Водоподготовка в фармацевтике и медицине
Методы очистки воды
1. Дистилляция
Дистилляция может использоваться как для получения воды очищенной, так и для получения воды для инъекций. В последнем случае используют специальное оборудование — апирогенные аквадистилляторы (маркировка А).
Суть метода заключается в перегонке питьевой (или обессоленной) воды в аквадистилляторах различного типа и производительности.
В аквадистилляторе любой модели можно выделить 3 узла: испаритель, конденсатор и сборник. Кроме того, все дистилляторы оснащаются датчиками уровня.
Испаритель с исходной водой нагревают до температуры кипения. Пары воды поступают в конденсатор, где они скапливаются. Накопленный жидкий дистиллят поступает в сборник. Все нелетучие загрязнители, имеющиеся в исходной воде, остаются в аквадистилляторе.
По виду нагрева различают аквадистилляторы:
- газовые (ДГ, АГ),
- огневые с топкой (ДТ, АТ),
- электрические (ДЭ, АЭ).
По конструкционным особенностям различают аквадистилляторы периодического и непрерывного действия; с одно- и двухступенчатым испарителем; с водоподготовителем (ДЭВ, АЭВ и др.); с брызгоулавливающим устройством (ДЭ-25; АЭВС и др.) [1].
В соответствии с ГОСТ 20887-75 производительность аквадистилляторов отечественного производства 4 и 25 л/час. Апирогенные аквадистилляторы, подготавливающие воду для инъекций, могут иметь производительность 4 , 10, 25 и 60 л/час.
С точки зрения экономической целесообразности дистилляция является дорогим методом получения очищенной воды. Из 11 литров исходной питьевой воды получают 1 литр очищенной. Поэтому на сегодняшний день актуальны более перспективные и экономичные методы приготовления воды для фармацевтических целей.
2. Ионообменный способ
Ионообменные смолы — сетчатые полимеры различной структуры и степени сшивки, в которых имеются ковалентные связи с ионогенными группами. При диссоциации ионогенных групп в воде или растворе образуется ионная пара. Один ион этой пары фиксирован на полимере, а противоион подвижен в растворе и способен обмениваться на ионы одноименного заряда из раствора.
Ионный обмен происходит на ионообменных установках— конструктивно это колонки, заполненные ионообменными смолами.
Ионообменные смолы разделяются на катиониты и аниониты. Ионообменные катиониты способны обменивать свой водородный ион на катионы Мg²⁺, Ca²⁺ и другие. Ионообменные аниониты обменивают свой гидроксил-ион на анионы SO₄²⁻ , Cl⁻ и другие. Качество воды контролируется электропроводностью. Как только ионообменная смола выработает свой ресурс, электропроводность раствора возрастает.
Колоночные аппараты для ионного обмена могут быть как с раздельными, так и со смешанными слоями катионов и анионов.
Аппараты с раздельными слоями представляют собой две последовательно расположенные колонки, одна из которых заполнена катионитами, а вторая — анионитами. Аппараты со смешанными слоями представляют собой одну колонку, наполненную смесью ионообменных смол.
Исходная вода подается через колонки снизу вверх, просачивается сначала через слой катионита, затем анионита. Частицы ионообменных смол, попавшие в воду, отфильтровываются.
По форме ионообменные смолы могут быть в виде гранул, волокон, губчатых образований, жгутов или лент. В процессе использования ионообменные смолы перемещаются в сорбционную ванну, в промывочную ванну, в бак регенерации и на отмывку.
Ионообменная технология является классическим и достаточно экономичным методом обессоливания воды. Один килограмм смолы способен очистить не менее 1000 литров воды.
Недостатки метода ионного обмена:
- многие ионообменные смолы гидрофобны, что затрудняет процессы сорбции и десорбции;
- гранулированные ионообменные смолы в процессе использования в колонках слеживаются и требуют разрыхления, а от механического воздействия разрушается их структура;
- периодическая регенерация ионообменных смол — раствором хлористоводородной кислоты (для катионитов) или раствором гидроксида натрия (для анионитов), с последующей промывкой смол;
- длительно используемые ионообменные смолы могут стать питательным субстратом для размножения микроорганизмов, поэтому им требуется периодическая дезинфекция.
3. Метод обратного осмоса
Мембранные технологии очистки воды в последние годы приобретают все более широкое применение.
Явление осмоса — это переход через полупроницаемую мембрану растворителя из раствора с низкой концентрацией примесей в раствор с более высокой концентрацией. Растворитель словно бы стремится уравнять концентрации солей в обоих растворах.
