Standard Test Method for Nondestructive Detection of Leaks in Packages by Vacuum Decay Method
ASTM F2338 มีชื่ออย่างเป็นทางการว่า Standard Test Method for Nondestructive Detection of
Leaks in Packages by Vacuum Decay Method ออกแบบและดูแลโดย ASTM International
(Committee F02 on Primary Barrier Packaging) ถือเป็นหนึ่งในมาตรฐานทองคำ (Gold Standard)
สำหรับการทดสอบความสมบูรณ์ของบรรจุภัณฑ์ (Container Closure Integrity Testing: CCIT) โดยไม่
ทำลายตัวอย่าง
[กระบวนการสร้างสุญญากาศ] -> [พักปรับสมดุล] -> [วัดการเปลี่ยนแปลงความดัน (AP)]
(Evacuation) (Equalization) (Measurement)
ในอดีต อุตสาหกรรมยา เภสัชภัณฑ์ อุปกรณ์การแพทย์ และอาหารปลอดเชื้อ มักพึ่งพาการทดสอบการรั่วซึมแบบ
ทำลายตัวอย่าง (Destructive Testing) เช่น
Blue Dye Ingress Test (การจุ่มบรรจุภัณฑ์ลงในสีแล้วอัดแรงดัน)
Bubble Emission Test (การจุ่มบรรจุภัณฑ์ลงในน้ำเพื่อดูฟองอากาศ)
วิธีการแบบเดิมเหล่านี้มีข้อจำกัดรุนแรง ได้แก่
1. สูญเสียต้นทุนสูง: สินค้าที่ถูกนำมาทดสอบต้องถูกทิ้งทั้งหมด ไม่สามารถนำกลับมาขายหรือใช้งานได้
2. อาศัยสายตาและดุลยพินิจของคน (Subjective/Qualitative): เสี่ยงต่อข้อผิดพลาดจากมนุษย์
(Human Error) และมองไม่เห็นรูรั่วขนาดเล็กระดับไมครอน (Micro-leaks)
3. ขัดต่อแนวทางสากลยุคใหม่: โดยเฉพาะเกณฑ์ USP <1207> (Sterile Product Package
Integrity Evaluation) ของเภสัชตำรับสหรัฐอเมริกา ที่สนับสนุนให้เปลี่ยนมาใช้แนวทาง
Deterministic Methods (วิธีที่วัดค่าเป็นตัวเลขเชิงปริมาณ ชัดเจน และทำซ้ำได้)
ASTM F2338 ถูกพัฒนาขึ้นเพื่อแก้ปัญหาเหล่านี้ โดยมอบระเบียบวิธีทดสอบแบบ ไม่ทำลายตัวอย่าง
(Nondestructive) ตรวจวัดการรั่วซึมผ่านการเปลี่ยนแปลงของความดันสุญญากาศ และให้ผลลัพธ์เชิงตัวเลขที่
แม่นยำสูง
ปรัชญาขับเคลื่อนหลักของ ASTM F2338 ประกอบด้วย 3 ประการ:
Quantitative Precision (ความเป็นตัวเลขเชิงปริมาณ): เปลี่ยนจากการ "เดาหรือมองด้วยตา" มา
เป็นการวัดค่าอัตราการเปลี่ยนแปลงความดัน ( $\Delta P$ หรือ $\Delta P/\Delta t)$ ทำให้กำหนดเกณฑ์การยอมรับ
(Acceptance Threshold) ได้เป็นตัวเลขที่ชัดเจน
Non-Destructive Integrity (การรักษาคุณค่าของตัวอย่าง): บรรจุภัณฑ์ที่ผ่านการทดสอบและไม่
พบการรั่ว จะยังคงสภาวะปลอดเชื้อ คุณภาพสินค้าไม่เสียหาย และสามารถนำส่งขายเข้าสู่ตลาดได้จริง
100%
Physics-Based Sensitivity (ความไวที่อิงหลักฟิสิกส์): อาศัยกฎของแก๊สและการถ่ายเทมวลสาร
เมื่อเกิดรูรั่ว แก๊สหรือของเหลวภายในบรรจุภัณฑ์จะเล็ดลอดออกมายังห้องทดสอบสุญญากาศ ทำให้
ความดันในห้องทดสอบเพิ่มสูงขึ้นจากระดับสุญญากาศเดิมอย่างมีนัยสำคัญ
มาตรฐาน ASTM F2338 ถูกจัดวางโครงสร้างเพื่อให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถออกแบบระบบทดสอบ พัฒนาวิธีการ
