3 курс / Фармакология / Производство_и_стандартизация_медицинских_растворов,_лекарственных
.pdfПоказателями качества масел являются: вязкость, число омыления, йодное, кислотное, эфирное числа и др.
К недостаткам масел относится невысокая химическая стабильность. Наличие в составе ненасыщенных жирных кислот является причиной окисления (прогоркания). В результате образуются перекисные соединения, альдегиды и др. Масла приобретают неприятный вкус и запах. Эти процессы усиливаются под действием света, повышенной температуры, кислорода воздуха, влаги.
таре.Хранят в прохладном, защищенном от света месте, в хорошо укупоренной
Масло вазелиновое (жидкий парафин, масло минеральное) Oleum Vaselini
Представляет собой смесь углеводородов. Получают при перегонке нефти. Бесцветная прозрачная вязкая жидкость без запаха и вкуса. Практически нерастворимо в воде, глицерине и спирте. Смешивается с эфиром, хлороформом, растительными маслами, кроме касторового. Плотность 0,860 –
0,890 г/см3
Хранят в защищенном от света месте.
Недостатки:
- не всасывается и замедляет всасывание лекарственных веществ; - препятствует газо- и теплообмену кожи.
Димексид (диметилсульфоксид, ДМСО) Dimexidum
Органическое производное диоксида серы.
Бесцветная жидкость со специфическим запахом. Гигроскопичен. Смешивается во всех соотношениях с водой, спиртом, глицерином, касторовым маслом, метилсалицилатом, ПЭГ-400, хлороформом, эфиром. Не смешивается с эфиром, дегтем, ихтиолом, вазелином, вазелиновым маслом, жирными маслами.
Хранят в сухом месте.
Димексид является диполярным растворителем. Относится к активаторам всасывания лекарственных веществ. Проникает через кожу, проводя с собой лекарственные вещества.
Эсилоны (Силиконовые жидкости, полидиэтилсилоксановые жидкости)
Aesilon
К медицинскому применению разрешены силиконовые жидкости: эсилон-4 и эсилон-5. По физико-химическим свойствам близки к углеводородам, по скорости и глубине всасывания лекарственных веществ – к жировым основам.
Прозрачные маслянистые жидкости без запаха и вкуса. Химически инертны, термостойки, не прогоркают. Смешиваются с эфиром, хлороформом, вазелиновым маслом. Не смешиваются с водой, глицерином.
11
Полиэтиленоксиды (ПЭО) Polyaethylenoxydum
Консистенция ПЭО зависит от степени полимеризации (от жидкой до твердой).
ПЭО-200, 300, 400, 600 – вязкие прозрачные бесцветные жидкости, не имеют запаха и вкуса. С увеличением молекулярной массы увеличивается вязкость, уменьшается гигроскопичность, снижается растворимость в воде.
Легко растворяются в воде и спирте. Смешиваются с глицерином, органическими растворителями. Не смешиваются с углеводородами, жирами, эфиром.
1.2.2. Растворение
Водные и спиртовые растворы готовят массообъёмным способом, а растворы на вязких растворителях – по массе.
