13.3. Медицинское стекло. Определение основных показателей качества

fiU£&H4^Ht!^CK9?...стеклэ — твердый раствор, получен­ный в результате охлаждения расплавленной смеси силикатов, оксидов металлов и солей. Наибольшую

275

термическую и химическую устойчивость имеет кварце­вое стекло, получаемое из кварцевого песка, который состоит из 95—98 % кремния диоксида. Из такого стекла изготовить и запаять ампулу очень трудно, так как оно имеет высокую температуру плавления (1550—1800 °С). Поэтому в его состав для понижения температуры плавления добавляют ра»Щгчн£1е^ моди-"ф'икаторыу"натрия и калия оксиды*) Их введение резко "^меныЛаёттпШическую устойчШШсть и может привести к получению растворимого или жидкого стекла — натрия или калия силикатов ЫагЭЮз, foSiCb. Бытовое стекло получают сплавлением кварцевого песка, из­вестняка, натрия карбоната или сульфата, при этом его сложный состав можно представить в виде ЫагОСаО-бБЮг. Применение этого стекла из-за низ­кой термической и химической стойкости ограниче­но изготовлением оконных стекол, бутылок и т. д. Повышения, химицргкпй устойчиногти_^поб1ид_яоттгя вве­дением алюминия и_бора оксипгж___В этом случае образуется качественно новый состав — алюмоборо-силикатное стекло с образованием сложных трудно-диссоциируемых комплексов. Добавление в состав магния оксидов в значительной мере увеличивает термическую устойчивость. Регулирование содержания бора, алюминия_11._магния₁ оксидов повышает ударную прочность и снижает хрупкость стекла.

Основным сырьем для получения стекла являются: кварцевый песок (кремния диоксид) — SiO₂, нефе­лин— KNa₃[AlSiO-i] 4, магнезит (магния карбонат) — MgCCb, доломит (кальция и магния карбонат) — Ca^Mg(CO₃h, натрия тетраборат — (Na₂B₄O₇), кис­лота борная — Н₃ВОз, известняк (кальция карбо­нат) — СаСОз, поташ (калия карбонат) — КгСОз, сода кальцинированная (натрия карбонат) — Na₂CO₃, натрия сульфат — Na2SO<(.

Изменяя состав компонентов и их концентрацию, можно получить стекло с заданными свойствами.

К стеклу для ампул предъявляются следующие требованиям прозрачность — для визуального и опти-"ческого контроля на отсутствие механических вклю­чений; бесцветность — позволяет обнаруживать, кроме механических включений, изменение цвета раствора; легкоплавкость — необходима для запайки ампул (наполненных раствором) при сравнительно невысокой температуре во избежание его нагревания; термиче-

276

Состав стекла, % от массы

Таблица 13.2. Марки и состав медицинского стекла

Na>O ±0,25

Марки стекла

ВаО

±0,20

МпО₂

±0,50

К2О

±0,20

В₂О₃

±0,25

AI2O3

±0,20

SiO₂

±0,50

СаО±

±0,30

+ MgO| ±0,30

НС-3	72,80	4,50	6,0	6,90	8,10	1,70 —	—	—
НС-1	73,00	4,50	4,00	8,00	8,50	2,0 —	—	—
СНС-1	67,00	4,10	5,20	6,30	7,50	2,0 2,90	5,0	—
НС-2 НС-2А	73,00	3,5	2,50	8,00	11,00	2,0 —		—
АБ-1	73,00	3,0		9,50	13,50	1,0 —	—	—
XT	74,00	5,0	8,00	1,20	5,00	2,80	—	4,0
ХТ-1	72,00	6,0	10,50	0,80	6,70	1,80 —	—	2,20
МТО	73,00	1,50	—	10,00	15,50	— —	—	—
ОС	73,50	1,50	—	9,50	15,50	— —	—	—
ОС-1	73,00	1,30	—	10,00	15,70

екая устойчивость — способность стекла не разру­ шаться при резких колебаниях температуры, например, выдерживать тепловую стерилизацию; химическая устойчивость, гарантирующая сохранность лекарствен­ ного вещества _и_ других компонентов препарата;

(механическая прочность⁴)— для выдерживания нагру­зок приГ обработке ампул в процессе производства, транспортировке и хранении. Последнее требование должно сочетаться с необходимой хрупкостью для легкого вскрытия капилляра ампул.

