Дисперсионные среды для жидких лекарственных форм. Водоочистка

Требования  безопасности предъявляемые к растворителям.

Почти все растворители физиологически активны, многие органические к тому же пожаро- и взрывоопасны. Ароматические углеводороды, галогенпроизводные, амины, кетоны при значительных концентрациях могут вызывать серьёзные отравления, приводить к различным кожным заболеваниям (дерматиты, опухоли). Для многих промышленных органических растворителей разработаны технические условия по обеспечению как противопожарной безопасности при работе с ними, так и личной защиты от их физиологически вредных воздействий.

Вода  очищенная

 

Вода очищенная должна соответствовать  требованиям ГФ РК.. Методами получения воды очищенной могут быть обратный осмос, деионизация, дистилляция.

Установки раздельного ионного  обмена утрачивают свою популярность ввиду сложности и небезопасности их регенерации. Смешанные ионообменники, не требующие регенерации, существенно увеличивают эксплутационные расходы.

В последнее время большое развитие получили системы обратного осмоса, как энергетически выгодный и относительно безопасный метод. Конструкция установок обратного осмоса должна обеспечивать минимизацию застойных зон и предотвращать возможность адсорбции биопленки на мембранах.

Для гарантированного качества воды очищенной применяются двухступенчатые  системы обратного осмоса. Однако с каждым годом на мировом рынке растут требования к технологическому оборудованию в плане безопасности, автоматизации, обеспечению гарантии качества.

В Европе в последнее время получают распространение мембраны, выдерживающие  тепловую обработку. Часто после двух ступеней обратного осмоса устанавливают электродеионизатор для снижения электропроводности воды.

Конструктивно установка обратного  осмоса состоит из мембран, установленных в корпусах, и насоса высокого давления, обеспечивающего условия для разделения пермеата и концентрата в мембранном блоке. Для обеспечения оптимального режима эксплуатации и автоматизации процессов установки обратного осмоса должны быть укомплектованы контроллером, комплектом автоматических клапанов и контрольно-измерительных приборов.

Вода для инъекций

 

Перспективы

В последнее время  были предприняты попытки выделить вид воды, промежуточный между  очищенной и инъекционной, - так называемую "сверхочищенную воду" (Highly Purified Water).

Это вызвано, во-первых, тем, что зачастую трудно определить, какой  вид воды необходим, например, при  работе с субстанцией, имеющей лимит  по пирогенности, но которая не является конечным продуктом, а во-вторых, тем, что вода очищенная служит сырьем для получения воды для инъекций.

Критерии качества сверхочищенной воды такие же, как у воды для  инъекций, однако требования к системе  приготовления и распределения  такие же, как у воды очищенной.

 

Таблица 1.

Некоторые примеры по применению того или иного вида воды в технологии фармацевтических производств.

Вода очищенная	Вода высокоочищенная	Вода для инъекций
Ректальные, вагинальные препараты нестерильные	Офтальмологические препараты	Парентеральные препараты
Нестерильные препараты  для приема во внутрь	Стерильные препараты  для носа и ушей	Стерильные гемофильтрационные и гемодиафильтрационные растворы
Препараты для носа и  ушей нестерильные	Стерильные кожные препараты	Стерильные растворы для перитонального диализа.
Кожные, распылительные препараты нестерильные, без лимита пирогенности	Апирогенные субстанции	Стерильные растворы для орошения

 

Следует подчеркнуть, что  заявленный тип воды должен применяться  на всех стадиях, связанных с формуляцией, окончательной мойки контейнеров, мойки деталей оборудования, находящихся в прямом или опосредованном контакте с продуктом. На стадиях синтеза и первичной мойки возможно применение воды с менее жесткими требованиями, что каждый раз оговаривается индивидуально.

В большинстве стран  мира для оценки качества воды для  фармацевтических целей наряду с  национальными фармакопеями руководствуются  Европейской (EP), Американской (USP), Британской (BP) и Японской (JP) фармакопеями, в которых наиболее полно представлены различные типы воды для фармацевтических целей (табл.1) и приведены требования к ее чистоте.

 

Вода очищенная (ВО) используется для производства и/или изготовления нестерильных ЛС, а также для получения пара, санитарной обработки, мытья тары и укупорки (за исключением финишного ополаскивания при производстве и/или изготовлении стерильных ЛС), в лабораторной практике. На фармацевтическом производстве она является исходной при получении воды для инъекций.

Требования по физико-химическим показателям и микробиологической чистоте, предъявляемые к ВО различными фармакопеями, приведены в табл.2.

