Вода и водоподготовка в промышленных условиях и в аптеке

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3 Вода очищенная

Вода очищенная используется в производстве нестерильных лекарственных  средств. На фармацевтическом производстве она является исходной при получении  воды для инъекций, а также для  вспомогательных целей и в  лабораторной практике. Вода очищенная, соответствующая тесту на эндотоксины, может быть использована в производстве различных растворов.

Вода очищенная должна соответствовать требованиям ФС 42 2619-97. Методами получения воды очищенной  согласно ФС 42 2619-97 могут быть обратный осмос, деионизация, дистилляция. Однако следует отметить, что дистилляция редко используется для получения воды очищенной, так как существует более экономичные методы (обратный осмос, ионный обмен).

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

Согласно ФС 42-2619-97 воду очищенную  используют свежеприготовленную (т.е. приготовленную и использованную в  течение рабочей смены – через 6-8 часов) или хранят в закрытых емкостях, изготовленных из материалов, не изменяющих свойств воды и защищающих ее от микробиологического загрязнения  сроком не более 3-х суток.

2.4 Вода стерильная  очищенная

Это очищенная вода, которая  упакована и стерилизована для  подготовки непарентеральных лекарственных форм. Эта категория воды включена в Американскую фармакопею.

2.5 Вода высокоочищенная

Это обработанная вода, которая  имеет те же стандарты качества, что и вода для инъекций, но промышленные методы считаются менее надежными, чем дистилляция и таким образом  эта вода считается неприемлемой для получения воды для инъекции. Вода высокоочищенная используется при производстве продуктов, как вода биологического качества. Эта вода включена в Европейскую и Британскую фармакопею. Вода высокоочищенная может использоваться в случаях, когда требуется вода с очень низким уровнем микробного загрязнения и содержания эндотоксинов, однако допускается получение такой воды методами, отличными от дистилляции. Её, в частности, следует использовать в производстве инъекционных препаратов, для растворения или разведения субстанций или препаратов, предназначенных для парентерального применения и стерильной воды для инъекций. Вода высокоочищенная также должна быть использована для окончательного споласкивания в процессе мойки в случаях, когда отсутствует этап последующей химической или термической депирогенизации.

2.6 Вода для  инъекций нестерильная

Это не конечная форма, но промежуточный  продукт. Эта вода отличается самым  высоким качеством для фармацевтического  использования и должна быть использована для парентеральной подготовки продукта, для растворения или разведения субстанций или подготовки для производства стерильной воды для инъекций. Вода для инъекций нестерильная используется также для очистки определенного  вида оборудования, входящего в контакт  с парентеральными продуктами, для  подготовки стерильного свободного от пирогенов пара.

Вода для инъекций нестерильная получается дистилляцией из питьевой или очищенной воды.

2.7 Вода стерильная  для инъекций

Это высшая категория качества воды, используемой в фармацевтическом производстве. Вода для инъекций не является готовой лекарственной  формой – это продукт в форме  in bulk.

 

 

Глава 3. Методы получения  воды для фармацевтического использования

 

3.1 Способы получения воды очищенной

 

В настоящее время основными  методами получения воды очищенной  являются дистилляция, ионный обмен  и обратный осмос.

 

3.1.1 Метод дистилляции

Метод дистилляции позволяет  получать воду с высокой степенью очистки, с помощью этого метода имеется возможность получения  горячей воды очищенной и пара для обработки сборников и  трубопроводов. Недостатком этого  метода является довольно высокая себестоимость  получения воды очищенной.

Сущность метода дистилляции  заключается в том, что вода подвергается перегонке в специальных аппаратах  – дистилляторах. Дистиллятор состоит  их трех основных частей: испарителя, конденсатора и сборника. Вода поступает в испаритель, в котором доводится до кипения  и переходит в газообразное состояние  – пар. Пар поступает в холодильник, где он конденсируется, и затем  полученная вода очищенная поступает  в сборник. Все нелетучие примеси, находящиеся в исходной воде, остаются в аквадистилляторе. Эта схема получения воды дистиллированной характерна для наиболее простых, одноступенчатых аквадистилляторов. Двухступенчатые, термокомпрессорные и вакуумные аквадистилляторы имеют более сложное устройство.

На качество получаемой воды очищенной влияет исходный состав питьевой воды, конструктивные особенности дистиллятора, условия сбора и хранения воды. Для получения воды очищенной  в городах обычно используют водопроводную  воду, качество которой соответствует  ГОСТ Р 51232-98. Если вода, используемая для получения воды очищенной, не соответствует требованиям к питьевой воде, то перед использованием этой воды необходимо провести водоподготовку. Как правило, в предварительной очистке нуждается вода, используемая в сельской местности, поскольку она может содержать органические вещества, повышенное количество аммиака, обладать повышенной жесткостью. Применение такой воды может привести к значительному ухудшению качества получаемой воды очищенной, а также быстрому износу дистилляционного оборудования.