|
Теория растворения |
|
|
|
|
|
|||||
Растворение – это диффузионно-кинетический процесс. |
|
|
|
||||||||
При соприкосновении твердого вещества с растворителем происходит: |
|||||||||||
- смачивание, адсорбция и проникновение растворителя в микропоры |
|||||||||||
частиц; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- сольватация молекул или ионов вещества (химическое взаимодействие |
|||||||||||
вещества с растворителем); |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- переход сольватированных молекул или ионов в растворитель; |
|
||||||||||
- выравнивание концентраций во всех слоях растворителя. |
диффузионно- |
||||||||||
В настоящее время общепризнанной является |
|||||||||||
кинетическая теория растворения. Согласно диффузионной теории, |
|||||||||||
предложенной в 1896 году А.Н. Щукаревым, растворение зависит от разности |
|||||||||||
концентраций и поверхности раздела фаз. Однако при растворении протекают |
|||||||||||
не только диффузионные, но и кинетические (межфазные) химические |
|||||||||||
процессы. |
Диффузионно-кинетическая |
теория |
признает |
наличие |
|||||||
диффузионного пограничного слоя, который также влияет на растворение. |
|||||||||||
Кинетика процесса описывается уравнением: |
|
|
|
|
|
||||||
|
dC |
|
r D |
|
|
Ct |
n |
, где: |
|
|
|
|
dt |
|
|
S C0 |
|
|
|
|
|||
|
|
D y r |
|
|
|
|
|
|
|
||
dC - скорость растворения, кг/с; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
D – коэффициент диффузии; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
r – коэффициент скорости межфазного процесса; |
|
|
|
|
|
|
|||||
y – эффективная толщина пограничного диффузионного слоя, м; |
|
|
|||||||||
S – площадь поверхности твердой фазы, м2; |
|
|
|
|
|
|
|
||||
Со – концентрация насыщенного раствора, кг/ м3; |
|
|
|
|
|
||||||
Сt – концентрация раствора в данный момент времени, кг/ м3; |
для большинства |
||||||||||
n – порядок реакции растворения, который в воде |
|||||||||||
лекарственных веществ равен единице (кинетическая область растворения). |
|||||||||||
При этом |
Dr yD r Kv , где |
v - константа скорости растворения. |
12 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Факторы, влияющие на растворение веществ
Скорость и полноту растворения веществ можно изменять. Для этого используют различные технологические приемы. К их числу можно отнести:
- перемешивание; - увеличение смачиваемости веществ;
- изменение температурного режима процесса растворения; - уменьшение вязкости дисперсионной среды.
Как правило, растворение проводят при перемешивании, которое ускоряет конвективную диффузию, уменьшает толщину диффузионного пограничного
слоя.В некоторых случаях перемешивания бывает недостаточно. Это наблюдается, например, при растворении веществ, характеризующихся плохой смачиваемостью. Смачивание веществ зависит от полярности растворителя и свойств поверхности вещества. Последние могут изменяться за счет адсорбции воздуха, влаги, или примесей, пористости и шероховатости, наличия микротрещин и дефектов кристаллической решетки. Для увеличения смачиваемости проводят измельчение веществ в среде растворителя, предупреждающего адсорбцию.
Большое значение имеет температура, при которой проводят растворение. Разрушение связей между молекулами или ионами в растворяемом веществе и растворителе связано с затратой энергии. Чем прочнее кристаллическая решетка, тем значительнее охлаждение раствора. Одновременно молекулы или ионы вещества и растворителя взаимодействуют с образованием сольватов. Данный процесс идет с выделением тепла. Таким образом, конечный тепловой эффект растворения нужно рассматривать как сумму положительного теплового эффекта сольватации и отрицательного теплового эффекта разрушения кристаллической решетки. Если при растворении вещества выделяется тепло, то дополнительное нагревание приводит к уменьшению растворимости. Наоборот, при поглощении тепла нагревание увеличивает растворимость.
В ряде случаев растворение сопровождается явлением контракции, т.е. уменьшением суммарного объема смеси по сравнению с арифметической суммой составляющих объемов. Это явление имеет место при смешивании с водой этилового спирта или глицерина.
Растворение является основной стадией в производстве растворов. Знание свойств растворяемых веществ и растворителей позволяет провести эту стадию максимально эффективно.
Аппаратура для растворения и перемешивания
Растворение осуществляют в реакторах. Реактор (рис. 2) - это герметически закрытый стальной или чугунный аппарат, покрытый внутри эмалью. Корпус аппарата имеет цилиндрическую форму со сферическим днищем.
13
Для уменьшения вязкости и увеличения скорости диффузии лекарственных веществ растворы на вязких растворителях часто готовят при повышенной температуре. Спиртовые растворы готовят без нагревания с соблюдением правил техники безопасности.
