13.6.2. Вода деминерализованная (Aquae demineralisata)

Получение воды деминерализованной. Деминерали­зация воды (освобождение от нежелательных катио­нов и анионов) проводится с помощью ионного обмена и метода разделения через мембрану. Ионный обмен основан на использовании ионитов — сетчатых поли­меров разной степени сшивки, гелевой или микро­пористой структуры, ковалентно связанных с ионо-генными группами. Диссоциация этих групп в воде или растворах дает ионную пару — фиксированный на полимере ион и подвижный противоион, который обменивается на ионы одноименного заряда (катионы или анионы) из раствора.

Катиониты слабо-, средне- и сильнокислотные со-. держат соответственно группы СООН, РО(ОН)₂ и SO2OH на сетчатых полимерах, например, на основе сополимеров стирола с дивинилбензолом и продукта конденсации фенолсульфокислоты с формальдегидом. В фармацевтической промышленности используют сильнокислотные сульфокатиониты КУ-1, КУ-2 и по­ристый КУ-23. В Н-форме (катионит с подвижным

313

Водопроводная вода

атомом водорода) они обменивают все катионы, содержащиеся в воде. Ионообмен на катионите можно представить в следующем виде:

2 [К] Н + Na₂SO₄ = 2 [К] Na + H₂SO₄

[К]— SO₂—О_ч 2[K]SO₂OH + CaCI₂= >Ca + 2HC1,

[К]— SO₂—С/

где [К] — полимерный каркас катионита.

Аниониты — сетчатые полимеры, способные к об­мену анионов в растворах. Слабоосновные аниониты содержат первичные, вторичные и третичные амино­группы. Среднеосновные включают некоторые из пере­численных и небольшое количество четвертичных аммониевых групп, а сильноосновные связаны с чет­вертичными аммониевыми, четвертичными фосфоние-выми и третичными сульфониевыми группами. Поли­мерами для анионитов служат хлорметилированные полистеролы и продукты конденсации полиэтилен-полиамидов и эпихлоргидрида. Применяемые дли­тельное время в фармацевтической промышленности слабоосновные аниониты марки ЭДЭ-10П в настоящее время заменяются на сильноосновные АВ-171 и АВ-17, которые в ОН-форме (анионит с подвижной гироксиль-ной группой) обменивают все анионы, содержащиеся в воде. Реакция анионного обмена проходит по сле­дующей схеме:

[А] ОН + НС1 = [A]C1 -f H₂O

[АК 2 [А] ОН + H₂SO₄ = >SO₄ + 2Н₂О,

[А]/

где [А] — полимерный каркас анионита.

Ионообменная установка состоит из 3—5 пар катионитовых и анионитовых колонок. Непрерывность действия обеспечивается тем, что одна их часть на­ходится в работе, другая — на регенерации. Водо­проводная вода поступает в катионитовую колонку (рис. 13.14), проходит через слой катионита в Н-, затем в ОН-форме, подается на фильтр, задержива­ющий частицы разрушения ионообменных смол с раз­мером пор не более 5—10 мкм, и нагревается в тепло­обменнике до температуры 80—90 °С. Насыщение ионообменников определяют по изменению реакции среды с помощью рН-метра. Перед регенерацией

314

^■

_ж

Анионит ЭДЭ-10 П, АВ-17

_Г

_J

О бессоленная вода Рис. 13.14. Принцип работы ионообменной установки.

иониты взрыхляют обратным током водопроводной воды. Катиониты регенерируют в несколько приемов 1, 0,7 и 4 % раствором кислоты серной. Перед сливом в канализацию кислоту из колонки нейтрализуют мраморной крошкой. Аниониты восстанавливаются в три приема: 2,6; 1,6 и 0,8 % раствором натрия гидроксида. После обработки растворами .реагентов колонки промывают водой до заданного значения рН. Деминерализованная вода используется для ...мойки Дрпта^амЗт^л;,' ВОТомогатёл ьных матери а лов и" п ита ния зквааистилляторо'в."" """ " ~ "■-■■--'

Методы разделения через мембрану: обратный ос­мос, электродиализ, ультрафильтрация, диализ и ис­парение через мембрану.

Обратный осмос (гиперфильтрация). Этот метод разделения впервые был предложен в 1953 г. Ч. Е. Рей­дом для обессоливания воды. Прямой осмос — само­произвольный переход растворителя через полупрони­цаемые мембраны в раствор. В этом случае осмо­тическое давление л больше давления солевого раст­вора (я > Р).

Обратный осмос — переход растворителя (воды) из раствора через полупроницаемую мембрану под дей­ствием внешнего давления. Избыточное рабочее дав­ление солевого раствора в этом случае намного

315

больше осмотического (Р>л). Движущей силой обратного осмоса является разность давлений ДР = = Р — л. Так, например, морская вода, содержащая 3,5 % солей, имеет осмотическое давление л = 2,5 мПа. Для проведения обратного осмоса необходимо солево­му раствору сообщить избыточное рабочее давление Р = 7—8 мПа.

