Теоретические основы процесса растворения сухих лекарственных средств

7.1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА РАСТВОРЕНИЯ

В основе производства большинства жидких лекарственных форм лежит процесс растворения.

Растворение – спонтанный, самопроизвольный диффузионнокинетический процесс, протекающий при соприкосновении растворяемого вещества с растворителем.

Важнейшей особенностью процесса растворения является его самопроизвольность (спонтанность). Достаточно простого соприкосновения растворяемого вещества с растворителем, чтобы через некоторое время образовалась однородная система – раствор.

ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИЕ РАСТВОРЫ. КАПЛИ. СИРОПЫ

Растворы занимают промежуточное положение между химическими соединениями и механическими смесями. От химических соединений растворы отличаются переменностью состава, а от вторых – однородностью. Вот почему

растворами называют однофазные системы переменного состава, образованные не менее чем двумя независимыми компонентами.

В фармацевтической практике растворы получают из твердых, жидких и газообразных лекарственных веществ. Как правило, получение растворов из жидких веществ, взаимоpаствоpимых друг в друге или смешивающихся между собой, протекает без особых трудностей как простое смешение двух жидкостей. Растворение же твердых веществ, особенно медленно- и тpудноpаствоpимых является сложным и трудоемким процессом.

Растворимость жидкостей в жидкостях колеблется в широких пределах. Известны жидкости, неограниченно растворяющиеся друг в друге (спирт и вода), т.е. жидкости, сходные по типу межмолекулярного воздействия. Имеются жидкости, ограниченно растворимые друг в друге (эфир и вода), и, наконец, жидкости, практически нерастворимые друг в друге (бензол и вода).

Ограниченная растворимость наблюдается в смесях ряда полярных и неполярных жидкостей, поляризуемость молекул которых, а следовательно, и энергия межмолекулярных дисперсионных взаимодействий резко различаются. При отсутствии химических взаимодействий растворимость максимальна в тех растворителях, межмолекулярное поле которых по интенсивности близко к молекулярному полю растворенного вещества. Для полярных жидких веществ интенсивность поля частиц пропорциональна диэлектрической постоянной.

Диэлектрическая постоянная воды равна 80,4 (при 20 ° С). Следовательно, вещества, имеющие высокие диэлектрические постоянные, будут в большей или меньшей степени растворимы в воде. Например, хорошо смешивается с водой глицерин (диэлектрическая постоянная 56,2), этиловый спирт (26) и т.д. Наоборот, нерастворимы в воде петролейный эфир (1,8), четыреххлористый углерод (2,24) и т.д. Однако это правило не всегда действительно, особенно в применении к органическим соединениям. В этих случаях на растворимость веществ оказывают влияние наличие различных конкурирующих функциональных групп, их число, относительная молекулярная масса, размер и формы молекулы и другие факторы. Например, дихлорэтан (диэлектрическая постоянная которого равна 10,4) практически нерастворим в воде, тогда как диэтило-

ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИЕ РАСТВОРЫ. КАПЛИ. СИРОПЫ

вый эфир, имеющий диэлектрическую постоянную 4,3 растворим в воде при 20 о С в количестве 6,6%. По-видимому, объяснение этому нужно искать в способности эфирного атома кислорода образовывать с молекулами воды нестойкие комплексы типа оксониевых соединений.

С увеличением температуры взаимная растворимость ограниченно растворимых жидкостей в большинстве случаев возрастает и часто при достижении определенной для каждой пары жидкостей температуры, называемой критической , жидкости полностью смешиваются друг с другом (фенол и вода при критической температуре 68,8 о С и более высокой растворяются друг в друге в любых пропорциях). При изменении давления взаимная растворимость меняется незначительно.

