اختبار العبوات الزجاجية: مراقبة جودة مواد التعبئة والتغليف

عندما يتعلق الأمر بتخزين الأطعمة أو المشروبات أو المنتجات الصيدلانية، تعد الحاويات الزجاجية خيارًا شائعًا لوضوحها وخمولها الكيميائي وسلامتها العامة. قد تقدر الزجاج لجاذبيته الجمالية أو كيف يحافظ على سلامة ما بداخله دون نقل النكهات أو المواد الكيميائية الضارة. ومع ذلك، الأمر لا يتعلق فقط بالمظهر أو الذوق؛ تعد جودة ومتانة العبوات الزجاجية أمرًا بالغ الأهمية، خاصة عند استخدامها لتخزين المنتجات الصيدلانية. هذا هو المكان الذي يتم فيه إجراء اختبارات محددة للحاويات الزجاجية، مما يضمن أن كل جرة أو زجاجة أو قارورة تلبي المعايير الصارمة قبل أن تصل إلى يديك.

يتضمن اختبار العبوات الزجاجية سلسلة من الإجراءات لتقييم مدى ملاءمتها ومقاومتها للضغوط التي ستواجهها خلال عمرها الافتراضي. ستناقش هذه المقالة الاختبارات المختلفة التي يتم إجراؤها عادةً على العبوات الزجاجية في مراحل مختلفة.

أنواع واستخدامات العبوات الزجاجية

تأتي العبوات الزجاجية بأشكال عديدة، بما في ذلك الزجاجات والجرار، وكلها مصممة مع وضع تطبيق محدد في الاعتبار. قد يتراوح اختيارك من قوارير صغيرة للأدوية إلى زجاجات مياه كبيرة. 

هناك عدة أنواع من الزجاج المستخدمة في التعبئة والتغليف، والتي لها خصائص وتطبيقات مختلفة. الأنواع الرئيسية هي:

• زجاج البورسليكات من النوع الأول: يتمتع بمقاومة عالية للحرارة ومتانة كيميائية. تستخدم لتغليف الأدوية والأواني الزجاجية المختبرية.
• زجاج الصودا والجير المعالج من النوع الثاني: يتم معالجة زجاج النوع الثاني بالكبريت لزيادة المقاومة الكيميائية. يستخدم للمنتجات الصيدلانية الوريدية وغير الوريدية.
• النوع الثالث من زجاج الصودا والجير العادي: وهو النوع الأكثر شيوعاً ورخيص الثمن من الزجاج. يستخدم للأغذية والمشروبات ومستحضرات التجميل والمستحضرات الصيدلانية الصلبة عن طريق الفم.
• زجاج العنبر: زجاج الصودا والجير الملون الذي يحمي المحتويات من الأشعة فوق البنفسجية. يستخدم للمنتجات الحساسة للضوء مثل البيرة أو الأدوية.
• زجاج كريستال الرصاص: يحتوي على أكسيد الرصاص، ويستخدم لتزيين زجاجات العطور وبعض المشروبات الروحية.

طرق وإجراءات الاختبار

في عالم تصنيع الحاويات الزجاجية، يعد الاختبار ومراقبة الجودة أمرًا بالغ الأهمية. المعايير الدقيقة توجه هذه الاختبارات لضمان السلامة والأداء.

فهم ASTM C147 وطريقة الاختبار أ/ب

يوفر ASTM C147 طرق اختبار قياسية لتحديد قوة الضغط الداخلي للزجاجات والقوارير والأمبولات والحاويات الأخرى. وهو ينطوي على زيادة الضغط الهيدروليكي أو الهوائي الداخلي تدريجيًا حتى تعطل الحاوية.

حول ASTM، تم وصف طريقتين للاختبار - الطريقة أ تطبق مستوى ضغط محدد مسبقًا بينما الطريقة ب تزيد الضغط بمعدل ثابت حتى يحدث الانفجار. ويشار إلى الحد الأقصى للضغط الذي تم تحمله على أنه ضغط الفشل.