Для разделения применяют мембраны двух типов:

1. пористые — с размером пор 10~⁴—10~³ мкм (1 —10 А). Селективная проницаемость основана на адсорбции молекул воды поверхндсть:о_„_м.ем.бр.аны и ее.лорамц. При этом образуется сорбционный слой толщиной несколько десятков А. Адсорбированные молекулы перемещаются от одного центра адсорбции к другому, не пропуская соли. В нашей стране вы­ пускаются ультрафильтрационные ацетатцеллюлозные мембраны — УАМ 50м, диаметр пор менее 50 А, УАМ 100м — 75 А, УАМ 150м — 125 А, УАМ 200м — 175 А, УАМ 300м —250 А и УАМ 500м — более 300 А;

2. непористые диффузионные мембраны об­ разуют водородные связи _с_-модекудами-. ..воды. ...на поверхностиконтакта. Под действием избыточного давления Р эти связи разрываются, молекулы воды диффундируют в противоположную сторону мембраны, а на образовавшиеся вакансии проникают следующие. Таким образом, вода как бы растворяется на поверх­ ности и диффундирует внутрь слоя мембраны. Соли и почти все химические соединения, кроме газов, не могут проникнуть через такую мембрану. В нашей стране выпускаются гиперфильтрационные ацетат- целлюлозные мембраны МГА-80, МГА-90, МГА-95, МГА-100. Цифры в марке означают % селиктивно- сти — S.

с, С\ — Сг

с,

100,

где С\ и Сг — концентрации вещества в исходном растворе и фильтрате, мг/мл.

На этом принципе работают промышленные уста­новки «Роса», УГ-1 и УГ-10 производительностью соответственно от 0,1 до 10 и от 1 до 10 м³/сут.

Электродиализ. Механизм разделения основан на направленном движении ионов в сочетании с селектив­ным действием мембран под влиянием постоянного

316

тока. В качестве ионообменных мембран применяются: катионитовые — проницаемые только для катионов, марки МК-40 с катионитом КУ-2 в Na-форме и осно­вой на полиэтилене высокой плотности и МК-40л, армированная лавсаном; анионитовые — проницаемые только для анионов, марки МА-40 с анионитом ЭДЭ-10П в С1-форме на основе полиэтилена высокой плотности и МА-41л — мембрана с сильноосновным анионитом АВ-17, армированная лавсаном. Выпуска­ются электродиализные установки ЭДУ-100 и ЭДУ-1000 производительностью 100 и 1000 м³/сут.

Ультрафильтрация и диализ. Используются для разделения растворов высокомолекулярных соединений, полимеров, коллоидов и взвесей.

Испарение через мембрану. Растворитель проходит через мембрану и в виде пара удаляется с ее поверх­ности в потоке инертного газа или под вакуумом. Для этой цели используют мембраны из целлофана, полиэтилена, ацетатцеллюлозы.

Преимуществом мембранных методов является значительная экономия энергии. Расход ее при полу­чении воды дистиллированной или аналогичной по чистоте деминерализованной составляет (кВт-час/м³): дистилляцией — 63,6; электролизом — 35,8; обратным осмосом — 3,7. Возможно также сравнительно легко регулировать качество воды. Недостатком является опасность концентрационной поляризации мембраны и пор, что может вызвать прохождение нежелательных ионов или молекул в фильтрат. Для устранения этого необходимо постоянное удаление концентрированного раствора.

13.6.3. Неводные растворители

К неводным растворителям относятся масла жирные растительного происхождения, эфиры простые и слож­ные, с'пирты одно- и многоатомные, амиды, сульфоксиды и сульфоны и др. Применение этих растворителей вызвано необходимостью получения растворов из ве­ществ, нерастворимых или труднорастворимых в воде, устранения гидролиза лекарственных веществ, про­лонгирования действия, исключения влияния стекла на раствор н повышения стабильности.

Наряду с общими требованиями к ним предъявляют­ся дополнительные: прозрачность, термостойкость,

317

температура кипения — более 100 °С (для проведения тепловой стерилизации), температура замерзания— не выше -f- 5 °С, биологическая совместимость по вели­чине осмотического давления и значению рН среды, вязкость и текучесть растворов не должны замедлять всасывание, затруднять фильтрование и наполнение ампул, химическая чистота и стабильность. По токсич­ности они должны относиться к группе практически не токсичных веществ (LD₅o для крыс при подкожном введении 1501—4500 мг/кг) или малотоксичных (LDso соответственно 151 —1500 мг/кг).