Растворимость газов в жидкостях принято выражать коэффициентом поглощения , который указывает, сколько объемов данного газа, приведенных к нормальным условиям (температура 0 о С, давление 1 атм.), растворяется в одном объеме жидкости при данной температуре и парциальном давлении га-

за 1 атм. Растворимость газа в жидкостях зависит от природы жидкостей и газа, давления и температуры. Зависимость растворимости газа от давления выражается законом Генри, согласно которому растворимость газа в жидкости прямо пропорциональна его давлению над раствором при неизменной температуре, однако при высоких давлениях, особенно для газов, химически взаимодействующих с растворителем, наблюдается отклонение от закона Генри. С повышением же температуры растворимость газа в жидкости уменьшается.

Любая жидкость обладает ограниченной растворяющей способностью. Это означает, что данное количество растворителя может растворить лекарственное вещество в количествах, не превышающих определенного предела.

Растворимостью вещества называется количество его, выраженное в грам-

мах, насыщающее 100 г растворителя . Сведения о растворимости лекарственных веществ в основных растворителях приведены в фармакопейных статьях.

Растворимость лекарственного вещества в растворителе зависит от температуры. Для подавляющего большинства твердых веществ растворимость их с увеличением температуры повышается. Однако бывают исключения (например, соли кальция).

Некоторые лекарственные вещества могут растворяться медленно (хотя и растворяются в значительных концентрациях). С целью ускорения растворения

ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИЕ РАСТВОРЫ. КАПЛИ. СИРОПЫ

таких веществ прибегают к простым (нагреванию, предварительному измельчению растворяемого вещества, перемешиванию смеси) или более сложным приемам (использованию сорастворителей или гидротропных веществ, комплексообразованию, солюбилизации и др.).

Наиболее часто для повышения растворимости используется солюбилиза-

ция – процесс самопроизвольного перехода в устойчивый раствор нерастворимых или труднорастворимых веществ с помощью поверхностно-активных веществ. Такая растворимость иногда называется коллоидной или сопряженной.

При растворении можно выделить условно следующие стадии:

1. Поверхность твердого тела контактирует с растворителем. Контакт сопровождается смачиванием, адсорбцией и проникновением растворителя в микропоры частиц твердого тела.

2. Молекулы растворителя взаимодействуют со слоями вещества на поверхности раздела фаз. При этом происходит сольватация молекул или ионов и отрыв их от поверхности раздела фаз.

3. Сольватированные молекулы или ионы переходят в жидкую фазу.

4. Выравнивание концентраций во всех слоях растворителя. Длительность 1 и 4 стадии зависит преимущественно от скорости диффу-

зионных процессов. 2 и 3 стадии часто протекает мгновенно или достаточно быстро и имеют кинетический характер (механизм химических реакций). Из этого следует, что в основном скорость растворения зависит от диффузионных процессов.

7.1.1. Механизмы и типы растворения

Впервые диффузионный механизм растворения описал А.H. Шукаpев в 1896 г. По этому уравнению скорость процесса зависит от разности концентраций и поверхности раздела фаз. Современная теория о растворении твердых тел исходит из представления об этом процессе как о кинетике гетерогенных процессов, при которых могут проявляться как диффузионные, так и межфазные процессы (химические). Эта теория развита в трудах ученых А.Б. Здановского, М. Товдина, О. Бpама и дp. Исходным положением диффузионнокинетической теории следует считать наличие пограничного диффузионного слоя и его влияние на изменение скорости процесса.

Кинетика процесса растворения описывается следующим уравнением:

Источник

Растворы. Теоретические основы растворения. Вода очищенная

Характеристика растворов: их преимущества и недостатки в сравнении с твёрдыми лекарственными формами; классификация растворов. Растворители, применяемые для изготовления растворов. Аппаратура, используемая для получения воды очищенной, аквадистилляторы.

Рубрика	Медицина
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	03.10.2014
Размер файла	236,0 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ГБОУ ВПО «Уральская государственная медицинская академия»

Министерства здравоохранения Российской Федерации

по фармацевтической технологии

Растворы. Теоретические основы растворения. Вода очищенная

Студентки 5 курса 502 группы

Русиновой Алены Викторовны

Растворы — жидкая лекарственная форма, полученная растворением жидких, твердых или газообразных веществ в соответствующем растворителе. По дисперсологической классификации растворы — свободно дисперсные системы с жидкой дисперсионной средой.