Для растворения при нагревании реактор снабжен паровой рубашкой (7). В верхней части паровой рубашки имеется патрубок для подачи греющего пара (4), в нижней – для отвода конденсата и отработанного (мятого) пара (5). На паровой рубашке или линии пара установлены манометр и предохранительный клапан. Если требуется охлаждение, холодная вода подается в нижний патрубок рубашки и удаляется через верхний.
Внутри реактора находится мешалка (8), приводящаяся в движение от электромотора (1). В крышке реактора имеется смотровое окно, люк для загрузки лекарственного вещества (2) и растворителя (3). К реактору подключены линии подачи сжатого воздуха и вакуума, имеется кран для снятия давления или разряжения. Растворитель поступает в реактор самотеком или нагнетается с помощью вакуума. Готовый раствор передавливают с помощью сжатого воздуха или сливают через нижний штуцер (6).
Перемешивание
Для интенсификации растворения используют различные виды перемешивания:
- механическое; - пневматическое; - гравитационное; - в трубопроводе; - циркуляционное.
Выбор вида перемешивания зависит от агрегатного состояния и физикохимических свойств перемешиваемых материалов.
14
Рис. 2 – Реактор с пропеллерной мешалкой и паровой рубашкой.
15
Аппараты для механического перемешивания
Осуществляется с помощью мешалок различных конструкций.
Классификация мешалок
По устройству
А. Якорные Б. Рамные
В. Планетарные Г. Пропеллерные Д. Турбинные
По |
По скорости вращения |
расположению |
|
лопастей |
А. Тихоходные – якорные, рамные, планетарные |
А. С вертикальными |
|
лопастями |
(скорость вращения 0,2-1,3 об/с) |
Б. С наклонными |
Б. Быстроходные – пропеллерные и турбинные |
лопастями |
(скорость вращения 2-30 об/с) |
Лопастные мешалки (рис. 3). Лопасти крепятся на валу и приводятся во вращение от электродвигателя через передаточные механизмы. Мешалки с вертикальными лопастями оказывают давление на жидкость и заставляют ее вращаться в направлении вращения мешалки (тангенциальный поток). За лопастью при этом возникает разрежение, в результате чего жидкость подсасывается из окружающей среды, и создаются турбулентные потоки по контуру лопаток (рис. 4).
Рис. 3 – Аппарат с лопастной |
Рис. 4 – Схема циркуляции |
мешалкой: |
жидкости при перемешивании |
лопастной мешалкой: 1-привод, 2-вал, 3-корпус, 4-лопасть, 5-турбулентные потоки
16
Рис. 5 – Рамная мешалка: |
Рис. 6 – Планетарная мешалка: |
1-привод, 2-вал, 3-корпус, 4-рама |
1-привод, 2-вал, 3-корпус, |
|
4-боковые лопасти, |
|
5-центральная мешалка |
Якорные мешалки (рис. 7) устанавливают в реакторах со сферическим дном. Имеют форму, соответствующую внутренней поверхности реактора и напоминают якорь. При вращении лопасти очищают стенки и дно реактора.
Рис. 7 – Якорная мешалка: 1-реактор, 2-мешалка
Пропеллерные мешалки (рис. 8) имеют винтообразно изогнутые лопасти с постепенно меняющимся наклоном, поэтому разные участки лопасти под разным углом встречают и отражают жидкость. Они создают интенсивные вертикальные потоки и круговое движение жидкости, что способствует перемешиванию во всем объеме (рис. 9). Применяют для перемешивания невязких жидкостей.
17
Рис. 8 – Пропеллерная |
Рис. 9 – Схема циркуляции жидкости |
мешалка |
при перемешивании пропеллерной |
|
мешалкой: 1-вал, 2-лопасти, |
|
3-движение жидкости |
Турбинные мешалки состоят из одного или нескольких центробежных колес (турбинок), укрепленных на вертикальном валу. Турбинки снабжены плоскими (прямыми или наклонными) или изогнутыми лопастями (рис. 10). Они создают радиальные и осевые потоки жидкости, что способствует интенсивному перемешиванию во всем объеме. Выбор турбинки зависит от характера перемешиваемой жидкости. Для подвижных жидкостей применяют турбинки с прямыми лопастями, для вязких – с наклонными или изогнутыми.
