对于制药行业来讲，制药用水系统工作之所以如此的重要，不仅仅是制药行业法规与产品质量的要求，更是科学和技术发展的必然，是人们对药品质量改进和风险控制规律认识的结果。
——《制药用水系统》
本期的介绍的是电导率传感器的相关内容：
电导率反应的是制药用水中的离子污染情况，但无法识别具体的离子。在制药用水的三个模块制备、存储和分配种均会进行电导率的监控。
电导率的三种测量方法种，制药行业通常采用电极电导率测量方法。而电极的电池常数现在也通常采用实验方法。具体参见正文书中的内容。
按照电极的数量分为两电极、三电极、四电极和七电极，书中重点介绍了两电极和四电极的结构、原理、应用参数和优势。
电导率传感器在制药用水系统中由于CIP和SIP的要求，因此具有耐压、耐高温、耐腐蚀的特点。
电导率传感器在检测时需要注意温度的影响，而温度系数也是随溶液中离子种类、温度范围和离子浓度的变化而不同。《美国药典》采用了不补偿状态下在线的测定方法。
由于电导率测定的难点在于温度补偿，因此市场上提供了拥有先进的温度补偿算法的电导率传感器，具体优点可参考原文。
需要定期对于电导率传感器校准，文中介绍了如何校准以及校准的标准，最后提醒大家校准时需要注意的事项。
制药行业中的原料水主要包含纯化水和注射用水。纯化水或注射用水的水分子也会发生某种程度的电离，产生氢离子与氢氧根离子，尽管其导电能力非常弱，但也具有测定的电导率。
电导率可以反映制药用水中所有离子污染物的污染指标，但它无法识别是哪种离子，在大部分应用中，电导率用于反映纯水的纯度。制药用水电导率通常使用的单位是μS/cm，电导池常数为0.01 ~1.0cm-1的电导率传感器。电导池常数取决于传感器的几何形状，是用两个电极板之间的有效截面面积除以电极板之间的距离。电导池常数是电导率测量的主要校准参数。在使用在线电导率时，国际上使用μS/m 作为在线电导率值的单位，1μS/m 相当于0.01μS/cm。超纯水25℃时的电导率是 0.055μS/cm，典型的制药用水电导率 (25℃时) 高限值为0.3~5μS/cm。
制药用水系统的制备、存储与分配单元均需要进行水质的电导率监控与行动，符合制药行业的卫生级在线电导率仪 (图12.32) 需满足以下要求:
适合低电导率测量范围，0.05—20μS/cm;
稳定性高，易于校正;
测量精度高，小数点后至少显示2位;
耐温、耐压性好，使用温度大于130℃，压力大于2bar;
电极表面粗糙度小于0.4μm;
卡盘连接，便于安装和拆卸;
材质符合FDA相关认证。
对电导率的测量通常采用电极电导率测量法、电磁电导率测量法和超声波电导率测量法，其中前两种应该更为普遍。电磁感应式电导率电极采用感应线圈，与介质无接触，适用于强酸碱等腐蚀性介质，其对溶液的电导率下限具有一定要求，纯化水或注射水电导率非常低，该类电导率无测定值，故应用于制药行业非常少。制药行业应用的主要是电极式电导率。
电极的电池常数可以通过理论计算获得，但是每只电极的电极间距离和面积都存在加工和测量误差，使得计算值与实际值之间存在显著差异。而对于一些电极，因其机构复杂，无法用公式进行表达和计算出电池常数。现均采用实验方法测定电池常数，例如标准溶液校正法或参比电导池法。图12.33是不同电池系数测量的范围和应用场合的一个实例（不同仪表生产企业的测量标准可能有差异）。
电极式电导率探头与溶液直接接触，对材质要求比较高。电极按其电极数量可分为两电极、三电极、四电极和七电极。制药行业主要为两电极的电导率传感器，测量低电导率值的制药用水 (单位: μS/cm); 四电极的电导率传感器用于测定低电导率值的CIP酸碱浓度 (单位: mS/cm)。
(1) 两电极型