Обратный осмос идет в направлении, противоположном прямому осмосу. Под действием повышенного давления растворитель переходит через полупроницаемую мембрану из раствора с солями в ту область, где находится чистый растворитель. Движущей силой обратного осмоса является разность давлений.
Метод обратного осмоса первоначально использовался для опреснения соленой морской воды. Как оказалось впоследствии, этим методом можно получать воду высокой степени очистки — обессоленную, очищенную от механических примесей и микробов.
Состав стандартной установки обратного осмоса:
- насос высокого давления;
- один или несколько пермиаторов;
- блок регулирования рабочего режима.
Центральная часть любой обратноосмотической установки – мембрана обратного осмоса. Как правило, мембрана представляет собой спирально свернутые слои из водоподающего слоя, полупроницаемой мембраны и водосборного слоя. Вода под давлением подается с торца цилиндрически свернутой мембраны. Очищенная вода (пермеат) просачивается через полимерную пленку, достигает водосборного слоя, откуда подается в центральную водосборную трубку. Концентрат после очистки скапливается на другой стороне мембраны и отводится в дренаж [2].
Материалом для обратноосмотической мембраны могут служить эфиры целлюлозы — ацетаты или полиэфиры — найлон.
Мембрана с диаметром пор 0,01 мкм полностью освобождает воду от растворимых солей, органических веществ, коллоидов и микробов.
Плюсы метода получения воды очищенной методом обратного осмоса:
- относительная простота метода;
- производительность метода не зависит от начального солесодержания исходной воды;
- широкий ассортимент полупроницаемых мембран для получения воды заданного качества;
- экономичность метода: из 10 литров исходной воды получают 7,5 литров воды очищенной;
- энергоэффективность: затраты энергии идут только на работу насоса, что в 10-16 раз меньше, чем при очистке воды дистилляцией.
Недостатки метода обратного осмоса:
- выбор обратноосмотической мембаны на основе характеристик исходной воды (солесодержания, pH, концентрации Cl);
- закупорка пор мембраны в процессе водоподготовки;
- необходимость периодического включения циклов обратной фильтрации для очистки пор.
4. Электродиализный метод
При этом методе растворимые соли удаляются из воды под действием электрического поля и с помощью частично проницаемых мембран.
Селективные ионообменные мембраны подразделяются на катиониты и аниониты. Катиониты проницаемы для катионов и имеют отрицательный заряд. Аниониты проницаемы для анионов, их заряд — положительный.
Очищаемая вода помещается в ёмкость, разделенную на три части селективными мембранами. Под действием постоянного электрического тока ионы из раствора начинают притягиваться к мембране, имеющей противоположный заряд.
Ионообменные селективные мембраны не сорбируют ионы, а селективно пропускают их сквозь себя. Извлеченные из воды ионы концентрируются в соседних камерах, а в камере обессоливания остается очищенная вода. Остаточное содержание солей при этом методе водоподготовки составляет 5-20 мг/л.
Источник
Вода очищенная может быть получена методами
В соответствии с указаниями ГФ, если в прописи рецепта не указан растворитель, применяют воду очищенную. Воду очищенную используют для изготовления растворов внутреннего и наружного применения, глазных капель, офтальмологических растворов, лекарственных форм для новорожденных и других неинъекционных растворов, изготовляемых с последующей стерилизацией. Если указанные лекарственные формы не подлежат стерилизации, то применяют воду очищенную стерильную.
Для изготовления растворов для инъекций и инфузий в качестве растворителя используют воду для инъекций, полученную дистилляцией или обратным осмосом.
Вода для инъекций должна отвечать требованиям, предъявленным к воде очищенной, но кроме того, должна быть апирогенной и не содержать антимикробных веществ и других добавок.
Для инъекционных лекарственных форм, изготовляемых в асептических условиях и не подлежащих последующей стерилизации, используют стерильную воду для инъекций.
Вода очищенная должна иметь рН от 5,0 до 7,0, не содержать хлоридов, сульфатов, нитратов, восстанавливающих веществ, кальция, диоксид углерода, тяжелых металлов, нормируется содержание аммиака. В 1 мл воды очищенной не должно быть более 100 микроорганизмов.
Вода растворяет многие вещества, смешивается с этанолом, глицерином, димексидом, ПЭО. Не смешивается с жирными, минеральными, эфирными маслами. 1 часть воды растворяется в 80 частях диэтилового эфира, хлороформ растворим в воде в соотношении 1:200.