Турбинные мешалки могут быть открытого и закрытого типа. Мешалки открытого типа имеют рабочее колесо с лопастями. Они представляют собой усовершенствованную конструкцию лопастных мешалок.
Мешалки закрытого типа имеют неподвижное кольцо с прорезями - статор, внутри которого установлена турбинка (рис.11). Жидкость входит в мешалку в основании турбинки по центральному отверстию. В кольце жидкость меняет направление от вертикального до горизонтального и выбрасывается через прорези по касательной. Потоки обладают большой скоростью и распространяются по всему объему. Более эффективны, чем турбинки открытого типа.
Рис. 10 – Турбинные мешалки |
Рис. 11 – Турбинные мешалки |
открытого типа: А – с прямыми |
закрытого типа: А – турбинка, |
лопастями, Б – с наклонными |
Б – статор |
лопастями, В – с изогнутыми |
|
лопастями |
|
|
18 |
Побочные явления при механическом перемешивании жидкостей
При больших скоростях вращения лопастей механических мешалок круговое движение жидкости начинает преобладать над осевым и вокруг вала возникает «воронка». При этом скорость вращения мешалки равна скорости движения жидкости и эффективность перемешивания сводится к минимуму. Для предотвращения этого явления на стенках реактора устанавливают неподвижные отражательные перегородки. Они увеличивают турбулентность. Воронку также можно устранить, если вал мешалки установить немного эксцентрично или под небольшим углом.
Аппараты для пневматического перемешивания (барботирования)
Сжатый воздух или инертный газ подают по барботеру под давлением (рис. 12). Барботер представляет собой перфорированную трубу или систему труб, расположенных у дна аппарата. Под давлением воздуха или газа содержимое реактора интенсивно перемешивается. Давление должно быть достаточным для преодоления гидростатического сопротивления столба перемешиваемой жидкости.
Пневматическое перемешивание используют: - для перемешивания агрессивных сред;
- при производстве инъекционных растворов легкоокисляющихся веществ, требующих газовой защиты; - для интенсификации биологического процесса, например, аэрации при
производстве микробиологических препаратов.
Данный вид перемешивания эффективен для невязких жидкостей.
Рис. 12 – Пневматическое перемешивание:
А – бак, Б – барботер, В – вертикальный воздухопровод, Г – горизонтальный воздухопровод, Д – воздухораспределительные трубки
Аппараты для гравитационного перемешивания (перемешивания под действием силы тяжести)
Основано на разной плотности растворителя и раствора. Происходит самопроизвольно. Вещества помещают в тканевый мешок и подвешивают в верхнем слое растворителя. Раствор как более тяжёлый опускается на дно, а
19
растворитель поднимается и получает доступ к еще не растворившемуся веществу. Возникают циркулирующие потоки. Так получают растворы йода, бриллиантового зеленого, канифоли.
Аппарат для перемешивания в трубопроводе
Проводят в У-образном устройстве (рис. 13). Две трубы расположены параллельно друг к другу. По каждой из них под давлением подают жидкости, подлежащие смешению. Смешивание происходит в третьей трубе (смесителе) за счет большой скорости потоков движения жидкостей.
Рис. 13 – Перемешивание в трубопроводе: 1 – подача жидкости №1, 2 – подача жидкости №2, 3 – зона смешения, 4 – выход смеси
Аппарат для циркуляционного перемешивания (перемешивания перекачиванием жидкости)
Осуществляется путем принудительной циркуляции жидкости с помощью насоса (4) и возвращением в реактор через форсунку (1) (рис. 14).
Рис. 14 – Циркуляционное перемешивание:
1 – форсунка, 2 – жидкость, 3 – трубопровод, 4 - насос
1.2.3. Очистка растворов
20