两电极型电导率仪主要用于低电导率值的纯化水与注射用水系统，它是利用将交流电流加到两个电极间并测量这两个电极间电流。两电极型电导率仪主要由两个电极、温度传感器和放大器等组成，如图12.34所示。因溶液存在导电离子，相当于一个电阻，在接触溶液的两个电极间外加交流电压，电极间产生电流。产生的电流大小与介质的电阻 (溶液的离子浓度) 成正比。内置Pt 1000或Pt 100用于温度补偿。
传统电极多为平板电极，由几何形状和尺寸完全相同的两块平行极板组成。这种电极结构简单，常用于实验室测定。因制药行业中需要CIP和SIP，主要采用同轴电极，由圆筒形内电极和圆筒形外电极组成 (图12.35)。
目前，两电极电导率传感器测量范围为0~20000μS/cm，电池常数不同具有不同的量程：电池常数为0.01cm-1，测量范围为0~20μS/cm；电池常数为0.1cm-1，测量范围为0 .1~200μS/cm; 电池常 数为1.0cm-1，测量范围为10~20000μS/cm。所以，电池常数越小，测量的精度越高，测量范围越小；电池常数越大，测量的精度越低，测量范围越大。
(2) 四电极型
因酸、碱溶液的电导率值远远高于纯化水与注射用水，在制药过程CIP中测定碱洗和酸洗的清洗剂浓度用电导率传感器需采用四电极。四电极电导池由两个电流电极和两个电压电极组成，工作原理如图12.36。
将电流加到两个相对的电极 (电流电极) 上，同时保持电压电极之间的点位差不变。由于进行电压测量时其电流可忽略不计，因此两个点位电极未被极化。四电极电导率传感器具有以下特点：电流电极同电压电极分开，电流电极上采用恒流源供电，有效的避免了极化阻抗的影响；灵敏度高、抗污染能力强；测量范围广。常见的四电极电导率的结构如图12.37。
电导率传感器按结构可分为平板型、圆筒型和圆环型，制药行业主要以圆筒型为主。在线电导率传感器通常采用同轴设计，内电极为小体积的圆柱体，并且内置温度传感器用于温度补偿 (图12.38)，外电极设计为管状环绕着内电极，之间的距离和面积决定了传感器的电导池常数，内电极和外电极之间通过绝缘垫片隔开。
卫生级电导率传感器的过程连接方式多为卡盘设计。传感器的耐压性、耐温性和耐受化学腐蚀性必须完全符合水系统原位清洗 (CIP)、 高温灭菌 (SIP) 或其他消毒方式等过程要求。电导率传感器安装在管道中时，必须确保电极完全浸没在测量介质中，同时完全避免气泡或固体颗粒堆积在电极表面和绝缘体上。理想的安装方式是将传感器安装在管道直角位置 (图12.39)，电极迎着流体安装，这样水样可以从电极头部流入，从侧面流出。
为了防止极化效应带来的测量误差，传感器测量时使用交流电压。在线测量纯水时，因为电阻比较大，交流电会通过电缆会产生电容效应，导致发生测量误差，该现象称为容差，一些电导率测量系统将测量回路集成于传感器头部，通过数字信号将测量值发送至变送器，避免电缆产生电容效应，从而消除容差。
电导率与离子的浓度成正比，离子的迁移率受温度的影响。在较高温度时，水的黏度降低，所有离子的移动性增强。温度直接影响溶液中的电解质的电离度、溶解度、离子迁移速度、溶液的膨胀等，从而影响溶液的电导率。离子电导率随温度变化而变化，对于大多数离子而言，每升高1℃，电导率约增加2%。然而，各种离子的温度系数是不同的，溶液的电导率不同，电导率的温度系数也不同；即使电导率相同，若溶液所含的离子种类不一样，电导率的温度系数也不一样。而且，在不同的温度范围内，电导率的温度系数也不相同。由此可见溶液电导率的温度系数是随溶液中的离子种类、溶液温度范围以及离子的浓度不同而变化的。
根据标准检测分析方法，电导率的测定应在样品温度为25℃时进行。当测定温度低于或超过 25℃时，需用规定的温度校正公式对测得电导率进行校正。几乎所有的电导率测量系统都具有温度补偿功能，通过补偿系数2%/℃将电导率测量值补偿为25℃所对应的的数值，从而保证在任何温度下测量的电导率数值都具有可比性。
