Seminar-voda Ind. Farmacija

VODE ZA UPORABO V FARMACIJI

Â

Vrste vod  Naravna voda (tekoča/stoječa, površinska/globinska, različna agregatna stanja...)  Vodovodna voda (pitna)  Laboratorijske vode

 Â

Kvaliteta vode RAZLIČNE STOPNJE IN DEFINICIJE ČISTOSTI:  Definicija čistosti je odvisna od uporabe vode (reagenti/parenteralni pripravki) STANDARDI: NA SPLOŠNO NA RAZISKOVALNEM PODROČJU:

 American Society for Testing and Materials (ASTM)  College of American Pathologist (CAP) V FARMACIJI:

 United States Pharmacopoeia (USP)  European Pharmacopoeia  Â

Farmacevtske vode EVROPSKA FARMAKOPEJA (Ph. Eur. 4th ): 1. WATER, PURIFIED Aqua purificata

Purified water in bulk Purified water in containers

2. WATER, HIGHLY PURIFIED Aqua valde purificata 3. WATER FOR INJECTIONS Aqua ad iniectabilia

Water for injections in bulk Sterilised water for injections

4. HAEMODIALYSIS SOLUTIONS, CONCENTRATED, WATER FOR DILUTING Aqua ad dilutionem solutionium concentratarurn ad haemodialysim

 Â

5. WATER (1155 0) INJECTION Aquae (1155 0) solutio ifflectabilis

Farmacevtske vode AMERIŠKA FARMAKOPEJA (USP XXIII)         Â Â

Drinking Water USP Purified Water USP Sterile Purified Water USP Water for Injection USP Sterile Water for Injection USP Bacteriostatic Water for Injection USP Sterile Water for Irrigation USP Sterile Water for Inhalation

Kroženje vode v naravi

 Â

Nečistoče v vodovodni vodi +-

ANORGANSKE SOLI ORGANSKE SNOVI DELCI / KOLOIDI MIKROORGANIZMI RAZTOPLJENI PLINI

 Â

Pogosto prisotne soli v vodi ANIONI

Cl

-

-PO 4

 Â

SiO 4

NO 3

CO 3

KATIONI

SO 4

ClO

Si O ...... SiO 2 7 2

+

Na

Fe

++

Pb

+

Ca + +

Mn

Al

++

++ +

Organske snovi (naravne) HO

R

HO

COOR

HO

R

R

OH

R

TANINI

R

FENOLI

FOLNA KISLINA HO

CH

CHCOOH

AMINO KISLINE PROTEINI

LIGNIN

 Â

PIROGENI

Organske snovi (nenaravnega izvora) Cl

CH Cl 2 2 H

CHCl 3 CCl

N

N N H3C-CH-CH3

4

H

N CH3-CH2

Cl

Cl

Cl

RO Cl

OP(OCH2CH3)2 Cl

INSEKTICIDI

HERBICIDI

KLOROMETANI

N

Cl

N

S

O

O

C

C

Cl Cl

PAH Â Â

PCB

FTALATI

OR

Delci in koloidi -

-

 Â

-

-

-

-

-

-

Trdi ali mehki delci: nudijo zaščito bakterijam in motijo laboratorijske Koloidi: stabilne suspenzije eksperimente anorganskih ali organskih delcev

Bakterije

Staphylococcus Aureus  Â

Serratia Marcescens Staphylococcus Aureus

Pirogeni Pirogeni (oz. endotoksini) so najpogosteje lipopolisaharidi; (LPS) gradniki celičnih sten po Gramu negativnih bakterij. Sestavljeni so iz hidrofilnega (polisaharid) in hidrofobnega (lipid) dela. Pirogeni (grško: π υ ρ = ogenj, ker zvišajo temperaturo) lahko “preživijo” avtoklaviranje (3 h pri 121 °C), medtem ko izpostavitev za 4 ure pri 180°C zmanjša koncetracijo pirogenov za factor 1000. Â Â

Pirogeni v raztopini (1)

Hidrofobni del (Lipid A)

Hidrofilni del (Polisaharid)

LPS podenota MM: 3.000 do 25.000 Daltonov Micel

pH Soli PAS Â Â

LPS podenote

Hidrofobno jedro

Hidrofilno področje

MM: 100.000 do 300.000 Da

Pirogeni v raztopini (2) V zelo razredčenih raztopinah tvorijo pirogeni vezikle z molsko maso do 1.000.000 Da. Nucleus (H O) 2