(Method Development) และทำการรับรองความถูกต้อง (Validation) ได้อย่างเป็นระบบ โดยมีโครงสร้าง
หลักดังนี้:
Scope: ขอบเขตการประยุกต์ใช้กับบรรจุภัณฑ์ชนิดแข็ง (Rigid), ชนิดกึ่งแข็ง (Semi-rigid), ชนิด
ยืดหยุ่น (Flexible) ตลอดจนบรรจุภัณฑ์ปลอดเชื้อชนิดต่างๆ
Referenced Documents: เอกสารอ้างอิงมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง เช่น ASTM E515, ASTM F1327
Terminology: การกำหนดนิยามทางเทคนิค เช่น Dead Space, Test Chamber, Baseline
Pressure, Vacuum Decay Rate
Summary of Test Method: หลักการทำงานเชิงลึกของวิธี Vacuum Decay
Significance and Use: ประโยชน์และการนำไปใช้ในกระบวนการ QA/QC การควบคุมคุณภาพ
ระหว่างผลิต และการศึกษาความเสถียร (Stability Testing)
Apparatus: ข้อกำหนดของเครื่องมือและห้องทดสอบ (Test Chamber/Tooling)
Calibration and Standardization: ขั้นตอนการสอบเทียบและการใช้ตัวอย่างควบคุมผลบวก
(Positive Controls)
Procedure: ลำดับขั้นตอนการทดสอบสำหรับบรรจุภัณฑ์แต่ละประเภท
Precision and Bias: ข้อมูลความเที่ยงและความเอียงจากการทดสอบเปรียบเทียบระหว่าง
ห้องปฏิบัติการ (Interlaboratory Study)
+
| 1. Evacuation Phase : ดูดอากาศออกจาก Chamber จนได้ระดับสุญญากาศที่ต้องการ |
| 2. Equalization Phase: ปิดวาล์วสุญญากาศ พักระบบเพื่อให้ความดันและอุณหภูมิคงที่ |
| 3. Measurement Phase : ตรวจวัดความดันที่เพิ่มขึ้น (Vacuum Decay) ในช่วงเวลาที่กำหนด |
+
--+
1. การออกแบบห้องทดสอบและปริมาตรส่วนเกิน (Test Chamber & Dead Space Minimization)
มาตรฐานบังคับว่า Chamber ต้องถูกออกแบบให้พอดีกับรูปทรงของบรรจุภัณฑ์มากที่สุด เพื่อลดปริมาตร
ส่วนเกิน (Dead Space) ระหว่างผนัง Chamber กับตัวบรรจุภัณฑ์
เหตุผล: หาก Dead Space มีขนาดใหญ่เกินไป แก๊สที่รั่วออกมาจากบรรจุภัณฑ์จะถูกเจือจางในปริมาตร
อากาศที่กว้าง ส่งผลให้แรงดันเปลี่ยนเพียงเล็กน้อยจนเครื่องวัดไม่พบ (Sensitivity ตก)
2. การควบคุมวัฏจักรการทดสอบ (Test Cycle Control)
กระบวนการทดสอบต้องแบ่งออกเป็น 3 ระยะหลักอย่างเคร่งครัด:
Evacuation Phase: ดูดอากาศออกจาก Chamber จนถึงระดับสุญญากาศเป้าหมาย (เช่น -20 ถึง
-80 kPa ขึ้นอยู่กับประเภทบรรจุภัณฑ์)
Equalization Phase: ปิดวาล์วสุญญากาศ และปล่อยให้ระบบปรับสมดุลความดันและอุณหภูมิ
ชั่วขณะ เพื่อป้องกันผลกระทบจาก Adiabatic Heating/Cooling (การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิจากการ
อัด/ขยายตัวของอากาศ)
Measurement Phase: วัดค่าความดันที่เพิ่มขึ้น (AP) ในช่วงเวลาที่กำหนด (เช่น 5-15 วินาที) หาก
ความดันเพิ่มขึ้นเกินกว่าเกณฑ์ Baseline ที่ตั้งไว้ แสดงว่ามีแก๊สรั่วซึมมาจากภายในบรรจุภัณฑ์