而在日常检测中发现，每次测定均需调温至25℃，过程繁琐，且许多控制现场尚无法将电导池中溶液温度稳定在25℃；另外如果温度偏离25℃较远，用规定的公式进行温度校正时计算结果会超过准许误差；并且不同仪表厂商采用不同的补偿算法，结果对比偏差很大。所以USP推荐不进行相应的温度补偿，采用实测值，各个仪表厂家所测得结果相近。对于是否需要温度补偿，需根据具体工艺和要求进行。若需要不同温度下电导率的对比，就需要进行温度补偿。
因温度对水质电导率的测定影响非常大，为了统一比较，常将温度进行补偿，并且补偿到25℃。水的电导率采用温度修正的计算方法所得结果误差较大，为此可以采用不补偿状态下在线测定。《美国药典》水质电导率在不同温度下的限度值如图12.40。
制药用水电导率测定的难点在于，水温越高时会离解出越多的离子，水中的氢离子 (H+) 和氢氧根离子 (OH-) 会随着温度的升高而增加，这种离解效应叠加水温带来的黏度影响，将提高制药用水的补偿系数为 (3~7)%/℃。如图12.41所示，在低电导率和低温时，曲线逐步变陡。当水中的可电离离子杂质增加，电导率升至5μS/cm时，水自身的离解产生的离子影响就非常小 (即相比其他离子，水离解产生的H+和OH-浓度可以忽略不计)，制药用水的电导率限度正好处于这个临界范围之内。
市场上一些电导率传感器提供了先进的温度补偿算法，可以对在临界范围内的制药用水电导率进 行精确的温度补偿。这种补偿方法通常用于制药用水制备过程中，但不包括最终的质量控制测量点。这是由于不同的仪器厂商电导率测量系统温度补偿算法针对的离子组成不同，并且会受到温度的变化影响。药典法规要求最终的水质确认必须通过未进行温度补偿的测量数值判断，控制限值和温度相关，为了符合国际上主要药典法规 (如《美国药典》、《欧洲药典》 与 《中国药典》 等) 的要求，在测量最终质量控制点的电导率时，必须关闭温度补偿功能，然后通过查阅电导率和温度限值对照表，确认测量值是否符合法规要求。
对于不进行温度补偿的测量，一些在线电导率传感器将符合国际主要药典法规的电导率和温度限值对照表存储在系统程序中，当测量值达到限值时会自动报警。按照药典法规要求，对电导率传感器的功能进行比较，确保适用性并操作方便。因此，电导率测量系统通过程序设置，可以对最终质量控制点以前的测量点进行温度补偿测量，这个功能对于检测水质不受温度影响非常有用。
测定制药用水的在线电导率仪必须使用精密的并经校正的电导率仪，各国药典对测量仪器的校准/验证都有明确规定。完整的电导率测量系统的校准包括温度校准、电导率测量电路校准和传感器电导池常数校准。温度传感器校准可通过水系统中已有的温度传感器进行校准，使用精密电阻进行电导率测量电路的验证和校准，传感器电导池常数可通过电导率标准溶液或与已经校准过的测量系统在样品中进行对比验证和校准。
根据仪器设计功能和使用程度，应对电导率仪定期进行校正，电池常数可使用电导标准溶液直接校正，或间接进行仪器比对，电池常数必须在仪器规定数值的±2%范围内。进行仪器校正时，电导率仪的每个量程都需要进行单独校正。 仪器最小分辨率应达到0.1μS/cm, 仪器精度应达到±0.1μS/cm，温度测量的精确度应在±2℃以内。需要引起注意的是，要谨慎使用电导率标准溶液校准方法，使用这种方法时要确认标准溶液的电导率足够高，并且不会受到吸收空气中二氧化碳等潜在污染的影响或者影响可以完全忽略。一般来讲，当电导率标准溶液超过100μS/cm时可认为其足够高，不会受到污染或者污染可以完全忽略，电 导率测量系统的测量线性必须包括从制药用水到标准溶液整个区间。