• طريقة الاختبار أ: في هذا الاختبار يتم إخضاع عينة من الزجاج لمحلول حمض مخفف، ويتم قياس كمية الزجاج المذاب باستخدام وحدات النظام الدولي للوحدات (SI)، مما يدل على متانة المادة ومقاومتها للمحتويات الحمضية.
• طريقة الاختبار ب: تتضمن استخدام محلول منظم للحفاظ على درجة حموضة محددة، حيث يتم تقييم أداء الزجاج في ظل ظروف خاضعة لرقابة مشددة، مما يسلط الضوء على مرونته أمام الإجهاد الكيميائي.

تتم مقارنة ضغط الفشل المقاس بالحدود المحددة بناءً على أبعاد الحاوية وقدرتها والاستخدام النهائي. الجوانب الرئيسية التي تم تقييمها هي مقاومة الضغط وطريقة الكسر لضمان هوامش أمان كافية.

عوامل مثل سمك الزجاج والعيوب والتاريخ الحراري ونتائج تأثير معدل التحميل. يتحقق الاختبار من قدرة الحاوية على تحمل الضغوط الداخلية أثناء المعالجة ومدة الصلاحية والنقل دون مخاطر التفتت.

 اختبار الذوبان 

يعد اختبار الذوبان إجراءً تحليليًا مهمًا يتم إجراؤه على الزجاج لتحديد متانته الكيميائية ومقاومته لترشيح القلويات عند ملامسته للماء أو المحاليل المائية.

في هذا الاختبار، يتم غمر قطعة من الزجاج في ماء مقطر أو حمض مخفف، ثم يتم تقييم المحلول لتحديد كمية الزجاج التي ذابت في السائل.

يهدف الاختبار إلى توفير إشارة إلى المقاومة المائية والثبات الكيميائي للمادة الزجاجية في ظل الظروف القاسية. تعمل النتائج بمثابة فحص لمراقبة الجودة لضمان الامتثال للمواصفات والملاءمة للتطبيق الصيدلاني المقصود أو أي تطبيق آخر.

تشمل العوامل الرئيسية التي تؤثر على نتيجة الاختبار تكوين الزجاج والتاريخ الحراري وحالة السطح ومعلمات الاختبار مثل درجة الحرارة والمدة وحجم الماء. تختلف الحدود المسموح بها بناءً على نوع الزجاج وفقًا لدراسات دستور الأدوية.

اختبار مقاومة الصدمات الحرارية

يحدد اختبار مقاومة الصدمات الحرارية قدرة المواد والمكونات على تحمل التغيرات المفاجئة في درجات الحرارة دون تشقق أو كسر أو التعرض لأضرار مادية.

في طريقة الاختبار هذه، تتعرض عينات الاختبار إلى تحولات حرارية سريعة مثل الانتقالات الفورية بين البيئات الساخنة والباردة أو التغيرات المفاجئة في درجات الحرارة في الوسط المحيط.

تتراوح درجات الحرارة القصوى النموذجية من -70 درجة مئوية إلى +150 درجة مئوية.

الجوانب الرئيسية التي تم تقييمها هي السلامة الهيكلية بعد التعرض للصدمة الحرارية، وغياب الشقوق/الكسور، والحفاظ على الأداء الوظيفي. يهدف الاختبار إلى محاكاة تقلبات درجات الحرارة الحقيقية التي يتم مشاهدتها عمليًا بسبب عوامل مثل التغيرات الجوية السريعة، أو بدء تشغيل/إيقاف تشغيل المعدات، أو الدورات الحرارية التشغيلية.

اختبار الحمل العمودي:

اختبار الحمل العمودي، المعروف أيضًا باسم اختبار الحمل المحوري، هو اختبار رئيسي لمراقبة الجودة يتم إجراؤه لتحديد القوة الميكانيكية وقدرة العبوات الزجاجية على مقاومة القوى العمودية أثناء المناولة والتخزين.

في هذا الاختبار، يتم إخضاع الحاويات لحمل ضغط متزايد تدريجيًا يتم تطبيقه عموديًا من خلال ألواح مسطحة حتى يحدث الفشل. تتم ملاحظة مستوى التحميل المسبب للفشل للمقارنة مع الحدود المحددة. يمكن أيضًا إجراء الاختبار على مستوى تحميل محدد مسبقًا لتقييم النجاح/الفشل.