3. การสอบเทียบและการใช้ Positive Controls (Calibrated Leak Standards)
มาตรฐานกำหนดให้ต้องมีการสอบเทียบเครื่องมือร่วมกับ Calibrated Leak Master (แผ่นแก้วหรือแผ่นโลหะที่
มีรูรั่วขนาดไมโครแคพิลลารีที่ทราบอัตราการไหลแน่นอน เช่น $5~\mu m$ หรือ 10 µm)
การใช้งาน: ต้องนำ Calibrated Leak นี้มาต่อเข้าระบบเพื่อยืนยันว่า เครื่องสามารถตรวจพบการรั่วที่
ขนาดดังกล่าวได้จริงก่อนเริ่มทดสอบสินค้าจริงในแต่ละวัน (System Suitability Test)
4. ข้อกำหนดเฉพาะสำหรับบรรจุภัณฑ์ยืดหยุ่น (Flexible Packages)
บรรจุภัณฑ์ประเภทซอง (Pouch) หรือถุงพลาสติก เมื่อถูกทดสอบในสภาวะสุญญากาศ อากาศภายในซองจะ
พองตัวขึ้น มาตรฐานจึงบังคับให้ต้องใช้ Restraining Plates (แผ่นหนีบจำกัดการพองตัว) เพื่อควบคุมปริมาตร
ภายในไม่ให้ขยายตัวจนส่งผลต่อค่าความดันที่วัดได้ หรือทำให้ซองแตก
บริษัท สยามไบโอฟาร์มาซูติคอล จำกัด โรงงานผลิตยาฉีดปลอดเชื้อชนิดบรรจุขวดแก้ว (Sterile Injectable
Vials) ขนาด 10 mL
ปัญหาเดิม: โรงงานสูญเสียยานำเข้ามูลค่าสูงจากการทดสอบทำลายตัวอย่างด้วยวิธี Blue Dye
Ingress Test เดือนละกว่า 500 ขวด และเจอปัญหารายงานผลขัดแย้งกันบ่อยครั้งเนื่องจากพนักงาน
QC แต่ละคนมองเห็นรอยสีซึมไม่เท่ากัน ทำให้การปล่อยผ่าน Batch ยาล่าช้า
การปรับใช้: บริษัทฯ ปรับเปลี่ยนระบบ CCIT ในห้องปฏิบัติการประกันคุณภาพ โดยลงทุนติดตั้งเครื่อง
ทดสอบ Vacuum Decay Leak Tester ที่ปฏิบัติตามมาตรฐาน ASTM F2338 พร้อมสั่งทำ
Chamber รูปทรงพอดีกับขวดยา 10 mL
[08:00 น.] QC Technician ทำการ System Suitability Check ด้วย Calibrated Leak
|
[08:15 น.] นำตัวอย่าง Vial ยาฉีดสุ่ม 20 ขวด เข้าสู่เครื่อง Vacuum Decay
|
[08:20 น.] สั่งการผ่านโปรแกรมอัตโนมัติ (ใช้เวลา 30 วินาที / ขวด)
1
[08:35 น.] ระบบออกรายงานผล Quantitative Data (Pass/Fail) พร้อมกราฟ ΔΡ
[08:40 น.] ตัวอย่างทั้ง 20 ขวดไม่เสียหาย นำส่งคืนคลังสินค้าเพื่อจำหน่ายได้ 100%
1. ช่วงเช้า - การทดสอบความเหมาะสมของระบบ (System Suitability Check)
O
พนักงาน QC นำ "Dummy Vial" ที่ไม่มีรอยรั่ว ใส่เข้าไปใน Test Chamber จากนั้นต่อสาย
เข้ากับ Calibrated Micro-capillary Leak Standard ขนาด 5 µm
รันโปรแกรมทดสอบ เครื่องต้องอ่านค่า Vacuum Decay (AP) ได้ตรงตามช่วงที่กำหนดไว้ใน
SOP (เช่น AP > 1.2 kPa) เพื่อยืนยันว่าเครื่องมือมีความไวและพร้อมใช้งาน
2. การทดสอบประจำ Batch สินค้า (Routine Testing)
สุ่มตัวอย่างขวดยาฉีดจากสายการผลิตปลอดเชื้อจำนวน 20 ขวด นำมาที่ห้อง QC
O พนักงานวางขวดยาลงใน Chamber วางปิดฝา แล้วกดปุ่ม "Start" บนหน้าจอสัมผัส
O
การทำงานของเครื่อง (30 วินาทีต่อขวด):
0-10 วินาที: ดูดสุญญากาศลงไปที่ -60 kPa
10-15 วินาที: พักปรับสมดุลความดัน (Equalization)