Способы получения очищенной воды: дистилляция, ионный обмен, обратный осмос или электродиализ.
Качество воды очищенной зависит от ряда факторов:
• качества исходной воды;
• совершенства используемой аппаратуры и правильности ее эксплуатации;
• соблюдения условий получения, сбора и хранения воды очищенной в соответствии с инструкцией по санитарному режиму.
Обеспечение качества исходной воды.
Качество исходной питьевой воды регламентируется санитарными правилами и нормами (СанПиН) «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества», утвержденными постановлением № 26 Госкомсанэпиднадзора России от 24.10.96 г. (дата введения — с 01. Июля 1997 г).
• Руководство по контролю качества питьевой воды (ВОЗ, Женева, изд. 2, 1994 г.);
• Санитарные правила и нормы «Требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения. Санитарная охрана источников». СанПиН 2.1.4.544 – 96. И др.
• Федеральный закон « О питьевой воде». Некоторые из статей: «Питьевое водоснабжение в чрезвычайных ситуациях»; «Нецентрализованные, автономные системы водоснабжения и система питьевого водоснабжения на транспорте» и др.
• Водный кодекс РФ, принятый Госдумой18.10.95.
• Директива E.C. (European Communities) 30/05/95/
95/c 131/03 Относительно качества воды, предназначенной для потребления человеком.
Гигиенические требования и нормативы качества питьевой воды.
1. Питьевая вода должна быть безопасна в эпидемиологическом и радиационном отношении, безвредна по химическому составу и должна иметь благоприятные органолептические свойства.
2. Безопасность питьевой воды в эпидемиологическом отношении определяется ее соответствием нормативам по микробиологическим и паразитологическим показателям, представленным ниже.
Микробиологические и паразитологические показатели безопасности питьевой воды
№ п/п Показатели Единицы измерения Нормативы
1. Термотолерантные Число бактерий в 100 мл Отсутствие
2. Общие колиформные бактерии — « — — « —
3. Общее микробное число Число образующих колонии бактерий в 1 мл Не более 50
4. Колифаг Число бляшкообразующих единиц (БОЕ) Отсутствие
5. Споры сульфитрезуцирующих клостридий Число спор в 20 мл Отсутствие
6. Цисты лямблий Число цист в 50 л Отсутствие
Содержание вредных часто встречающихся, получивших глобальное распространение химических веществ, поступающих в источники водоснабжения в результате хозяйственной деятельности человека. Нормативы приняты в соответствии с рекомендациями ВОЗ.
Общие показатели.
• Сухой остаток 1000 мг/л
• Жесткость общая ммоль/л 7,0
• Окисляемость перманганатом калия (мгО/л) – 5,0
• Нефтепродукты (суммарно) — 0,1 мг/л
• ПАВ (анионактивные) – 0,5 мг/л
• Фенольныйй индекс – 0, 25 мг/л
Перед получением воды очищенной может возникнуть необходимость проведения водоподготовки, что предполагает освобождение от:
• летучих веществ (отстаивание, кипячение); аммиака (обработка алюмокалиевыми квасцами из расчета 5,0 на 10 л воды с последующим удалением образующегося водород хлорида путем добавления 3,5 натрия фосфата двузамещенного на 10 л воды);
• механических примесей (отстаивание, фильтрование);
• временной жесткости, обусловленной присутствием гидрокарбонатов кальция и магния (кипячением или обработкой 5 % раствором кальция гидрооксида);
• постоянной жесткости, обусловленной присутствием хлоридов и сульфатов тех же катионов (обработка 5 – 6 % растворами натрия карбоната;
• органических веществ (обработка в течение 6 – 8 часов 1 % раствором калия перманганата из расчета 25 мл на 10 л воды).
Вода водопроводная, прошедшая соответствующую водоподготовку, все же содержит достаточное количество солей, которые при дистилляции, например, оседают на стенках испарителя и электронагревательных элементах, в результате чего значительно снижается производительность аквадистиллятора, и быстрее выходят из строя электронагревательные элементы.
Стадия предварительной очистки питьевой воды предупреждает образование накипи и продлевает срок службы аквадистилляторов, а освобождение воды от веществ коллоидного характера сводит к минимуму закупорку пор обратноосмотических мембран.
Обычно технологическая схема получения воды для фармацевтических целей включает следующие стадии:
— финишный метод очистки;
Для предварительной обработки воды применяют фильтры из активированного угля и окисляющие добавки: для разрушения биопленки, создаваемой в них микрофлорой, вводят соединения хлора.
