Использование двухступенчатого обратного осмоса для получения воды для инъекций

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Санкт-Петербургская химико-фармацевтическая академия

Фармацевтический факультет

Кафедра промышленной технологии лекарственных препаратов.

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

 

Использование двухступенчатого обратного осмоса для получения воды для инъекций. Требования GMP к получению и хранению воды для инъекций.

 

 

 

 

 

 

Работу выполнил:

Студент 4курса 386 группы                       __________     О.А. Жуковская

 

 

Проверил:

Старший преподаватель кафедры ПТЛП  __________  Т.В. Астахова

 

 

 

 

 

Санкт – Петербург

2012 г.

Оглавление.

 

1. Введение.

 

 2. Основная часть

 

  

    2.1 Двухступенчатый обратный осмос. Основные положения.

 

    2.2 Достоинства и недостатки метода

 

      2.3 Требования GMP к получению и хранению воды для инъекций.

 

3. Выводы

 

4. Список литературы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение.

 

Вода в фармацевтическом производстве относится к ключевым элементам, обеспечивающим безопасность и качество изготавливаемых лекарственных средств. Вода для инъекций применяется для конечного ополаскивания посуды и оборудования перед стерилизацией и при приготовлении лекарственных форм в качестве растворителя инъекционных и инфузионных препаратов. ВДИ должна выдерживать испытания, приведенные в ФС 42-2619-97 «Вода очищенная», быть апирогенной, не содержать антимикробных веществ и других добавок. В EP 5-ого изд. 2005 г. требования к ВДИ представлены в ФС  0169 «Вода для инъекций» («Water for injection»).

Согласно ФС 42-2620-97 «Вода для инъекций» конечной стадией получения ВДИ должна быть дистилляция или обратный осмос. Процесс получения ВДИ нормируется стандартами GMP.

Наиболее перспективным, современным и качественным из современных способов получения ВДИ является метод двухступенчатого обратного осмоса.  По эффективности эта система не имеет себе равных, удаляя до 99,9% примесей. Воду очищенную обратным осмосом приравнивают к дистиллированной воде, отвечающей всем требованиям. Кроме того, данный метод обладает рядом преимуществ, такими как независимость от солесодержания исходной воды, низкие энергетические затраты и значительно невысокие затраты на сервис и технический уход. Всё это сделало систему  двухступенчатого обратного осмоса весьма популярной среди предприятий, занимающихся получением воды для инъекций. В данной курсовой работе будут рассмотрены основные положения данного метода, его достоинства и недостатки. А так же требования GMP, предъявляемые к получению и хранению воды для инъекций.

 

 

 

 

2. Основная часть

2.1 Двухступенчатый обратный осмос. Основные положения.

 

Первоначально обратный осмос был создан для фотографических отраслей промышленности, которые требовали больших объемов обессоленной воды. Система очищает воду от механических примесей, полностью удаляет вирусы и бактерии, соли жесткости, нитраты и нитриты.

Обратный осмос – это процесс перехода растворителя (воды) из раствора через полупроницаемую мембрану под действием внешнего давления. Избыточное рабочее давление солевого раствора в этом случае намного больше осмотического. Движущей силой обратного осмоса является разность давлений. Для получения воды методом обратного осмоса, нужно создавая избыточное давление, превышающее осмотическое, «заставить» молекулы диффундировать через полупроницаемую мембрану в направлении, противоположном прямому осмосу, т.е. со стороны высокоминерализованной воды в отсек чистой воды, увеличивая ее объем (рис.1)

 

Осмос.

 
Обратный осмос 

Рис.1. Принцип обратного осмос

 

 

Обратный осмос – самый тонкий уровень фильтрации. Обратноосмотическая мембрана действует, как барьер для всех растворимых солей, неорганических молекул, органических молекул с молекулярной массой более 100, а также для микроорганизмов и пирогенных веществ (табл.1). В среднем содержание растворенных веществ после стадии обратного осмоса снижается до 1-9%, органических веществ – до 5%, коллоидные частицы, микроорганизмы, пирогены отсутствуют. Вода, получаемая обратным осмосом, содержит минимальное количество общего органического углерода.

 

Таблица 1. Содержание примесей в воде после стадии обратного осмоса

Растворенные соли	3-7%
Органические вещества	5%
Коллоидные частицы	0%
Микроорганизмы	0%

 

Установка обратного осмоса, как правило, состоит из насоса высокого давления, пермеатора и блока регулирования, поддерживающего оптимальный рабочий режим (рис.2).