Преимущества растворов в сравнении с твердыми лекарственными формами:

· снижение раздражающих свойств;

· быстрое наступление терапевтического эффекта;

· возможность коррекции вкуса;

· простота и удобство применения.

Недостатки растворов в сравнении с твердыми лекарственными формами:

· непродолжительный срок хранения;

· требуют разработки состава вспомогательных веществ.

В аптечной практике на долю растворов приходится в среднем до 30% общей рецептуры аптек. Большой удельный вес растворов, как и всех жидких лекарственных форм, объясняется рядом преимуществ их перед другими лекарственными формами. Присущие растворам недостатки не влияют на широкое их применение.

Классификация растворов в зависимости от:

1) Применяемого растворителя:

2) Способа применения:

3) Вида дисперсной фазы:

· истинные растворы низкомолекулярных веществ,

· истинные растворы ВМС;

Истинные растворы низкомолекулярных веществ

Растворы глюкозы, натрия хлорида

Проходят сквозь фильтр, через диализирующую мембрану, не изменяют свойства при центрифугировании, нагревании. Возможно осаждение (высаливание) спиртом, ацетоном, насыщенными электролитами.

Истинные растворы ВМС

Раствор пепсина, желатина

Проходят сквозь фильтр, не проходят через диализирующую мембрану, изменяют свойства при центрифугировании, нагревании. Возможно высаливание (коацервация) спиртом, ацетоном, насыщенными электролитами.

раствор лекарственный растворитель аквадистиллятор

Теоретические вопросы растворения

1) контактирование поверхности твердого тела с растворителем, сопровождающееся смачиванием, адсорбцией и проникновением растворителя в микропоры частиц твердого тела;

2) взаимодействие молекул растворителя со слоями вещества на поверхности раздела фаз, сопровождающееся сольватацией молекул или ионов и их отрывом;

3) переход сольватированных молекул или ионов в жидкую фазу;

4) выравнивание концентраций во всех слоях растворителя.

Длительность 1 и 4 стадии зависит преимущественно от скорости диффузионных процессов, 2 и 3 часто протекают мгновенно или достаточно быстро и имеют кинетический характер, (механизм химических реакций). Из этого следует, что в основном скорость растворения зависит от диффузионных процессов.

Впервые диффузионный механизм растворения описан А.Н. Шукаревым в 1896 г. в виде уравнения, на основании которого скорость процесса зависит от разности концентраций и поверхности раздела фаз. Современная теория исходит из представления о том, что могут протекать как диффузионные, так и межфазные химические процессы. Эта теория развита в трудах советских ученых. Исходным положением диффузионно-кинетической теории следует считать наличие пограничного диффузионного слоя и его влияния на изменение скорости процесса, кинетика которого описывается следующим уравнением:

где dC/dt — количество вещества, растворяющегося в единицу времени (скорость растворения), кг/с; D — коэффициент диффузии; г — коэффициент скорости межфазного процесса; у — эффективная толщина пограничного диффузионного слоя, м; S — площадь поверхности твердой фазы, м 2 ; С_о — концентрация насыщенного раствора, кг/м 3 ; C_t — концентрация раствора в данный момент времени, кг/м’ 4 ; п — порядок реакции растворения, который в воде почти для всех лекарственных веществ равен единице (кинетическая область растворения).

Константа скорости растворения K_v при постоянном объеме жидкой фазы определяется выражением

В зависимости от соотношения диффузионных и кинетических (межфазных) механизмов возможны три основных типа растворения: диффузионный г > D/у; K_v > D/у; кинетический г г; и диффузионно-кинетический, когда значения коэффициента скоростей межфазного и диффузионных процессов являются сопоставимыми.

В производстве растворение желательно проводить, ускоряя диффузию за счет перемешивания жид-кон фазы. Однако для медленно- и труднорастворимых веществ межфазный процесс имеет место даже при интенсивном перемешивании.