الجوانب الرئيسية التي تم تقييمها هي الحد الأقصى للحمل الذي تم تحمله قبل الكسر أو درجة التشوه المقبولة. يحاكي الاختبار ظروف الضغط التي تمت مواجهتها في الممارسة العملية ويتحقق من هوامش القوة الكافية والامتثال لقوانين السلامة.
تؤثر عوامل مثل سمك الزجاج، والسعة، والهندسة، والعيوب، ومعدل تطبيق القوة العمودية على نتيجة الاختبار. تختلف مواصفات الحد الأدنى من القوة حسب نوع الحاوية والتطبيق المقصود.

اختبار قوة الضغط الداخلي

يحدد اختبار قوة الضغط الداخلي قدرة العبوات الزجاجية والجرار على مقاومة الكسر عند تعرضها للضغوط الداخلية المتوقعة أثناء المعالجة ومدة الصلاحية.

في طريقة الاختبار هذه وفقًا لمعيار ASTM C147، يتم إغلاق الحاويات الزجاجية بشكل آمن ويتم ضغطها داخليًا تدريجيًا إما بمعدل ثابت (الطريقة ب) أو الاحتفاظ بها عند مستوى ضغط محدد مسبقًا (الطريقة أ) حتى يحدث الانفجار. يتم تسجيل مستوى الضغط المسبب للفشل.

الجوانب الرئيسية التي تم تقييمها هي الحد الأقصى لضغط السطح الداخلي الذي يمكن تحمله وطريقة الكسر. تتم مقارنة ضغط الانفجار المقاس بالحدود المحددة بناءً على أبعاد الحاوية وسعتها وضغوط المنتج المتوقعة. يحاكي الاختبار ظروف الضغط الواقعية التي يمكن أن تمارسها الأطعمة المعبأة والمشروبات ومستحضرات التجميل والمستحضرات الصيدلانية مع مرور الوقت بسبب عوامل مثل إطلاق الغاز وتغيرات درجات الحرارة وما إلى ذلك. وهو بمثابة فحص حاسم لمراقبة الجودة قبل إغلاق الحاوية وتوزيعها. 

تتأثر قوة الضغط بسمك الزجاج والعيوب والتركيب والتاريخ الحراري ومعدل التحميل. تعمل هوامش الأمان المعززة على منع الانفجارات ومخاطر الشظايا. 

اختبار نفاذية بخار الماء

يتم استخدام اختبار نفاذية بخار الماء لقياس معدل وكمية بخار الماء الذي يمكن أن يمر عبر المادة مع مرور الوقت. إنه يشير إلى مدى تنفس المادة.

في طريقة الاختبار هذه، يتم تثبيت عينة دائرية بشكل آمن فوق وعاء اختبار مفتوح يحتوي على مادة مجففة أو ماء. يتم وضع السفينة في جو خاضع للرقابة مع درجة حرارة ورطوبة محددة. يتم توزيع الهواء على سطح العينة بسرعة محددة.

على مدى مدة مقاسة، يتم قياس كتلة بخار الماء التي تتخلل العينة إلى الوعاء عن طريق الوزن الدوري. وهذا يسمح بحساب معدل انتقال بخار الماء ونفاذية مادة الاختبار.

وتشمل المعلمات الرئيسية التي يتم التحكم فيها درجة حرارة الهواء، ومستويات الرطوبة النسبية على كل جانب من العينة، ومعدل دوران الهواء. يمكن أن تختلف نتيجة النفاذية بشكل كبير اعتمادًا على ظروف الاختبار هذه.

يحتوي الاختبار على تطبيقات في تقييم المواد المستخدمة في التعبئة والتغليف والملابس والأحذية والقفازات ومعدات الحماية وغيرها. يشير إلى قدرة المواد على السماح للعرق وبخار الرطوبة بالتبدد من خلالها.

اختبار التجزئة

اختبار تجزئة الزجاج هو اختبار لمراقبة الجودة يتم إجراؤه على الزجاج المقسى أو المقوى حرارياً لتحديد مستوى الضغط المتبقي وسلامة الزجاج. في هذا الاختبار المدمر، يتم كسر عينة من الزجاج المقسى ويتم تحليل شظايا الزجاج الناتجة. الجوانب الرئيسية التي تم تقييمها هي عدد الأجزاء المحسوبة في منطقة الاختبار، وتوزيع حجم الأجزاء، ونمط التجزئة.