15-30 วินาที: ตรวจวัดการเปลี่ยนความดัน (AP)
ผลการทดสอบ:
ขวดที่ 1-19: ค่า $\Delta P=0.05$ kPa (ต่ำกว่าเกณฑ์รั่วที่กำหนดไว้ที่ 0.30 kPa) →
PASS
ขวดที่ 20: ค่า $\Delta P=2.45$ kPa → FAIL (ระบบแจ้งเตือนสีแดงทันที)
3. การจัดการเมื่อพบสินค้า FAIL
เนื่องจากเป็นการทดสอบแบบไม่ทำลาย ขวดยาที่ FAIL ไม่ได้ถูกปนเปื้อนด้วยสี พนักงาน QC
สามารถนำขวดยานั้นไปตรวจสอบต่อภายใต้กล้องจุลทรรศน์ หรือทำ Headspace Gas
Analysis เพื่อหาสาเหตุรากหัวใจ (Root Cause) ได้ทันที เช่น พบว่าคริมป์ฝาอลูมิเนียมหลวม
หรือมีรอยร้าวขนาดเล็กที่คอขวด
มิติความสำเร็จ | รายละเอียดผลกระทบเชิงบวก การลดต้นทุน (Cost Reduction) | ลดการทิ้งตัวอย่างสินค้าจากการทดสอบให้เหลือ 0% ช่วยประหยัดค่ายา และบรรจุภัณฑ์มูลค่าสูงได้มหาศาลต่อปี มิติความสำเร็จ | รายละเอียดผลกระทบเชิงบวก ความเร็วในกระบวนการ (Cycle Time) | รู้ผลภายใน 10-40 วินาทีต่อตัวอย่าง (เทียบกับวิธี Blue Dye ที่ต้องใช้ เวลาแช่สุญญากาศและอบแห้งรวม 1-2 ชั่วโมง) ความน่าเชื่อถือระดับ สากล (Compliance) | สอดคล้องกับข้อกำหนด FDA, EU GMP Annex 1 และ USP <1207> ทำให้การยื่นขึ้นทะเบียนยาในต่างประเทศผ่านได้ง่ายขึ้น | ได้ข้อมูลเป็นตัวเลขความดันจริง สามารถจัดเก็บเข้าสู่ระบบคอมพิวเตอร์ ข้อมูลเชิงปริมาณ (Data Integrity) | ทำ Trend Analysis และตรวจสอบย้อนหลังได้ตามข้อกำหนด 21 CFR Part 11
1. ละเลยการออกแบบ Chamber Dead Space
ความผิดพลาด: ซื้อเครื่อง Vacuum Decay แบบ Universal Chamber ที่มีขนาดใหญ่เกินไปเพื่อหวัง
จะใช้ทดสอบบรรจุภัณฑ์ได้ทุกขนาด
ผลกระทบ: ไม่สามารถตรวจจับรูรั่วขนาดเล็ก $(<10~\mu m)$ ได้ เพราะอากาศที่รั่วออกมาขยายตัวจาง
หายไปใน Chamber ส่งผลให้เกิด False Negative (สินค้าชำรุดแต่ตรวจว่าผ่าน)
2. ผลกระทบจากอุณหภูมิและการขยายตัวของแก๊ส (Thermal Fluctuation)
ความผิดพลาด: นำบรรจุภัณฑ์ที่เพิ่งออกจากสายการผลิตที่มีความร้อน (เช่น ยาผ่านกระบวนการ
Autoclave) เข้าทดสอบในเครื่อง Vacuum Decay ทันทีโดยไม่รอให้เย็นลงเท่าอุณหภูมิห้อง
ผลกระทบ: อุณหภูมิที่สูงกว่าจะทำให้อากาศใน Chamber ขยายตัว อัตราความดันจะเปลี่ยนแปลง
อย่างรวดเร็ว ส่งผลให้เกิด False Positive (สินค้าดีแต่ตรวจว่ารั่ว)
3. ปัญหาของเหลวอุดรูรั่ว (Liquid Clogging / Evaporative Masking)
ความผิดพลาด: ใช้ Vacuum Decay กับบรรจุภัณฑ์บรรจุของเหลว โดยไม่ทำความเข้าใจฟิสิกส์ของ
การระเหย
ผลกระทบ: ของเหลวที่อยู่ใกล้รูรั่วอาจซึมออกมาอุดรูรั่วไว้ หรือระเหยกลายเป็นไอสร้างแรงดันที่ซับซ้อน
หากระดับสุญญากาศไม่สูงพอจะดึงของเหลวให้ระเหย การตรวจวัดอาจล้มเหลวทันที
4. การละเลยการทํา Validation ร่วมกับ Positive Controls
ความผิดพลาด: ใช้ค่า Setting มาตรฐานจากโรงงานผู้ผลิตเครื่อง โดยไม่ได้ทำการทดสอบหาเกณฑ์