"Вода очищенная" она может быть получена методами дистилляции, ионного обмена, обратного осмоса, комбинацией этих методов или другим способом.

Однако следует отметить, что дистилляция редко используется для получения ВО, т. к существуют более экономичные методы (ионный обмен, обратный осмос и др.).

Для оценки качества ВО проводятся испытания на содержание восстанавливающих  веществ, диоксида углерода, хлоридов, сульфатов, аммиака, кальция, нитритов и нитратов, тяжелых металлов; определяются сухой остаток, рН воды и микробиологическая чистота.

В ЕР 5-ого изд. 2005 г. требования к ВО регламентируются соответствующей ФС 0008 "Вода очищенная" ("Purified water"). Согласно EP ВО может быть получена дистилляцией, ионным обменом или другими подходящими методами. В качестве исходной служит вода, соответствующая требованиям на воду питьевую.

Среди показателей качества ВО нормируются содержание нитратов, тяжелых металлов; определяются удельная электропроводность (УЭ) и содержание общего органического углерода (ООУ). Как альтернатива определению ООУ в воде разрешается определение восстанавливающих веществ. Требования по микробиологической чистоте ВО носят рекомендательный характер и являются уровнем корректирующих действий (уровень корректирующих действий - уровень, при превышении которого технологический процесс действительно отклонился от нормальных условий и необходимо выполнить корректирующее действия для возвращения процесса к нормальным рабочим параметрам).

Среди показателей качества ВО нормируются содержание нитратов, нитритов, тяжелых металлов, хлоридов, сульфатов, аммиака, восстанавливающих  веществ, сухого остатка, определяется кислотность и щелочность воды.

Вода очищенная (ВО) используется для:

изготовления не инъекционных лекарственных средств;

получения пара;

санитарной обработки;

мытья посуды (за исключением финишного ополаскивания);

в лабораторной практике и др.;

На фармацевтическом производстве ВО является исходной при получении воды для инъекций. В зависимости от качества исходной воды в технологической схеме получения воды очищенной большое значение имеет предварительная подготовка воды, которая может включать несколько стадий.

Выбор технологической  схемы получения воды очищенной обусловлен:

качеством исходной воды;

требованиями производителя  лекарственных средств;

выбором конечной стадии получения воды;

требованиями, предъявляемыми к воде фармакопейной статьей;

требованиями, предъявляемыми определенными стадиями (например, дистилляцией, обратным осмосом) к качеству подаваемой (исходной) воды;

стадиями предварительной  очистки, направленными на удаление примесей, содержание которых нормируется  нормативной документацией или  производителем фармацевтической продукции.

Схемы очистки воды

 

Для получения воды очищенной  применяются последовательные многоступенчатые схемы. При выборе конкретной схемы необходимо учитывать результаты анализа исходной воды и имеющееся в наличии оборудование. Следует отметить, что в зависимости от конкретных условий, можно применять процессы, не упомянутые в них. Главное, чтобы в результате полученная вода соответствовала требованиям действующих нормативных документов. Схема получения любого типа воды, а также любые изменения в ней должны пройти валидацию.

1. схема включает следующие процессы:

грубая фильтрация

умягчение

фильтрация через угольный фильтр

дистилляция

При выборе схемы 1 требуются большие капитальные затраты. Расход энергоносителей значительно больше, чем в других вариантах. Он может быть целесообразен в случае, если предприятие уже имеет в наличии свободный дистиллятор и достаточное количество промышленного пара.

2. схема включает следующие процессы:

грубая фильтрация

умягчение

фильтрация через угольный фильтр

деионизация

При выборе схемы 2 требуются наименьшие капитальные затраты. Расходы энергоносителей невелики. Однако в эксплуатации часто возникают трудности в связи с необходимостью регенерации ионообменников кислотами и щелочами.

3. схема включает процессы:

подогрев и термостатирование

грубая фильтрация

умягчение

фильтрация через угольный фильтр

фильтрация через фильтр с диаметром  отверстий 3 мкм

обратный осмос

Схема 3 наиболее оптимальна. При этом не требуются большие капитальные затраты. Оборудование не требует частой регенерации. Эксплуатационные расходы невысоки.

3. Методы очистки воды

Дистилляция

 

Дистилляция является традиционным, эффективным и надежным методом  очистки воды, в процессе которого вода нагревается, испаряется и конденсируется. Оборудование для дистилляции сравнительно недорогое, но энергоемкое, типично затрачивается 1 кВт на 1 литр произведенного дистиллята. В зависимости от конструкции дистиллятора, дистиллированная вода имеет сопротивление ок.1 MW-см и сохраняет стерильность только при условии строжайшего соблюдения правил хранения. Кроме того, в обычных дистилляторах из воды не удаляются углекислый газ, соединения кремния, аммиак и органические примеси.