В таблице 13.2 приводится состав марок медицин­ского стекла разного назначения..JHC-3 — нейтральное стекло для изготовления ампул и флаконов для раст­воров веществ, подвергающихся гидролизу, окислению и т. д. (например, растворы солей алкалоидов). НС-1 —нейтральное стекло для ампулирования менее чувствительных к щелочам лекарственных веществ (растворы натрия хлорида, магнезии сульфата, каль­ция хлорида и др.). СНС-1 — светозащитное нейтраль­ное стекло для изготовления ампул с растворами светочувствительных веществ. АБ-1 — щелочное (ам-пульное безборное) стекло для ампул и флаконов, содержащих устойчивые в масляных растворах веще­ства, так как в этом случае выщелачивание практи­чески не происходит. ХТ-1 — химически и термически стойкое стекло для изготовления шприцев, бутылок

277

для хранения крови, трансфузионных и инфузионных препаратов. МТО — медицинское тарное обесцвечен­ное стекло для изготовления флаконов, банок и пред­метов ухода за больными. ОС, ОС-1 —оранжевое тарное — для изготовления флаконов и банок. НС-2, НС-2А — нейтральное — для изготовления флаконов для крови, трансфузионных и инфузионных препаратов и аэрозольных баллонов.

На поверхности стекла при контакте с растворами в ампулах и флаконах во время хранения и особенно при тепловой стерилизации в зависимости от его марки и значения рН раствора может происходить выщелачивание или растворение. При растворении в раствор переходят компоненты стекла в тех же соотношениях, что и в стекле. Выщелачивание — это преимущественно выход из стекла оксидов щелочных и щелочноземельных металлов, в результате чего на поверхности стекла образуется защитная кремнезем­ная пленка, которая препятствует продолжению про­цесса.

В нейтральных и кислотных растворах при взаимо­действии с водой и кислотами щелочные ионы натрия и калия переходят в раствор, вызывая некоторые изменений в величине рН, а на поверхности стекла образуется защитная пленка кислоты кремниевой. По мере взаимодействия толщина пленки увеличивает­ся за счет малой степени диссоциации и слабой реак­ционной способности этой кислоты, диффузия затруд­няется и процесс резко замедляется.

В растворах, имеющих значение рН 3,0, реакция среды почти не изменяется, так как щелочность ней­трализуется дополнительной диссоциацией кислоты. Растворы, имеющие значение рН 5,0, дают наи­больший его сдвиг в ампулах из стекла НС-1: пос­ле стерилизации оно увеличивается на 1,2, а при хранении в течение 1 года на 1,65. Это связано с высокой степенью диссоциации кислот при величине рН 5,0.

В щелочных растворах происходит растворение щелочных и кислотных компонентов стекла. Разрыва­ется связь Si — О— Si с образованием натрия и калия силикатов, при этом растворяется поверхностный слой на большую глубину. На поверхности образуется слой плохо растворимых магния и кальция силикатов, но концентрация этих соединений недостаточна для

278

Таблица 13.3. Удельная поверхность контакта стекла в зависимости от вместимости ампул

Удельная поверхность контакта, см²/мл

Номинальная

вместимость ампулы, мл

Общая внутренняя

поверхность в ампуле, см²

10,6 3,2 1,6

1

15 50

10,6 48,0 80,5

формирования сплошной и прочной пленки. Поэтому она при хранении в ампулах из стекла с недостаточной химической устойчивостью отслаивается, образуя механические включения, что недопустимо в инъекци­онных растворах. В ампулах из стекла НС-1 растворы, имеющие значение рН 9,0, после стерилизации из­меняют его на + 1,75, а после годичного хранения — на + 0,5 от исходной величины.