Существуют различные  способы водоподготовки. Механические примеси обычно отделяют путем отстаивания  с последующим сливанием воды с осадка или способом фильтрования. Для фильтрования используют фильтры, выполненные в виде емкости цилиндрической формы. Фильтры заполняют антрацитом или кварцевым песком, фильтры  могут быть однослойными (только слой антрацита) или двухслойными (антрацит и кварцевый песок).

При использовании питьевой воды, содержащей большое количество органических веществ, перед дистилляцией добавляют 1% раствор калия перманганата из расчета 25 мл на 10 литров воды, перемешивают и оставляют на 6-8 часов. Выделяющийся активный кислород окисляет органические вещества: 2KMnO₄ + H₂O = 2KOH + 2MnO + 5O

Затем воду сливают и фильтруют. При наличии аммиака, который  легко переходит в дистиллят, добавляют квасцы алюмокалиевые  из расчета 5.0 г на 10 литров воды:

2KAl(SO₄) + 6NH₄OH = 3(NH₄)₂SO₄ + K₂SO₄ + 2Al(OH)₃

При этом происходит побочная реакция – избыток квасцов  реагирует с хлоридами, которые  часто присутствуют в воде, с выделением газообразного водорода хлорида, легко  переходящего в дистиллят:

2KAl(SO₄)₂ + 6NH₄OH + 6Cl^- = (NH₄)₂SO₄ + K₂SO₄ + 2AlCl₃

AlCl₃ + 3H₂O = NaCl + 3HCl

 Для связывания водорода хлорида к 10 литрам воды после обработки ее квасцами добавляют 3.5 г натрия фосфата двузамещенного:

Na₂HPO₄ + HCl = NaCl + NaH₂PO₄

Нежелательным является присутствие  в воде солей кальция и магния, сообщающих ей временную и постоянную жесткость, в результате чего при  дистилляции воды на стенках испарителя образуется накипь. При этом также  могут выйти из строя нагревательные элементы дистиллятора.

Временную жесткость обусловливает  наличие кальция и магния гидрокарбонатов. От них можно освободиться при  кипячении воды. При этом гидрокарбонаты переходят в карбонаты и выпадают в осадок, который отфильтровывается:

Ca(HCO₃)₂ = CaCO_3(oc) + H₂O + CO₂

Однако при этом вода насыщается углерода диоксидом, который медленно удаляется при кипячении и  снижает рН воды очищенной. Поэтому для устранения временной жесткости целесообразно применять кальция гидроксид:

Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ = 2CaCO_3(oc) + 2H₂O

Постоянная жесткость  воды обусловлена присутствием кальция  и магния хлоридов, сульфатов и  других солей. Ее устраняют при обработке  воды натрия гидрокарбонатом:

CaCl₂ + Na₂CO₃ = CaCO_3(oc) + 2NaCl

MgSO₄ + Na₂CO₃ = MgCO_3(oc) + Na₂SO₄

Удобен известково-содовый  способ умягчения воды, т.е. добавление к воде одновременно кальция и  натрия гидрокарбоната. Под действием  первого удаляется временная  жесткость, а под действием второго  – постоянная. Кальция гидроксид  связывает также находящийся  в воде диоксид углерода:

CO₂ + Ca(OH)₂ = CaCO_3(oc) + H₂O

Обработку воды перед дистилляцией необходимо проводить в отдельных  емкостях во избежание загрязнения  авкадистиллятора.

Применяется также электромагнитная обработка воды с использованием противонакипного магнитного устройства. Необходимость применения данного  вида водоподготовки вызвана тем, что  водопроводная вода, подготовленная с помощью химических реагентов, все же содержит достаточное количество солей, которые при дистилляции оседают на стенках испарителя и электронагревательных элементах, в результате чего значительно снижается производительность аквадистиллятора. Сущность этого метода заключается в том, что в результате воздействия на воду магнитного поля изменяются условия кристаллизации солей при дистилляции. Вместо плотных осадков на стенках аквадистиллятора образуются рыхлые, а в толще воды образуется взвешенный рыхлый шлам, который ежедневно удаляется при сбросе воды.