Масла жирные (Olea pinguia). Смесь триглицери-дов высших насыщенных и ненасыщенных жирных кислот (95—97%), фосфатидов, свободных жирных кислот, токоферолов, пигментов и других веществ. Химический[состав в зависимости от места произраста­ния и погодных условий может значительно изменять­ся. Получают холодным прессованием свежих семян растений. По__ГФ_для изготовления инъекционных рас­творов разрешено применять масла:_чш^ндадь~ное_; ипер-сиковое>,О1еит Amygdajarum получа'ют из семян мин-дал'я'гкислотное число — не более 2,5, число омыления и йодное соответственно 190—195 и 93—102. Oleum Persicorum получают~из семян персиков, абрикосов и слив, кислотное число — не более 2,5; омыления и йод­ное соответственно 187—195 и 96—103. По техниче­ским условиям разрешено оливковое масло — Oleum Olivarum, получаемое из плодов маслины. За рубежом применяют соевое, арахисовое, кунжутное, подсолнеч­ное, хлопковое и кукурузное масла.

Важным требованием к ним является отсутствие влаги, так как при наличии воды находящиеся в маслах липазы вызывают ферментативный гидролиз триглице-ридов и фосфолипидов с образованием свободных жирных кислот. Последние в свою очередь подвержены радикально-цепному окислению, в результате кот^р«го за короткое время хранения в масле образуются гидро-пероксиды, пероксиды, свободные радикалы и другие реакционноспособные соединения. Образующиеся про­дукты гидролиза и окисления могут взаимодействовать со многими лекарственными и вспомогательными ве­ществами, изменяя их свойства. Тепловая стерилизация ускоряет эти превращения. В безводной среде гибель микроорганизмов происходит не за счет гидролиза белков клеточной оболочки, а под действием пироли-318

тическо-ro разложения белка при температуре, более высокой, чем режим стерилизации водных растворов. Многие лекарственные вещества не являются термо­стойкими, поэтому масла стерилизуют отдельно в гер­метически закупоренных флаконах в суховоздушных стерилизаторах в зависимости от массы: до 100 г при 180 °С в течение 30 мин, при 200 °С—15 мин, от 100 до 500 г — 40 и 20 мин соответственно. В завод­ских условиях стерилизуют паром под давлением при 120 + 2 °С в течение 2 ч. В полуохлажденном масде в асептических условиях растворяют лекарственное вещество, раствор фильтруют под давлением, напол­няют ампулы шприцевым методом, запаивают их и вновь подвергают стерилизации паром под давлением при ,110°С 30 мин.

Д и повышения ста-

бильности растворов добавляют сорастворители или сдл[1Обилиза,торы, например, 10—50 % бензилбензоата для получения масляного раствора прогестерона. За рубежом для повышения растворимости стероидных гормонов в масле используется спирт бензиловый. Но он неиндифферентен, так как обладает местным анестезирующим действием. С этой же целью в состав жировых эмульсий вводят лецитин.

Эфиры простые и сложные. Как заменитель масел предложен этиолеат, кислотное число — меньше 0,5. ,, Он имеет преимущества по сравнению с маслами: постоянный химический состав, меньшая вязкость, стабильность при тепловой стерилизации (150 °С в течение 1 ч). Вместе с тем наличие двойной связи способствует легкому окислению этиолеата. Для инги-бирования этого процесса предложено вводить анти-оксиданты: а-токоферол, бутилокситолуол и другие и проводить стерилизацию в атмосфере инертного газа. Сообщается о большей активности и продолжительно­сти действия гормонов в растворе этиолеата по срав­нений» jc масляными.

Спирты одно- и многоатомные. Этанол в концентра­ции от 2 до 30 % применяется для улучшения раствори­мости., .эризимина, конваллотоксина, строфантина К. .Глицерин раствюряелхя в воде и этаноле, используется в "концентрации до 30 %. Смесь этанола и глицерина служит растворителем для получения 0,02 % раствора целанида. (^ТЭГ-100—600 растворяют легкогидролизую-щиеся вещества. ?Пр6пиленгликоль\1,2; 1,3 смешивает-

319

ся с водой и этанолом и применяется в этой смеси в концентрации до 60 % в качестве растворителя сердеч­ных гликозидов, антибиотиков и витаминов А и D. Он нетоксичен, выдерживает стерилизацию при темпера­туре 140 °С в течение 3 ч. Спирт поливиниловый реко­мендован как солюбилизатор и стабилизатор для водных суспензий. Сорбит и маннит в концентрации 60 % в воде предложены для получения растворов легкогидрализующихся лекарственных веществ.

Амиды. Ni-N-диметиламид и Ы-(3-оксиэтиллактамид, добавленные к воде в концентрации 10—50 %, при­меняются для приготовления стабильных растворов антибиотиков.

Сульфоксиды и сульфоны. Высокую растворяющую способность имеют , диметилсульфоксид. и сульфолан (тетраметилен сульфон). Они обладают незначительной токсичностью, смешиваются почти со всеми раствори­телями.