Stena vezikla

Vezikel MM do 1.000.000 Da  Â

RNAze  Ribonukleaze so encimi odgovorni za razgradnjo ribonukleinske kisline (RNA). Enoverižno RNA cepijo na določenih baznih mestih. Pikogramske količine zadostujejo za razgradnjo RNA.  Ti proteini z MM med 10.000 in 30.000 Daltonov so povsod prisotni, odporni na visoke temperature (do 100 °C), ekstremne pH in lahko ostanejo aktivni več tednov.  Izoliramo jih lahko iz mikroorganizmov, plesni ali sesalcev.  Določanje: z RNA hidrolizo (agarozni gel z RNA)  Pomembna odsotnost RNAz v biotehnologiji

 Â

Raztopljeni plini

Kisik

Dušik

Ogljikov dioksid  Â

Radon

Tehnologije čiščenja vode +-

Odstranjevanje nečistoč:

 Destilacija  Deionizacija  Reverzna osmoza  Ultrafiltracija  Membranska filtracija  Filtracija/aktivno oglje  Ultravijolična svetloba  Â

Destilacija (enkratna/večkratna)

 Â

Destilacija Slabosti

Prednosti  





 Â

Odstrani velik delež vseh vrst nečistoč Pridobljena voda ima upornost med 0.2 in 1 MΩ.cm Srednji stroški naložbe

Dobro poznana in enostavna metoda



 



Ne odstrani vseh nečistoč; med samim procesom lahko nastanejo nove Ne moremo nadzorovati kakovost vode Visoki operativni stroški, zaradi velike porabe za gretje (0.8KW/L) in vode za hlajenje (15 L/L) Redno čiščenje ali pa mehčanje vode za zagotavljanje optimalnega delovanja

Deionizacija (DI) z ionskimi izmenjevalci Na+ + Cl-

Odstrani > 99.9 % ionov R-H

R-OH

R-Na

R-Cl H+ + OH- ---> H2O

 Â

Deionizacija (DI) Slabosti

Prednosti 



Učinkovito odstranjevanje ionov (Upornost: 1 - 10 MΩ.cm) Možnost regeneracije – večkratna uporaba





 

 Â

Ne odstrani trdnih delcev, organskega materiala in mikroorganizmov Omejena kapaciteta aktivnih mest za vezavo ionov; zahteva dobro kvaliteto vstopne vode za daljše delovanje Kapaciteta je povezana s pretokom Dobra podlaga za razvoj bakterij

Reverzna osmoza Osmosis Direktna osmoza

 Â

Reverse Osmosis

Dva prostora z vodo sta ločena z membrano prepustno samo za vodne molekule. Če dodamo v en prostor neko snov (npr. sol), bo voda prehajala v ta prostor.

Reverzna osmoza P

 Â

Reverzna osmoza

P

Reverzna osmoza je nasprotna direktni osmozi: na raztopino (voda z nečistočami) pritiskamo s tlakom in voda prehaja polprepustno membrano v nasprotni smeri.

Reverzna osmoza Membrana (neporozna!)

P Vstopna voda

Permeat

Koncentrat

 Â

Ione: Zadrži > 97 % Organske snovi (MM > 100): Zadrži > 99 % Delci, bakterije: Zadrži > 99 %

Reverzna osmoza Prednosti 

 



 Â

 Odstrani precejšen delež vseh vrst nečistoč (ione,  organske snovi, pirogene, viruse, bakterije, delce, koloide) Nizki operativni stroški zaradi nizke porabe energije Ni potrebe po čiščenju z močnimi kislinami in bazami, malo vzdrževanja  Dobra kontrola procesnih parametrov

Slabosti Ne odstrani vseh nečistoč Reverzno osmozne membrane se lahko zamašijo (delci, organske snovi, koloidi), predrejo (delci, kemikalije) in so občutljive na nalaganje delcev (CaCO3), če jih pravilno ne vzdržujemo Poraba vode je manjša kot pri destilaciji (izkoristek do 36 %)

Ultrafiltracija 



Ultrafiltri so asimetrične membrane, včasih sestavljene Pod tlakom, majhne molekule prehajajo membrano, medtem ko molekule večje od NMWL ne prehajajo

Organske snovi z MM > NMWL (Nominal Molecular Weight Limit )

zadrži > 99 % Â Â

MM vs. OBLIKA ?