Для получения воды очищенной используют дистилляторы, которые отличаются друг от друга по способу нагрева, производительности и конструктивным особенностям.

Метод однократной дистилляции  неэкономичен, так как при его  использовании велики энергозатраты  на нагрев и испарение воды (около 3000 кДж на кг пара), а также затраты воды на конденсацию пара (около 8 л воды 1 кг пара). Использование однократной дистилляции целесообразно для малых потреблений воды - 10-20 л/ч.

Более эффективным и  экономичным, по сравнению с обычной  дистилляцией, являются высокоэффективные  многоколоночные дистилляторы.

Основной принцип многоколоночного дистилляционного аппарата состоит в том, что требующаяся для переноса тепла разница температур (что соответствует разнице давлений) получается при нагреве первой колонны паром с высокой температурой. Пар, полученный в первой колонне, охлаждается в дистиллят, давая ему немного подогреть работающую при более низкой температуре и давлении вторую колонну. Пар второй колонны, в свою очередь, подогревает третью колонну, которая функционирует при атмосферном давлении. Таких колонн может быть несколько. Только в последней колонне полученный пар требует для охлаждения в дистиллят типичного охладителя с холодной водой. Таким образом, энергию используют на подогрев только первой колонны дистиллятора, а охлаждающую воду - только в последней колонне для охлаждения пара. Увеличивая число колонн, можно уменьшить расход как пара, так и воды, так как в каждой колонне уменьшается количество испаряемой воды и пара в охладителе.

                                          Ионный обмен

 

Является одним из эффективных методов удаления из воды анионов и катионов. Это одна из важнейших стадий очистки, используемая как этап предварительной очистки, так и для получения воды очищенной.

Принцип ионного обмена: основан на использовании ионитов - сетчатых полимеров разной степени сшивки, гелевой микро- или макропористой структуры, ковалентно связанных с ионогенными группами. Диссоциация этих групп в воде или в растворах дает ионную пару - фиксированный на полимере ион и подвижный противоион, который обменивается на ионы одноименного заряда (катионы или анионы) из раствора. При химическом обессоливании обмен ионов является обратимым процессом между твердой и жидкой фазами. Включение в состав смол различных функциональных групп приводит к образованию смол избирательного действия.

Ионообменные смолы делятся на анионообменные и катионообменные. Катионообменные смолы содержат функциональные группы, способные к обмену положительных ионов, анионообменные - к обмену отрицательных.

Смолы могут быть дополнительно  разделены на 4 основные группы: сильнокислотные, слабокислотные катионообменные смолы и сильноосновные и слабоосновные анионообменные смолы.

Существует два типа ионообменных аппаратов, наиболее часто  используемых в фармацевтической практике, как правило, колоночных:

с раздельным слоем катионита и анионита;

со смешанным слоем.

Аппараты первого типа состоят из двух последовательно  расположенных колонн, первая из которых  по ходу обрабатываемой воды заполнена  катионитом, а вторая - анионитом. Аппараты второго типа состоят из одной колонны, заполненной смесью этих ионообменных смол.

Преимуществами ионного обмена являются малые капитальные затраты, простота, отсутствие принципиальных ограничений для достижения большей производительности.

Использование метода ионного  обмена целесообразно при слабой минерализации воды: 100ё200 мг/л солей, т. к уже при умеренной (около 1 г/л содержании солей) для очистки 1 м3 воды будет необходимо затратить 5 л 30% раствора соляной кислоты и 4 л 50% раствора щелочи.

Смолы обладают рядом  существенных недостатков, затрудняющих их использование:

наличие химически агрессивного реагентного хозяйства и, соответственно, высокие эксплуатационные затраты  на его приобретение и хранение;

ионообменные смолы  требуют частой регенерации для  восстановления обменной способности  и повышенного внимания со стороны обслуживающего персонала;

большое количество химически  агрессивных сточных вод после  проведения регенерации фильтров и  др.

Регенерация ионообменных смол производится как правило растворами кислоты хлористоводородной (для Н+-формы) и натрия гидроксида (для ОН-формы). На качество регенерации влияет выбор регенерирующего раствора, тип ионообменной смолы, скорость, температура, чистота, тип и концентрация регенерирующего раствора, время его контакта с ионитами. Для приготовления растворов кислоты хлористоводородной и натрия гидроксида, их хранения и защиты персонала от возможных утечек, необходимы специальные емкости.