تحدد معايير مثل EN 12150-1 الحد الأدنى لمتطلبات عدد الأجزاء بناءً على سمك الزجاج لتصنيف زجاج الأمان. يشير عدد الشظايا الأعلى إلى وجود ضغط ضاغط متبقي أكبر على السطح الزجاجي، مما يؤدي إلى تعزيز السلامة من خلال درجة أعلى من الشظايا.

يوفر الاختبار وسيلة عملية وموثوقة لضمان التقسية المناسبة وقياس ضغط السطح المتبقي والوفاء بقوانين السلامة. ومع ذلك، فإنه يتطلب كسر عينات الزجاج وعدّ الشظايا يدويًا، وهو أمر شاق. تعمل تقنيات التحليل الرقمي الناشئة على أتمتة عملية القياس الكمي لتحسين الكفاءة.

اختبارات محددة لحاويات المواد الغذائية والمشروبات

عندما يتعلق الأمر بحاويات الأطعمة والمشروبات، يتم تصميم اختبارات محددة لمعالجة المخاوف الفريدة لهذه التطبيقات. يجب أن تمر حاويات تخزين المواد الغذائية الزجاجية باختبارات صارمة للتأكد من أنها لا تلوث الطعام أو تغير مذاقه. وقد تشمل هذه التقييمات الحسية والتحقق من سلامة الختم.

• اختبار النقل الطيفي:

يقيس اختبار النقل الطيفي كمية الضوء المنقولة عبر الزجاج بأطوال موجية مختلفة عبر مناطق الأشعة فوق البنفسجية والمرئية والأشعة تحت الحمراء.

يتضمن استخدام مقياس الطيف الضوئي لقياس نسبة انتقال الزجاج أو نفاذيته من نطاق 290-450 نانومتر للحاويات الصيدلانية ومن 250-1800 نانومتر للمنتجات الزجاجية الأخرى. 

الجوانب الرئيسية التي تم تقييمها هي تأثير تكوين الزجاج وسمكه وعيوبه وانحناءه على النفاذية. ويهدف الاختبار إلى ضمان حجب الأشعة فوق البنفسجية بشكل مناسب لحماية المنتج والرؤية المناسبة والامتثال لمواصفات الصناعة.

تقنيات الاختبار المتقدمة

من أجل ضمان سلامة وجودة العبوات الزجاجية، تعد تقنيات الاختبار المتقدمة أمرًا بالغ الأهمية. تساعدك هذه التقنيات على تحديد متانة الزجاج ومقاومته للضغوط المختلفة، مما يضمن اجتيازه اختبارات السلامة الحرجة.

المقاومة التحللية باستخدام طرق الأوتوكلاف

عندما تقوم باختبار مقاومة التحلل المائي، تكون طرق الأوتوكلاف جزءًا لا يتجزأ من ذلك. تتضمن هذه الأساليب تعريض الزجاج للبخار تحت الضغط، ومحاكاة ظروف التعتيق المتسارعة. يمكن أن يتبع الاختبار إجراءات مثل طريقة الاختبار BA (المعروفة أيضًا باسم طريقة اختبار الأوتوكلاف A)، والتي تساعدك على تقييم مقاومة الزجاج عندما يتعرض لبيئة رطبة شديدة في درجات حرارة مرتفعة.

• اختبار الأوتوكلاف المائي: يتم سحق عينة من الزجاج ثم تعريضها للبخار في الأوتوكلاف. يتم تقييم متانة الزجاج عن طريق قياس كمية القلويات المنبعثة.

بالإضافة إلى ذلك، هناك طريقة الاختبار BW وطريقة الاختبار PW، وكلاهما يأخذ في الاعتبار فقدان الوزن لعينة الزجاج بعد خضوعها لعملية الأوتوكلاف. تعتبر البيانات المستمدة من هذه الاختبارات ضرورية بالنسبة لك كشركة مصنعة للزجاج لقياس أداء العبوات الزجاجية في ظل ظروف تحاكي الاستخدام الفعلي.

تحليل الفشل والأداء تحت الضغط

يعد تحليل سبب فشل الزجاج وقياس أدائه تحت الضغط من الاختبارات المصممة لمصلحتك على المدى الطويل. تساعدك هذه الاختبارات التقدمية على تحديد المشكلات الأساسية التي قد تؤدي إلى فشل المنتج.

