Â

VODE ZA UPORABO V FARMACIJI

ÂÂ

Vrste vod

Naravna voda (tekoča/stoječa, površinska/globinska, različna agregatna stanja...)

Vodovodna voda (pitna)

Laboratorijske vode

ÂÂ

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

ÂÂ

Farmacevtske vode

   1. WATER, PURIFIEDAqua purificata

2. WATER, HIGHLY PURIFIEDAqua valde purificata

3. WATER FOR INJECTIONSAqua ad iniectabilia

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

5. WATER (150) INJECTIONAquae (150) solutio ifflectabilis

1. WATER, PURIFIEDAqua purificata

2. WATER, HIGHLY PURIFIEDAqua valde purificata

3. WATER FOR INJECTIONSAqua ad iniectabilia

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

5. WATER (150) INJECTIONAquae (150) solutio ifflectabilis

Purified water in bulk

Purified water in containers

Water for injections in bulk

Sterilised water for injections

EVROPSKA FARMAKOPEJA (Ph. Eur. 4th):

ÂÂ

Farmacevtske vode

AMERIŠKA FARMAKOPEJA (USP XXIII)

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

ÂÂ

Kroženje vode v naravi

ÂÂ

Nečistoče v vodovodni vodi

+- ANORGANSKE SOLI

ORGANSKE SNOVI

DELCI / KOLOIDI

MIKROORGANIZMI

RAZTOPLJENIPLINI

ÂÂ

Pogosto prisotne soli v vodiANIONI KATIONI

Na + Ca + +

Al+ + +

Mn+ +

Fe+ +

Pb+

CO

Cl - NO3-

4PO---

SO4--

3-- ClO

-

SiO4

Si2O 7

...... SiO2

ÂÂ

Organske snovi (naravne)

TANINI

FOLNA KISLINA

LIGNIN

PIROGENI

FENOLIHO

HO

HO COOR

HO CH CHCOOH

OH

RR

R

R R

AMINO KISLINEPROTEINI

ÂÂ

Organske snovi (nenaravnega izvora)

HERBICIDI INSEKTICIDIKLOROMETANI

PAH FTALATIPCB

CHCl 3

CCl4

Cl

H3C-CH-CH3

N

NN

N NCH3-CH2

HHCl N

OP(OCH2CH3)2

Cl Cl

SCH Cl22

Cl

Cl

Cl

Cl

Cl

C C

O O

RO OR

ÂÂ

Delci in koloidi

-

--

-

--

- -

-

-

-

-

-Trdi ali mehki delci:nudijo zaščito bakterijamin motijo laboratorijskeeksperimente

Koloidi: stabilne suspenzije anorganskih ali organskihdelcev

ÂÂ

Bakterije

Staphylococcus Aureus Serratia MarcescensStaphylococcus Aureus

ÂÂ

Pirogeni

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

ÂÂ

Pirogeni v raztopini (1)

Hidrofilnidel(Polisaharid)

Hidrofobnidel(Lipid A)

LPS podenotaMM: 3.000 do 25.000 Daltonov

Hidrofobnojedro

Hidrofilnopodročje

pHSoliPAS

MM: 100.000 do 300.000 Da

Micel

LPS podenote

ÂÂ

Pirogeni v raztopini (2)

Nucleus(H O)

2Stenavezikla

VezikelMM do 1.000.000 Da

V zelo razredčenihraztopinah tvorijopirogeni vezikle z molsko maso do1.000.000 Da.

ÂÂ

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

ÂÂ

Raztopljeni plini

KisikDušik

Ogljikov dioksid

Radon

ÂÂ

Tehnologije čiščenja vode

+-

Odstranjevanje nečistoč:

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

ÂÂ

Destilacija (enkratna/večkratna)

ÂÂ

Destilacija

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

Prednosti Slabosti

ÂÂ

Deionizacija (DI) z ionskimi izmenjevalci

R-H R-OH

R-Na R-Cl

Na+ + Cl-

H+ + OH- ---> H2O

Odstrani> 99.9 % ionov

ÂÂ

Deionizacija (DI)

Učinkovito odstranjevanje ionov (Upornost: 1 - 10 MΩ.cm)

Možnost regeneracije – večkratna uporaba

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

Prednosti Slabosti

ÂÂ

Reverzna osmozaOsmosis Reverse

OsmosisDirektna osmoza

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

ÂÂ

Reverzna osmoza

P P

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

Reverzna osmoza

ÂÂ

Reverzna osmoza

Permeat

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

Vstopnavoda

Membrana (neporozna!)

Koncentrat

P

ÂÂ

Reverzna osmoza

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

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 %)

Prednosti Slabosti

ÂÂ

Ultrafiltracija

Ultrafiltri so asimetrične membrane, včasih sestavljene

Pod tlakom, majhne molekule prehajajo membrano, medtem ko molekule večje od NMWL ne prehajajo

Organske snovi zMM > NMWL (Nominal Molecular Weight Limit )

zadrži > 99 %

1 µm

100 µm

P

MM vs. OBLIKA ?

ÂÂ

Ultrafiltracija

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

Prednosti Slabosti

ÂÂ

Membranska mikrofiltracija

Screen filter100 % Odstranitev

Durapore 0,22 μm Membrana (SEM)

ÂÂ

Membranska mikrofiltracija

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

Prednosti Slabosti

ÂÂ

Aktivno oglje

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

Naravno Sintetično aktivno oglje

ÂÂ

Aktivno oglje

Učinkovito odstranjevanje velikih količin organskih snovi (celo tistih z nizko MM) z nespecifičnim vezanjem (Van der Waals sile)

Visoka kapaciteta zaradi velike površine

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

Prednosti Slabosti

ÂÂ

Ultravijolična svetloba

100%

80%

60%

40%

20%

0%240 260 280 300 320

254nm

Baktericidniučinek [%]

UV valovna dolžina [nm]

ÂÂ

UV svetloba (185 + 254 nm)

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

Prednosti Slabosti

ÂÂ

DEST DI RO UF MF AC UV

IONI

ORGANSKE SNOVI

DELCI KOLOIDI

BAKTERIJE

PLINI

Tehnologije & Odstranitev nečistoč

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

ÂÂ

TOC = Total Organic Carbon

(Total Oxidizable Carbon, Skupen organski ogljik)

Določanje organskih snovi v vodi

Z merjenjem TOC določamo količino v vodiprisotnih organskih snovi, ki vsebujejo ogljik.

Iz vrednosti TOC sklepamo na onesnaženostvode z organskimi snovmi.

ÂÂ

Neorganski ogljik: ni del TOC

CO32-

Karbonatni ion

CO2

Ogljikov dioksid

HCO3-

Bikarbonatni ion

H2CO3

ÂÂ

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!

ÂÂ

Določanje ionov z merjenjem prevodnosti

= FCi Zi ui

Prevodnost(Siemens/cm)

Faradajevakonstanta

Koncentracijaposameznihionov (mol/ml)

ValencaMobilnost V-1.cm2.s-1

Upornost

R = 1/

Prevodnost

ÂÂ

Upornost visoko-prečiščene vode = f (T)

Upornost

[MΩ.cm]

Temperatura [°C]

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Pri 25°C je upornostvisoko prečiščene vodeenaka 18,2 MΩ.cm

ÂÂ

Aparat za merjenje prevodnosti

i

s sL

Izmenični tok z nizko frekvencoNapetost < 1.2 V, da se izognemo disociaciji vodeKonstanta celice = L/SNizka konstanta celice = večja točnost: (višji signal-tok in manjše motnje)

Konstanta celice = L/S

ÂÂ

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)