Важно учитывать удельную поверхность контакта раствора со стеклом.

В таблице 13.3 приведены данные об удельной по­верхности контакта стекла в зависимости от вмести­мости ампул.

Как видно из данных, представленных в табл. 13.3, удельная поверхность контакта раствора со стеклом в мелкоемких ампулах значительно больше. Поэтому их химическая стойкость должна быть более вы­сокой.

Таким образом, сохранность ампулированных; растворов зависит от марки стекла, исходного значе-\ ния рН раствора, времени его контакта со стеклом, 1 температуры, при которой производится стерилизация 1 и хранение, и от вместимости ампул, т. е. удельной поверхности контакта раствора со стеклом.

Определение основных показателей качества. Ще-лочестойкость. Метод основан на воздействии на об­разцы стекла площадью 0,10—0,15 дм² смеси равных объемов 0,5 М раствора натрия карбоната и 0,1 М раствора натрия гидроксида при кипении в течение 3 ч. Перед испытанием и после воздействия щелочных соединений образцы тщательно моют, высушивают при температуре 140 °С до постоянной массы и взве­шивают.

279

Щелочность стекла X (мг/дм*) рассчитывают по формуле:

Класс водостойкости

Расход 0,02 м раствора кислоты

хлороводородной при титровании, мл/i'

V =

где т — масса образца до обработки, мг; т\ — масса образца после воздействия щелочей, мг; S — площадь поверхности образца, дм².

Проводят три испытания и по среднеарифметиче­скому значению определяют класс щелочности.

До 0,10

От 0,10 до 0,85

От 0,85 до 1,50

Примечание. 1 мл 0,02 М раствора кислоты хлороводородной эквивалентен 0,62 мг натрия оксида.

Класс щелочности

Среднеарифметическое значение щелочности, мг/дм²

1. До 75

2. Свыше 75 до 175

3. Свыше 175

Водостойкость. Подготавливают 3 пробы из 300 г измельченного до 0,315 мм стекла с массой по 11,0 г, обезжиривают этанолом и ацетоном, сушат при темпе­ратуре 140 °С. Три точные навески по 10,0 г помещают в конические колбы вместимостью 250 мл с 50 мл свежепрокипяченной воды дистиллированной с дове­денным рН до исходного (5,5). В две контрольные колбы наливают только свежепрокипяченную воду дистиллированную. Колбы закрывают и автоклавиру-ют 30 мин при температуре 121 °С (0,10—0,11 мПа). Затем их охлаждают, добавляют по 2 капли метилово­го красного и титруют 0,02 моль/дм³ раствором кис­лоты хлороводородной до перехода окраски раствора от желтого цвета до оранжевого.

V-2

Водостойкость стекла X (мл/г) при температуре 121 °С вычисляют по формуле:

у

где Vi — объем раствора кислоты хлороводородной, израсходованный на титрование испытуемого раство­ра, мл; Кг — средний объем раствора кислоты хлоро­водородной, израсходованной на титрование каждого из двух контрольных опытов, мл; m — масса стекла, г. Проводят три испытания и по среднеарифметиче­скому определяют класс водостойкости.

280

Термическая устойчивость. Ампулы в количестве 50 шт. выдерживают при температуре 18 °С 30 мин, помещают в кассеты в сушильный шкаф не менее чем на 15 мин при температуре, указанной в ГОСТ. Кассеты выгружают из шкафа быстро за 5 с, погру­жают в воду с температурой 20 ± 1 °С ниже уровня ее поверхности и выдерживают не менее 1 мин. Термо­стойкими должны быть не менее 98 % ампул от взятых на проверку. Ампулы из стекла НС-3 должны оста­ваться целыми и выдерживать перепад температур, равный 160 °С, НС-1 — 130 °С, СНС-1 — 150 °С и АБ-1 — 110°С. Если результаты не удовлетворитель­ны, то испытание проводят на удвоенном количестве ампул той же партии (т. е. берут 100 штук) и повтор­ный результат считается окончательным.