Рис. 2. Общий вид обратноосмотической установки

 

При использовании обратного осмоса, как предварительной ступени очистки воды, возможно использование одноступенчатой установки. При большой солевой нагрузке и высоком содержании хлоридов в воде данная установка не сможет обеспечить качество получаемой воды, регламентированное Фармакопеей. Обратный осмос обычно используется в системах получения воды для фармацевтических целей в следующих случаях:

 

1. Перед установками ионного  обмена для снижения расхода  кислоты и щелочи, необходимой  для регенерации;

2. Для получения воды очищенной, и как подготовительный шаг  перед дистилляцией для получения воды для инъекций;

Как конечный этап для получения воды для инъекций (двухступенчатый осмос) ( рис. 2) Предварительно вода поступает на первую ступень обратного осмоса. Образующийся при этом концентрат сбрасывается. Пермеат подается на вторую ступень обратного осмоса и еще раз подвергается очистке. Так как концентрат от второй ступени обратного осмоса содержит меньше соли, чем питающая обратноосмотическую установку вода, его можно смешать с подаваемой водой и тем самым вернуть в систему.

Рис. 2. Технологическая схема двухступенчатой установки WL - 005 -II - 6

 

При осуществлении осмотического процесса определенную проблему представляет выбор мембран. Размеры пор мембран должны находиться в пределах 3,5-5 А. Вместе с тем они должны обеспечивать высокую скорость протекания воды. Он должен быть основана на требованиях, предъявляемых к водоподготовке, рабочим условиям и характеристикам, условиям санации, безопасности, источнику подаваемой в систему воды. Для разделения применяют мембраны двух типов:

 

1. Пористые – с размером пор 10-4-10-3 мкм. Селективная проницаемость  основана на адсорбции молекул  воды поверхностью мембраны и ее порами. Адсорбированные молекулы перемещаются от одного центра адсорбции к другому, не пропуская соли.

2. Непористые диффузионные мембраны  образуют водородные связи с  молекулами воды на поверхности  контакта. Под действием избыточного  внешнего давления эти связи разрываются, молекулы воды диффундируют в противоположную сторону мембраны, а на образовавшиеся вакансии проникают следующие. Таким образом, вода как бы растворяется на поверхности и диффундирует внутрь слоя мембраны. Соли и почти все химические соединения, кроме газов, не могут проникнуть через такую мембрану.

Обратноосмотические мембраны, используемые в фармацевтической промышленности изготовляют из ацетата целлюлозы, полиамида (ароматических и алифатических), а также в виде композитных мембран, где активный слой может быть выполнен из полиамидов, полиэфиров, полисульфона.

Контроль систем обратного осмоса осуществляется испытанием на целостность, уровень микробной контаминации и содержание общего органического углерода. Необходим мониторинг перепада давлений, проводимости, объема получаемого концентрата.

Важным показателем работы установки обратного осмоса является коэффициент оборота, т.е. доля полученного пермеата и концентрата. На оптимальных установках выход пермеата составляет около 75% от исходной воды, образующийся концентрат составляет 25%. Установки обратного осмоса с выходом пермеата 50% и менее считаются неэффективными.

 

 

 

 

 

2. Достоинства и недостатки метода

 

Среди преимуществ обратного осмоса следует отметить простоту и независимость от солесодержания исходной воды, низкие энергетические затраты и значительно невысокие затраты на сервис и технический уход. Система водоподготовки достаточно легко подвергается мойке, дезинфекции и очистке, не требует использования сильных химических реагентов и необходимости их нейтрализации. Химическая очистка мембран является несложной процедурой и состоит в обеспечении рециркуляции раствора кислоты, щелочного раствора с детергентом, дезинфицирующего раствора (содержащего в зависимости от мембраны активный хлор, формалин или бисульфит натрия). Эффективность этой системы не имеет себе равных, удаляя до 99,9% примесей.

Однако, у этого метода есть свои недостатки.  По сравнению с системами ионного обмена обратный осмос не позволяет значительно снизить удельную электропроводность, в частности из-за высокого содержания углекислого газа в воде. Диоксид углерода обычно свободно минует обратноосмотические мембраны и попадает в пермеат в тех же количествах, что и в исходной воде. Во избежание этого, рекомендуется использовать анионообменные смолы перед обратноосмотическим модулем, либо декарбонизатор после модуля обратного осмоса.