• تحليل الفشل: أسلوب منهجي حيث يتم فحص الزجاج بعد الفشل لتحديد السبب. يتم استخدام تقنيات مثل تحليل الكسر وفحص السطح. هذه البيانات لا تقدر بثمن في منع الفشل في المستقبل.
• اختبار المتانة: يقوم بتقييم مدى قدرة العبوات الزجاجية على تحمل الضغط الميكانيكي. تخضع الحاويات لظروف تحاكي التعامل والاستخدام في العالم الحقيقي لتقييم قوتها ومتانتها. يساعد هذا الاختبار على ضمان اجتياز العبوات الزجاجية لاختبار الاستخدام اليومي دون فشل.

اختبار التغليف الدوائي

اختبار الزجاج المسحوق

اختبار الزجاج المسحوق هو اختبار لمراقبة الجودة يتم إجراؤه على العبوات الزجاجية المستخدمة في تعبئة الأدوية لتقدير كمية القلويات التي يمكن أن تتسرب من سطح الزجاج في الظروف القاسية. ويتضمن الخطوات الرئيسية التالية:

• يتم سحق العبوات الزجاجية إلى مسحوق ناعم لزيادة مساحة السطح المعرضة لظروف الاختبار.
• يتم غسل عينة الزجاج المسحوق جيدًا لإزالة أي جزيئات دقيقة ملتصقة.
• يتم بعد ذلك تسخين العينة في الماء عند درجة حرارة 121 درجة مئوية في الأوتوكلاف لمدة 30 دقيقة. تعمل درجة الحرارة هذه على تسريع عملية الترشيح.
• تتم بعد ذلك معايرة المحلول بحمض الكبريتيك باستخدام مؤشر الميثيل الأحمر لتحديد كمية القلويات المتسربة.

يوفر الاختبار مؤشرا على المقاومة المائية والمتانة الكيميائية للحاوية الزجاجية. يتم تحديد الحدود المسموح بها حسب مواصفات دستور الأدوية بناءً على نوع الزجاج. تشير الكمية الأعلى من القلويات المتسربة إلى مقاومة أقل وزيادة خطر تفاعل المنتج.

اختبار الهجوم المائي

يُستخدم اختبار هجوم الماء لتحديد ما إذا كانت مقاومة العبوات الزجاجية للقلويات مخصصة للاستخدام الصيدلاني، خاصة تلك المعالجة بثاني أكسيد الكبريت.

في هذا الاختبار، يتم غمر الأوعية الزجاجية بأكملها لمدة 30 دقيقة مع الماء في الأوتوكلاف عند 121 درجة مئوية. في ظل هذه الظروف القاسية، تتسرب القلويات من سطح الزجاج إلى الماء.

يتم بعد ذلك معايرة محلول الاختبار بمحلول حمضي قياسي لتحديد كمية القلويات (عادة أيونات الصوديوم) المنطلقة. يتم بعد ذلك حساب ترشيح القلويات ومقارنتها بالحد المسموح به في دستور الأدوية بناءً على نوع الزجاج.

يوفر هذا الاختبار إشارة مبالغ فيها لمقاومة التحلل المائي والمتانة الكيميائية للعبوات الزجاجية. تشير الكمية الأعلى من تسرب القلويات إلى ضعف مقاومة القلويات وزيادة خطر تفاعل المنتج بين الزجاج ومحتويات المستحضرات الصيدلانية على مدار فترة الصلاحية.

الاختبارات البدنية والأداء

عند النظر في موثوقية وسلامة الحاويات الزجاجية، تعتبر الاختبارات الفيزيائية واختبارات الأداء أمرًا أساسيًا. ستحتاج إلى التركيز على مدى قدرة الحاويات على التعامل مع الضغط والتأكد من أن خصائص الختم الخاصة بها تتوافق مع المعايير.

فحص مقاومة الضغط والحمل

يعد اختبار قوة الضغط الداخلي أمرًا بالغ الأهمية لتحديد ما إذا كانت العبوات الزجاجية الخاصة بك يمكنها تحمل الضغوط التي ستواجهها، خاصة إذا كانت مخصصة للمشروبات الغازية أو غيرها من المحتويات المضغوطة. ويمكن استخدام طريقة الاختبار التقدمي، حيث يتم زيادة الضغط بشكل تدريجي على الحاوية حتى تصل إلى نقطة الفشل. للحصول على نتائج دقيقة وقابلة للتكرار، من الضروري أن تتم معايرة المعدات المستخدمة بشكل جيد ويتم صيانتها بانتظام.