P

1 µm

100 µm

Ultrafiltracija 

  

 Â

Prednosti

Slabosti

Učinkovito odstrani (>99%)  vse organske molekule z molekulsko maso nad NMWL. Zelo učinkovita pri odstranjevanju pirogenov, virusov in delcev Ni tveganja obarjanja delcev Majhna poraba vode in energije Enostavno vzdrževanje

Ne zadrži skoraj nič ionov, plinov in nizko molekularnih organskih snovi

Membranska mikrofiltracija

 Â

Screen filter 100 % Odstranitev

Durapore 0,22 μm Membrana (SEM)

Membranska mikrofiltracija 

 

 

 Â

Prednosti

Slabosti

 100 % odstranitev vseh nečistoč (delci, bakterije) večjih od velikosti por Steriliziranje s filtracijo (0.22 μm membrana - LRV > 7) Minimalno vzdrževanje: po potrebi membrano enostavno zamenjamo  Ob majhnem tlaku lahko dosežemo visoke pretoke Učinkovitost neodvisna od pretoka

Minimalen učinek na ostale nečistoče

Površinsko filtriranje: lahko pride do zamašitve

Aktivno oglje Skupna površina: 1000m2/g  odstranitev klora iz vodovodne vode z redukcijo  odstranitev organskih snovi z adsorpcijo

Naravno  Â

Sintetično aktivno oglje

Aktivno oglje Slabosti

Prednosti 



Učinkovito odstranjevanje velikih količin organskih snovi (celo tistih z nizko MM) z nespecifičnim vezanjem (Van der Waals sile) Visoka kapaciteta zaradi velike površine





 

 Â

Malo učinka na ostale prisotne snovi (razen nekaterih delcev odstranjenih z globinsko filtracijo) Ko so zasedena vsa aktivna mesta, pridemo do ravnotežja in organske snovi se lahko tudi odpuščajo Po več mesecih uporabe se lahko razvijejo bakterije Učinkovitost je odvisna od pretoka

Ultravijolična svetloba Baktericidni učinek [%]

100% 80% 254nm

60% 40% 20% 0%

240

260

280

300 320

UV valovna dolžina [nm] Â Â

UV svetloba (185 + 254 nm) Slabosti

Prednosti 



 

 Â

Pretvorba sledi organskih spojin v nabite delce in končno v CO2 (185 in 254 nm) Uničuje tudi mikroorganizme in viruse (254) Majhna poraba energije Enostavna za uporabo



Le za končno čiščenje vode; ne za preveč kontaminirane vzorce



Organske snovi pretvori, ne odstrani Omejen učinek na ostale nečistoče Za optimalno učinkovitost je potrebna dobra postavitev

 

Tehnologije & Odstranitev nečistoč

DES IONI Â Â

ORGANSKE

Nečistoča še vedno (100%) prisotna Nečistoča popolnoma (100%) odstranjena

Določanje organskih snovi v vodi  TOC = Total Organic Carbon (Total Oxidizable Carbon, Skupen organski ogljik)

Z merjenjem TOC določamo količino v vodi prisotnih organskih snovi, ki vsebujejo ogljik. Iz vrednosti TOC sklepamo na onesnaženost vode z organskimi snovmi. Â Â

Neorganski ogljik: ni del TOC

CO2 Ogljikov dioksid

 Â

H2CO3

HCO3Bikarbonatni ion

CO32Karbonatni ion

Določanje organskih snovi OBIČAJNO:  Oksidacija organskih snovi z UV → Določanje spremembe prevodnosti PO FARMAKOPEJI:  Test na oksidirajoče substance: Voda (org. snovi) + KMnO4 v kislem, ΔT KMnO4 deluje hkrati kot oksidant in indikator!

 Â

Določanje ionov z merjenjem prevodnosti Prevodnost

χ FΣ =

Prevodnost (Siemens/cm)

.

Ci Zi ui

Koncentracija posameznih ionov (mol/ml)

Faradajeva konstanta

Upornost  Â

R = 1/χ

Valenca

Mobilnost V-1 .cm2.s-1

Upornost visoko-prečiščene vode = f (T) Upornost [MΩ.cm] 90 80

Pri 25°C je upornost visoko prečiščene vode enaka 18,2 MΩ.cm

70 60 50 40 30 20 10 0 0 Â Â

10

20

30

40

Temperatura [°C]

50

60

70

80

90 100

Aparat za merjenje prevodnosti

i

s

 Â

L

Konstanta celice = L/S

s

Izmenični tok z nizko frekvenco Napetost < 1.2 V, da se izognemo disociaciji vode Konstanta celice = L/S Nizka konstanta celice = večja točnost: (višji signal-tok in manjše motnje)

Vaje – praktično delo  Ogledali si bomo aparaturo za pripravo prečiščene vode na fakulteti  Preverjali bomo ustreznost laboratorijske vode po 4. Evropski farmakopeji: Prevodnost Kislost/bazičnost, pH Test na oksidirajoče substance (Ostali testi: Nitrati, Aluminij, Kloridi, Sulfati, Amoniak, Kalcij in magnezij, Težke kovine, Ostanek po izparevanju, Mikrobiološko onesnaženje, Bakterijski endotoksini)

 Â