การยอมรับ (Threshold Setting) ร่วมกับบรรจุภัณฑ์จริงและ Calibrated Leaks ขององค์กรตนเอง
หากองค์กรต้องการเริ่มต้นนำมาตรฐาน ASTM F2338 มาใช้งานอย่างเป็นรูปธรรม ให้ดำเนินการตาม 5 ขั้นตอน
หลักดังนี้:
[ขั้นที่ 1] ประเมินบรรจุภัณฑ์และระดับความไว (Sensitivity Target)
[ขั้นที่ 2] ออกแบบ Custom Tooling / Chamber และเลือกเครื่องมือ
[ขั้นที่ 3] พัฒนาวิธีการและทดสอบขีดจำกัด (Method Development)
1
[ขั้นที่ 4] ทำการทบทวนและรับรองความถูกต้อง (Method Validation)
[ขั้นที่ 5] จัดทำ SOP, ฝึกอบรมพนักงาน และเริ่มใช้งานจริง
ขั้นตอนที่ 1: ประเมินบรรจุภัณฑ์และกำหนดระดับความไว (Feasibility & Target Definition)
สำรวจคุณลักษณะของบรรจุภัณฑ์ (ชนิดแข็ง ชนิดยืดหยุ่น สินค้าเป็นผง หรือของเหลว)
กำหนดระดับการตรวจจับการรั่วซึมที่ต้องการ (Maximum Allowable Leak Limit - MALL) เช่น ต้อง
ตรวจจับรูรั่วขนาด 5 µm ให้ได้ ตามเกณฑ์ของผลิตภัณฑ์ปลอดเชื้อ
ขั้นตอนที่ 2: ออกแบบ Custom Tooling และเลือกเครื่องมือ (Custom Tooling & Hardware
Selection)
จัดหาเครื่อง Vacuum Decay Leak Tester ที่ได้รับใบรับรองการปฏิบัติตาม ASTM F2338
สั่งผลิต Test Chamber ที่มีรูปทรงเฉพาะ (Customized Insert) ให้สอดคล้องกับขนาดบรรจุภัณฑ์
แต่ละ SKUS เพื่อลด Dead Space ให้เหลือน้อยที่สุด
ขั้นตอนที่ 3: พัฒนาวิธีการและตั้งค่าพารามิเตอร์ (Method Development)
ทดลองปรับตั้งค่า Vacuum Level, Evacuation Time, Equalization Time และ Read Time
ทดสอบกับตัวอย่างสินค้าจริงทั้งที่เป็น Non-leaker (ขวดสมบูรณ์) และ Artificial Leaker (ขวดที่ติด
Calibrated Leak Master) เพื่อหาจุดตัดแรงดัน (∆P Threshold) ที่สามารถแยกแยะสินค้าดีและ
สินค้าชำรุดได้อย่างชัดเจน
ขั้นตอนที่ 4: ทำการรับรองความถูกต้องของวิธีทดสอบ (Method Validation)
ดำเนินการทดสอบ Validation ตามเกณฑ์สากล โดยประเมินหัวข้อสำคัญ:
O
0
O
Specificity: ความสามารถในการแยกสินค้าดีออกจากสินค้าที่รั่ว
Limit of Detection (LOD): ขนาดรูรั่วเล็กที่สุดที่เครื่องสามารถตรวจพบได้อย่างมั่นใจ
Repeatability & Intermediate Precision: ความแม่นยำเมื่อทดสอบซ้ำโดยพนักงานต่าง
คนและต่างช่วงเวลา
ขั้นตอนที่ 5: จัดทำ SOP และนำเข้าสู่กระบวนการใช้งานจริง (SOP Rollout & Operationalization)
เขียน Standard Operating Procedure (SOP) ครอบคลุมการใช้งาน การทำความสะอาด
Chamber การทดสอบ System Suitability Check ประจำวัน และการดูแลรักษา
จัดการฝึกอบรมพนักงาน QC/QA พร้อมทำ Qualification Assessment ก่อนมอบหมายให้
ปฏิบัติงานจริง
สลับเปลี่ยนกระบวนการ QC จากวิธีทำลายแบบเดิม มาใช้ ASTM F2338 Vacuum Decay Method
อย่างเต็มรูปแบบ
คุณสามารถดาวน์โหลดเอกสารฉบับเต็มเพื่อศึกษาข้อมูลโดยละเอียดได้ที่นี่