Смачивание твердого тела зависит от полярности растворителя и поверхности, свойства которой могут изменяться за счет адсорбции воздуха, влаги или примесей, ее пористости и шероховатости, наличия дефектов кристаллической решетки и микротрещин. Для увеличения смачиваемости целесообразно измельчение проводить в среде растворителя, предупреждающего адсорбцию, например воздуха, или добавляя поверхностно-активные вещества. Молекулы или ионы твердой фазы и растворителя взаимодействуют, образуя соответствующие сольваты или их ассоциаты. Близкие по свойствам и структуре растворимые системы, например соединения гомологического ряда или изомеры, между собой почти не взаимодействуют, их свойства сохраняются, изменяется только концентрация веществ в растворе и иногда — агрегатное состояние. Однако чаще между растворителем и поверхностными молекулами твердых тел образуются водородные связи, происходит междипольное взаимодействие. Это приводит к образованию сольватов, ассоциированных комплексов с разной степенью устойчивости и диссоциации комплексов и молекул на ионы. В таких растворах вещество и растворитель находятся в измененном состоянии по сравнению с исходным.

Согласно молекулярно-кинетической теории гидратации при растворении веществ, дающих частицы с достаточно высокой плотностью заряда (ионы Li + , Са ++ , Mg ++ , F — и др.), молекулы растворителя, находящиеся вокруг этих частиц, притягиваются, их подвижность уменьшается, реже происходит обмен с другими молекулами. Это явление получило название положительной гидратации. Некоторые ионы, такие как К + , Na + , Rb + , Cs + , Br — , J — , Cl — , как бы отталкивают молекулы растворителя, что вызывает увеличение обмена между ними по сравнению с чистым растворителем, возрастает их неупорядоченность, происходит отрицательная гидратация, для которой характерен только определенный диапазон температур. При достижении предельных температур отрицательная гидратация переходит в положительную. Так, для ионов Na + , Cs + , Cl — , J — эти температуры соответственно равны +11°С, 89°С, 27°С, 75°С. Это объясняется тем, что с повышением вышеуказанной температуры преобладает тепловое движение молекул растворителя. Многообразие взаимодействий так велико, что до настоящего времени нет единой теории растворов.

Современные представления о процессе растворения позволяют уже сейчас на научной основе трактовать закономерности в изменении биологической доступности и терапевтической активности лекарственных веществ в растворах в зависимости от диэлектрической проницаемости, наличия постоянных и индуцированных дипольных моментов, поляризуемости ионов и молекул растворенного вещества. В технологии растворов становится понятной роль выбора среды, добавок электролита, высокомолекулярных соединений, ПАВ и т. д. При растворении разрушаются связи между молекулами или ионами в растворяемом веществе и растворителе, что связано с затратой энергии. Одновременно с этим начинается процесс комплексообразования, т. е. возникают новые связи между молекулами и ионами, образуются сольваты. Процесс сопровождается выделением энергии. Общее энергетическое изменение в системе может быть положительным или отрицательным. Так, при растворении этанола, многих щелочей, кислот и других веществ в воде выделяется тепло, поэтому дополнительное нагревание приводит к уменьшению растворимости и, наоборот, при поглощении тепла, нагревание увеличивает растворимость. Иногда растворение сопровождается изменением суммарного объема (явлением контракции). Это происходит при смешивании метанола, этанола, глицерина и других спиртов с водой. Очевидно, что данным процессом можно управлять, варьируя различными технологическими факторами. Так, для увеличения скорости растворения можно изменять температурный режим, увеличивать разность концентраций, уменьшать вязкость и толщину пограничного диффузионного слоя путем изменения гидродинамических условий, измельчать исходное вещество, увеличивая поверхность контакта с растворителем. Для реализации этих возможностей технологический процесс ведут в реакторах, имеющих рубашку для обогрева паром или охлаждения системы рассолом, и перемешивающее устройство. Перемешивание позволяет перемещать слои жидкости в реакторе, увеличивая разность концентраций и заменяя молекулярную диффузию в жидкой среде на конвективный и турбулентный массоперенос. Интенсивное перемешивание уменьшает толщину диффузионного пограничного слоя. В условиях гетерогенного массообмена жидкость обтекает частицы твердой фазы разными способами. Прямое обтекание происходит, когда жидкость перемещается между неподвижными частицами твердой фазы. Его скорость зависит от скорости движения жидкости. Гравитационное обтекание возникает при падении частиц твердой фазы в движущейся жидкости. Естественная циркуляция осуществляется за счет разности плотностей жидкости и твердой фазы. Инерционное обтекание происходит под действием сил инерции в тех случаях, когда поток или струя жидкости меняет свое направление, а твердые частицы, движущиеся в этой жидкости с определенной скоростью под действием инерции, не могут изменить направление движения. Скорость обтекания частиц в этом способе будет самой большой, а толщина диффузионного пограничного слоя у частиц твердой фазы — минимальной. В реальных условиях массообмен происходит с участием нескольких способов обтекания, наиболее благоприятные условия создаются при гравитационном и инерционном. Гидродинамический режим процесса связан не только со способом обтекания, но и со скоростью потока жидкости. При ламинарном движении скорость конвективной диффузии увеличивается только в направлении движения потока и зависит от молекулярной вязкости. При турбулентном (вихревом) потоке массоперенос может осуществляться даже в поперечном направлении и скорость массопереноса не зависит от молекулярной вязкости. Интенсивный массоперенос способствует быстрому завершению растворения.