Для водоподготовки используются также такие методы, как ионный обмен, обратный осмос и электрохимический  диализ. Эти методы целесообразно  применять в аптеках, расположенных  в сельских местностях с жесткой  природной водой. При прохождении  воды через установки ионного  обмена, обратного осмоса или электрохимического диализа происходит ее деминерализация (обессоливание), в результате образуется вода обессоленная. Вода обессоленная может также применяться для  технологических нужд аптеки: мойки  посуды и аптечного ивентаря, в автоклавах.

Процесс дистилляции воды осуществляется в специальных аппаратах  – аквадистилляторах. Аквадистилляторы отличаются друг от друга по способу нагрева, производительности и конструктивным особенностям. По способу нагрева дистилляторы разделяют на аппараты с электрическим, газовым и огневым нагревом. Наибольшее распространение в условиях аптеки получили аквадистилляторы с электрическим нагревом.

Аквадистилляторы по конструкции бывают периодического действия и циркуляционные. В аквадистилляторах периодического действия воду дистиллированную получают отдельными порциями. Для наполнения испарителя исходной водой процесс дистилляции прерывают. Циркуляционные аквадистилляторы автоматически наполняются во время перегонки нагретой водопроводной водой из конденсатора. В аптеках обычно используют аквадистилляторы непрерывного действия.

Аквадистилляторы непрерывного действия могут быть:

1.одноступенчатые (наиболее широко применяемые в аптеках – ДЭ-1, ДЭ-4-3, ДЭ-25)

2.двухступенчатые (АВЭС-25, АВЭС-60)

3.термокомпрессорные

4.вакуумные.

Последние два вида аквадистилляторов редко применяют в российских аптеках, они имеются на оснащении зарубежных аптек.

 

3.1.2 Принципы многофазной дистилляции

 

Если существует потребность  в стерилизованной, свободной от пирогенов воде, то воду необходимо дистиллировать, т.е. дать ей испариться и затем конденсировать ее. В этом заключается классический дистилляционный процесс, и этим способом можно получить воду высокого качества. Но такая вода стоит очень дорого из-за высокой температуры испарения воды. Чтобы понизить потребление энергии и охлаждающей воды, выработаны различные многофазные методы дистилляции. Эти методы основаны на принципе, по которому пар, выработанный в одной фазе, конденсируется в следующей, и латентное тепло при этом предается воде, испаряющейся в этой, последующей фазе при более низком давлении.

Чистота дистиллированной воды зависит от чистоты пара. Чтобы  избежать привлечения капелек загрязненной воды, надо работать с малой скоростью  потока пара. Но в результате больших  количеств пара, установки стали  очень громоздкими. На практике, более  крупногабаритные установки не могут  иметь более трех фаз действия вследствие объема и веса этих устройств. Кроме того большой объем воды в испарительных камерах влечет за собой необходимость долгого  периода действия.

Другой давно известный  метод дистилляции основан на применении термокомпрессора, который расходует очень небольшое количество энергии. Разница температуры пара и воды создается компрессором, который сжимает пар, придавая ему более высокое давление и подогревая его в течение этого процесса.

Компрессоры имеют свои недостатки: загрязнение воды от валов, продолжительность  обслуживания и шум. Из-за шума эти  устройства приходится устанавливать  очень далеко от места использования  дистиллята.

При обычной многофазной  дистилляционной системе вода дистиллируется при помощи ряда последовательных фаз  со ступенчатым снижением давления. Пар, выработанный в первой фазе, конденсируется в следующей, и отдает свое тепло  воде, которая испаряется в последней  фазе. Обогрев нужен только для  первой фазы. Вода, которая должна быть дистиллирована, подается сквозь конденсатор  последней фазы и подогревается  в нем и в конденсаторах  каждой фазы до окончательной температуры, с которой она поступает в  испаритель первого действия. Часть  воды испаряется при помощи теплообменника, который нагревается тепловой энергией первичного пара. Теплообменник, можно обогревать также и при помощи электричества. Пар струится с верхней части испарителя в конденсатор следующей фазы, а оставшаяся вода с нижнего конца испарителя в испаритель следующей фазы. Из-за более низкого давления в этом испарителе часть воды мгновенно превращается в пар, а вода охлаждается до температуры в соответствии с существующим давлением. Таким образом создается разница в температуре поперек теплообменника, которая позволяет конденсирующемуся в ней пару отдать свое тепло испарения воде, находящейся в испарителе. Часть конденсируется во вспомогательном испарителе, в котором питательная вода обогревается температурной ступенью. Испаряющаяся в испарителе вода конденсируется в следующей фазе, и это повторяется до тех пор, пока пар последней фазы не будет конденсирован в конденсаторе питательной водой и охлаждающей водой.