)使多孔材料的第一表面与包括载体和可探测物质的混合物接触；c)对多孔材料的第一表面施加压力，使得载体和可探测物质中的至少一些渗透多孔材料；d)在继续步骤c)的施加压力同时，再循环在渗透侧固定容积内的多孔材料渗透物中发现的载体和可探测物质；e)评估多孔材料的渗透物中可探测物质随着时间的浓度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括步骤f)，所述步骤f)将步骤e)中评估的浓度与完整多孔材料的渗透物中可探测物质的浓度进行比较。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，载体和可探测物质中的至少一种是气体。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，载体和可探测物质均是气体。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，压力源是压缩空气。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，可探测物质是碳氟化合物。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，碳氟化合物为氟里昂。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，多孔材料是隔膜。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述隔膜包括选自聚醚砜、聚酰胺、尼龙、纤维素、聚四氟乙烯、聚砜、聚酯、聚偏二氟乙烯、聚丙烯、四氟乙烯-全氟代(垸基乙烯基醚)共聚物、聚碳酸盐、聚乙烯、玻璃纤维、聚碳酸酯、陶瓷、以及金属的材料。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，多孔材料被容纳在筒体中。11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用探测器进行可探测物质的浓度评估。12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，探测器从傅里叶变换红外光谱分析仪、质谱分析仪、气相色谱分析仪中选择。13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，探测器是傅里叶变换红外光谱分析仪。14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，液体由水组成。15.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，隔膜是不对称隔膜。16.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，隔膜从单层隔膜和多层隔膜中选择。17.—种评估多孔隔膜完整性的方法，所述方法包括a)用液体润湿多孔材料；b)使多孔材料的第一表面与压縮空气和碳氟化合物接触，使得形成包括压縮空气和碳氟化合物的混合物;c)^t多孔材料的第一表面施加压力，使得载体和碳氟化合物中的至少一些渗透多孔材料；d)在继续步骤c)的施加压力同时，再循环来自渗透侧固定容积内的多孔材料渗透物的步骤b)中的混合物；e)评估多孔材料的渗透物中碳氟化合物随着时间的浓度；以及步骤f)将步骤e)中评估的浓度与暴露相同条件下的完整多孔材料的渗透物中碳氟化合物随着时间的浓度进行比较，其中步骤e)中评估的浓度大于完整多孔材料的渗透物中碳氟化合物的浓度则表明多孔材料是不完整的。18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，碳氟化合物为C2F6。19.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括步骤f)，将步骤e)中评估的浓度与一种或多种标准多孔材料的渗透物中可探测物质随着时间的浓度进行比较，其中，所述一种或多种标准多孔材料中的每个均包括己知尺寸的缺陷、并且经受与样品多孔材料相同测试条件，从而确定缺陷尺寸。20.—种用于评估样品多孔材料完整性的仪器，所述仪器包括a)适合于接收将要进行完整性测试的多孔材料的壳体;b)与壳体流体连通的可探测物质源；c)与壳体流体连通的可探测物质的载体源；d)用于探测可探测物质的探测器；e)与探测器以及用于容纳多孔材料的壳体流体连通的再循环泵；以及f)外力源。全文摘要本发明涉及一种评估多孔材料完整性的方法，所述方法包括a)用液体润湿多孔材料；b)使多孔材料的第一表面与包括载体和可探测物质的混合物接触；c)对多孔材料的第一表面施加压力，使得载体和可探测物质中的至少一些渗透多孔材料；d)在继续步骤c)的施加压力同时，再循环在渗透侧固定容积内的多孔材料渗透物中发现的载体和可探测物质；e)评估多孔材料的渗透物中可探测物质随着时间的浓度。文档编号G01N33/00GK101266234SQ20071016986公开日2008年9月17日申请日期2007年11月14日优先权日2006年11月14日发明者A·伯克,R·惠勒,小G·A·加涅申请人:米利波尔公司