Более актуальным является создание аппаратов в комплексе с водоподготовителями. В настоящее время при получении воды очищенной методом дистилляции предложена электромагнитная обработка воды. При этом воду пропускают через зазоры, образованные в корпусе специального устройства между подвижными и неподвижно установленными магнитами. Под воздействием магнитного поля изменяются условия кристаллизации солей при дистилляции. Вместо плотных осадков солей, образуется взвешенный шлам, который легко удаляется при промывке испарителя.
Предложен также электродиализный метод водоподготовки с применением полупроницаемых мембран и ионообменный метод с применением гранулированных ионитов и ионообменного целлюлозного волокна.
Соблюдение условий получения, сбора и хранения воды очищенной.
Условия получения, сбора и хранения воды очищенной строго регламентированы соответствующими нормативными документами. В нормативных документах регламентируются:
• требования к помещению, в котором осуществляется получение воды очищенной;
• подготовка аппаратов и правила их эксплуатации;
• условия сбора, хранения воды очищенной и для инъекций;
• Способы подачи воды очищенной на рабочее место фармацевта и провизора-технолога; правила эксплуатации, мойки и дезинфекции трубопроводов из различных материалов, способы обработки стеклянных трубок и сосудов;
• Условия и сроки хранения;
• Нормы микробиологической чистоты не стерильной воды;
• Контроль качества воды очищенной и для инъекций.
Получение воды очищенной должно производиться в специально оборудованном для этой цели помещении, в котором запрещается выполнять работу, не связанную с получением воды для фармацевтических целей. Воду для инъекций получают в дистилляционной комнате асептического блока. Стены помещения должны быть окрашены масляной краской или выложены метлахской плиткой. За получение воды отвечает специалист, выделенный руководителем аптечного учреждения.
Воду получают в асептических условиях. Воздух помещения стерилизуют ультрафиолетовым излучением с помощью бактерицидных облучателей (БО-15; БО – 60) из расчета 3 ватта на 1 м³.
Получение воды очищенной и для инъекций методом дистилляции.
Дистилляция наиболее широко применяемый метод очистки питьевой воды, отвечающий за получение воды очищенной, отвечающей требованиям, изложенным в НД. Воду дистиллированную получают в аквадистилляторах различной конструкции и производительности (Д), воду для инъекций — в специальных аквадистилляторах апирогенных.
Дистилляционные аппараты отечественного и зарубежного производства имеют три основных узла:
Все аквадистилляторы обязательно имеют датчики уровня. Камера испарения снаружи защищена стальным кожухом, предназначенным для уменьшения тепловых потерь и для предохранения обслуживающего персонала от ожогов.
Аквадистилляторы, применяемые в аптеках, могут отличаться друг от друга по:
• способу обогрева испарителя;
По способу обогрева испарителя различают:
• Электрические (ДЭ; АЭ);
• Огневые с топкой (ДТ; АТ).
По производительности: 4 л/час; 10 л/час; 25 л/час; 60 л/час (например, ДЭ-25; АЭВС-60 и др.).
По конструктивным особенностям:
• Периодического или непрерывного (циркуляционного) действия;
• С одно- или двухступенчатым испарителем;
• С водоподготовителем (ДЭВ; АЭВ и др);
• Со сборником (например, ДГВС, АЭВС и др.);
• С сепаратором (брызгоулавливающим устройством) – (ДЭ-25; АЭВС и др.).
Согласно ГОСТ 20887-75 введены условные обозначения аквадистилляторов. Производительность аппаратов указывается после буквенных обозначений. Производительность отечественных моделей аквадистилляторов 4 и 25 л/час; апирогенных аквадистилляторов (вода для инъекций) – 4, 10, 25, 60 л/час.
Аквадистилляторы, применяемые для получения воды очищенной по принципу обогрева делятся на:
Также в аквадистилляторах может иметься водоподготовитель и/или сборник.
Общий принцип получения воды методом дистилляции.
Общий принцип дистилляции состоит в том, что питьевую воду или воду, прошедшую водоподготовку помещают в аквадистиллятор, состоящий из камеры испарения, конденсатора и сборника. В испарителе воду нагревают до кипения, и образующийся пар поступает в конденсатор, где он сжижается и в виде дистиллята поступает в сборник. Все нелетучие примеси, находившиеся в исходной воде, остаются в испарителе.
Источник