• طرق الاختبار: تشمل الاختبارات الشائعة اختبار الانفجار واختبار الضغط، اللذين يقيمان الزجاج للتأكد من أنه قوي بما يكفي لتجنب الكسر أثناء الاستخدام العادي وقادر على التعامل مع التغيرات المفاجئة في الضغط.
• حجم العينة: يجب أن تكون كل حاوية تم اختبارها عينة تمثيلية لعملية الإنتاج الخاصة بك لضمان الاتساق.

تقييم خصائص ختم الحاويات

يجب عليك أيضًا فحص خصائص إغلاق الحاويات الخاصة بك للتأكد من أنها محكمة الغلق ومضادة للتسرب. يتضمن ذلك اختبار الحاوية مع إغلاقها المقصود في ظل الظروف التي قد تواجهها خلال دورة حياتها، مثل تخزينها في الثلاجة أو تسخينها في الميكروويف. يجب اختبار غطاء الحاوية أو آلية إغلاقها بشكل متكرر لضمان بقاء الختم سليمًا وعمليًا.

سلامة الختم واختبار التسرب

تعد سلامة الختم واختبار التسرب للعبوات الزجاجية أمرًا حيويًا لضمان إغلاق محكم ومنع التلوث الميكروبي في منتجات الرعاية الصحية المعقمة. تشمل طرق الاختبار الشائعة الاضمحلال الفراغي، وانبعاث الفقاعات، واختبارات دخول الصبغة. يتم ملء الحاويات بمحلول، وإغلاقها، والتحقق من عدم وجود أي تسرب يشير إلى فقدان المحلول مع مرور الوقت، أو فقاعات الغاز، أو دخول محلول الصبغة الخارجي.

الامتثال التنظيمي والمعايير

مقارنة المعايير الدولية مقابل الوطنية

أثناء تنقلك عبر اللوائح، ستواجه المعايير الدولية والوطنية. توفر المعايير الدولية مثل تلك التي وضعتها ASTM (الجمعية الأمريكية للاختبار والمواد) إجماعًا على المواصفات المتعلقة بجودة المواد والسلامة والاعتبارات البيئية. تعمل هذه المعايير كمعيار عبر مختلف البلدان وتساعد في إنشاء أرضية مشتركة للتغليف الآمن.

ومن ناحية أخرى، تميل المعايير الوطنية إلى معالجة قيود تنظيمية محددة ومخاوف تتعلق بالسلامة خاصة ببلد ما. وقد تكون هذه المعايير أكثر صرامة أو تفصيلاً في جوانب معينة عند مقارنتها بالمعايير الدولية لضمان الامتثال للسياسات والممارسات المحلية.

اعتبارات السلامة والبيئة

تؤثر الممارسات البيئية بشكل كبير على عملية الامتثال. يجب عليك التأكد من أن العبوة الزجاجية الخاصة بك تلتزم بعمليات الإنتاج والتخلص الآمنة بيئيًا. يمكن أن تمتد القيود التنظيمية أيضًا إلى التأثير البيئي للمواد المستخدمة وعملية تصنيع العبوات الزجاجية. 

باختصار، يعد الاختبار الصارم أمرًا ضروريًا لضمان سلامة وسلامة العبوات الزجاجية المستخدمة في منتجات الأغذية والمشروبات. تقوم الاختبارات الموضحة بتقييم السمات الرئيسية مثل القوة والمتانة وقدرة الختم المحكم التي تعتبر ضرورية لمنع الكسر أثناء الإنتاج والنقل والاستخدام. ومن خلال الالتزام بالمعايير وإجراء تقييمات منتظمة، يمكن للمصنعين أن يثقوا في أن عبواتهم الزجاجية ستحمي المحتويات وتعمل على النحو المنشود. ومع ظهور تصميمات ومواد جديدة للحاويات، سيستمر الاختبار في لعب دور مهم في مراقبة الجودة والحفاظ على ثقة المستهلك في صناعة التعبئة والتغليف الزجاجية. يساعد تكييف طرق الاختبار مع الابتكارات على دعم النمو المستدام مع إعطاء الأولوية للسلامة.