Химическая стойкость ампул. Для испытания берут разное количество ампул в зависимости от их вмести­мости: 0,3 мл — 150, от 1 до 5 мл — 50, от 5 до 20 мл — 20 и свыше 20 мл — 10 штук. У отобранных ампул проверяют качество отжига, вскрывают капил­ляры, промывают 2 раза водой дистиллированной, нагретой до температуры 65 ± 5 °С, дважды ополаски­вают и заполняют водой дистиллированной, имеющей значение рН 6,0 ± 0,2, до номинальной вместимости. Значение рН воды при необходимости доводят до нормы 0,01 н. раствором кислоты хлороводородной или 0,01 н. раствором натрия гидроксида, ампулы запаивают и стерилизуют паром под давлением в стро­го регламентированном режиме нагрева при 0,10— 0,11 мПа (121 ± 1 °С) в течение 30 мин. За 10 мин снижают давление до атмосферного, охлаждают ампу­лы до температуры 20 ± 5 °С не более чем за 60 мин. Проверяют герметичность. Вскрывают капилляры

281

и берут для одного определения на рН-метре 15 мл. Параллельно проводят не менее 3 определений для ампул до б мл и 5 измерений для ампул вместимостью от 10 до 50 мл.

До стерилизации паром под давлением измеряют 5—6 раз значения рН исходной воды. Установлены нормы изменения значения рН для ампул: из стекла НС-3 на 0,9; СНС-1 — 1,2; НС-1 — 1,3; АБ-1 на 4,5.

Остаточные напряжения. Они образуются при изго­товлении ампул за счет неравномерного нагрева разных участков дрота. Капилляр и донышко ампул нагреваются до расплавления стекла, корпус — не­значительно. В местах резкого контраста температур образуются напряжения. Кроме этого, наружная по­верхность сильно нагреваемых участков стенки ампулы значительно быстрее охлаждается за счет контакта с окружающим воздухом и быстро затвердевает, а внутренние слои стекла охлаждаются медленнее и дольше находятся в расплавленном состоянии, что также вызывает образование внутренних напряжений. Остаточные напряжения определяют с помощью поля-ризационно-оптического метода по разности хода лучей в образце, связанной с наличием остаточных напряжений, на полярископе-поляриметре ПКС-125, ПКС-250 и на полярископе ПКС-500.

Разность хода лучей Л (нм) вычисляют по фор­муле:

180

л = ■

■ = Зф,

где л — при зеленом светофильтре (540 нм); ф — угол поворота лимба анализатора, град.

Разность хода, отнесенную к 1 см пути луча в стек­ле, А¹ млн"¹, вычисляют по формуле:

А' =

где / — длина пути луча в напряженном стекле, см.

Не допускается остаточное напряжение, содержа­щее удельную разность хода Л¹ более 8 млн~'.

Светозащитные свойства. Эти свойства испытывают с помощью метода светопропускания в области спек­тра от 290 до 450 нм с интервалом 20 нм. Из ци­линдрической части ампулы вырезают образец, про-

тирают его и помещают параллельно щели спектро­фотометра СФД-2. Максимальный процент светопро­пускания должен составлять 35 при толщине стенки от 0,4 до 0,5 мм; 30 % — от 0,5 до 0,6 мм; 27 % — от 0,6 до 0,7 мм; 25 % — от 0,7 до 0,8 мм и 20 % — от 0,8 до 0,9 мм. Допустимые пределы показывают, что для полной светозащиты ампулы необходимо уклады­вать в картонные упаковки, лучше черного или крас­ного цвета.