Материал мембран является достаточно хрупким, возможно нарушение его целостности, и, вследствие этого, нарушение работы всей обратноосмотической установки. Поэтому чрезвычайно важен выбор соответствующего материала мембран (в случае использования мембран из ацетата целлюлозы требуется, чтобы концентрация свободного хлора в исходной воде была ниже 0,5-1,0 мг/л, в то время, как для полиамидных/композитных мембран хлор должен быть полностью удален). При использовании мембран, не выдерживающих воздействие свободного хлора, возможным решением является предварительная установка угольного фильтра или дозирование соединений, содержащих натрия сульфит.

Обратноосмотические мембраны неустойчивы к воздействию высоких температур. Поэтому необходимо обеспечить охлаждение воды, если она поступает на установку нагретой. Мембраны могут накапливать грязь. Поэтому их следует эксплуатировать в перекрестном потоке, т.е. вдоль поверхности мембраны всегда должен идти поток, который уносит отделенный материал, в связи с чем, наряду с фильтратом (пермеатом), образуется концентрат.

Ультрафильтрационные мембраны могут накапливать грязь. Поэтому их следует эксплуатировать в перекрестном потоке, т.е. вдоль поверхности мембраны всегда должен идти поток, который уносит отделенный материал, в связи с чем, наряду с фильтратом (пермеатом), образуется концентрат. Как правило, в такой системе предусматривается цикл обратной фильтрации, при котором поток фильтрата движется назад сквозь мембраны, чтобы отделить отложившийся материал, который выводится вместе с концентратом.

Некоторые вещества, такие как сульфаты бария, стронция, кальция карбонат, диоксид кремния, механические и коллоидные частицы могут забивать поры мембран. Блокирование мембран можно предотвратить использованием стадий предварительной очистки.

Примеси железа также могут стать причиной ухудшения работы системы обратного осмоса. При высоком содержании железа в питьевой воде, необходимо проводить осаждение железа с последующей фильтрацией..

Получаемая этим методом вода холодная (большинство систем используют воду с температурой от 5 до 28 ºС), что увеличивает возможность микробной контаминации.

Из выше сказанного надо отметить то, что в зависимости от качества источника воды могут оказаться необходимыми предварительная обработка и вариации конфигурации системы, чтобы добиться эффективной работы обратноосмотических установок. Самыми распространенными способами обработки воды, подаваемой на обратноосмотическую установку являются умягчение, различные виды фильтрации (угольный фильтр, картридж-фильтры для отделения взвешенных частиц и т.п.), добавление химических веществ для снижения рН подаваемой воды.

Теоретически мембраны должны задерживать микроорганизмы и пирогены всех видов. Однако проводимые исследования показывают противоречивые результаты. Это связано с тем, что отсутствует полностью надежный тест для проверки интегральности модулей обратного осмоса, обнаружения малых отверстий в мембране, трещин в нитях или дефектов в уплотнении. Сама мембрана может подвергаться химическим или микробиологическим изменениям, которые достаточно трудно обнаружить с помощью статистического контроля образцов. Поэтому многие страны с осторожностью относятся к возможности использования такой воды для изготовления парентеральных растворов.

 

 

3. Требования GMP к получению и хранению воды для инъекций.

 

Производство высокоочищенной воды требует надлежащего содержания системы ее очищения, включая периодическое техническое обслуживание.

Воду для инъекций  в соответствии с требованиями GMP получают из питьевой или очищенной путем дистилляции, обратного осмоса или одновременно с другими методами, например ультрафильтрацией и деионизацией на специальном оборудовании, части которого, контактирующие с водой, изготовлены из нейтрального стекла, кварца или подходящего металла. Оборудование для дистилляции должно быть обеспечено эффективным устройством для предотвращения захвата капель.

Во время производства и последующего хранения всех типов воды производитель должен надлежащим образом контролировать общее количество жизнеспособных аэробных микроорганизмов. Для воды очищенной предельной нормой, требующей принятия мер, является наличие 100 жизнеспособных аэробных микроорганизмов в 1 мл. Для воды высокоочищенной и воды для инъекций этот показатель составляет 10 жизнеспособных аэробных микроорганизмов в 100 мл.