Растворители — индивидуальные химические соединения или их смеси, способные растворять различные вещества, т. е. образовывать с ними однородные системы — растворы.

Растворители разделяют на два класса:

— вода (очищенная или для инъекций);

— органические растворители (спирт, глицерин, хлороформ, эфир и др.).

Основные требования, предъявляемые к растворителям:

— химическая индифферентность и биологическая безвредность;

— отсутствие неприятного вкуса и запаха;

— низкая цена и доступность.

Правила получения воды очищенной:

1) Получение и хранение воды очищенной должно производиться в специально оборудованном для этой цели помещении с помощью аквадистилляторов или других разрешенных для этой цели установок. Существует три метода получения воды очищенной: дистилляция, обратный осмос, ионный обмен (см. стр. 260-261).

2) При получении воды с помощь аквадистиллятора ежедневно перед началом работы необходимо:

— в течение 10 — 15 минут проводить пропаривание дистиллятора и трубопроводов при закрытых вентилях подачи воды в конденсатор;

— в течение 15 — 20 минут первые порции воды отбрасывать.

3) Полученную воду очищенную и для инъекций собирают в чистые про стерилизованные или обработанные паром сборники промышленного производства, изготовленные из материалов, не изменяющих свойства воды и защищающих ее от инородных частиц и микробиологических загрязнений (в порядке исключения — в стеклянные баллоны). Сборники должны иметь четкую надпись: «Вода очищенная», «Вода для инъекций». На сборнике воды прикрепляется бирка с указанием даты ее получения, номера анализа и подписи проверившего. Если одновременно используют несколько сборников, их нумеруют. На этикетке емкостей для сбора и хранения воды для инъекций должно быть обозначено, что содержимое не простерилизовано.

4) Стеклянные сборники плотно закрывают пробками с двумя отверстиями: одно для трубки, по которой поступает вода, другое для стеклянной трубки, в которую вставляется тампон из стерильной ваты (меняют ежедневно).

5) Воду очищенную используют свежеприготовленной или хранят в закрытых емкостях не более 3 суток.

Аквадистилляторы ДЭ (рис. 1) предназначены для получения очищенной воды. Аквадистилляторы АЭ — для получения воды для инъекций. Корпус и основные детали выполнены из нержавеющей стали. Дистилляторы можно использовать для получения горячей (+80′ С) воды. Технические характеристики представлены в табл. 1. Дистилляторы снабжены системой автоматического отключения. Легко объединяются со сборниками для хранения воды в единую систему.

Рис. 1. Внешний вид дистилляторов ДЭ

Табл. 1. Основные технические характеристики дистилляторов ДЭ (Тюмень)

Источник