Измервателни уреди за фармацевтичната промишленост

Фармацевтичната индустрия разчита на прецизността и точността на различни видове измервателни и аналитични инструменти за получаване на валидни данни за разработване, производство и контрол на качеството на лекарствените форми. Те трябва да отговарят на специфични за процеса на производство клиентски изисквания и нужди.

В модерните и ефективни съвременни фармацевтични производства измервателните системи и уреди са интегрирани към цялостните заводски системи за управление и логистика.
Използват се универсални, но отговарящи на специфичните за производствените процеси уреди, както и много специализирани и използвани изключително във фармацевтичната индустрия измервателни устройства.

 Сред основните измервания са температура, ниво, позиция, тегло, налягане, поток, идентификация, анализ на течности, газхроматография, газанализ и много други.
Освен хигиенното изпълнение, както и по-високото ниво на надеждност, точност, прецизност и устойчивост, сред специфичните критерии, на които

процесните измервателни уреди
с приложение във фармацевтичното производство трябва да отговарят, е и сигурността – по отношение защитата на персонала например, от досега му с високоактивни съставки, така и на произвежданите продукти - от замърсяване. Това изисква ефективни и надеждни измервания, които не само покриват хигиенните изисквания, но и гарантират сигурно транспортиране в опасни зони.

В някои фармацевтични производства са налице биотехнологични процеси със завишени изисквания по отношение на измерването на температура, pH, налягане, замърсявания и други, заради необходимостта от осигуряване на адекватна среда за реализирането на процеса.

При тях изборът на измервателни уреди е още по-прецизен, защото в повечето случаи става въпрос за мащабни инвестиции в производствените инсталации и доста скъпо производствено оборудване.
Сред най-характерните уреди, използвани във фармацевтичното производство, са още:

рН-метри
Както е известно, рН-метрите са електронни средства, използвани за измерване на киселинност или алкалност (рН) на вещества. Конструктивното им оформление е твърде разнообразно и преди да се пристъпи към работа с един или друг уред, трябва да се отчетат спецификите на приложението. pH-метрите се предлагат с различна степен на точност и възможности за управление.

Някои модели са портативни и се включват при всяка употреба. Други pH-метри са настолни модели с постоянно отчитане, които са постоянно включени и се монтират до измервателния съд. Най-съвременните модели са с микропроцесорно управление, автоматична калибровка, вградена памет за пробите и интерфейс за пренос на отчетените данни.

Газови хроматографи
Като високоефективен аналитичен метод газовата хроматография намира широко приложение във фармацията при определяне на точното количество специфични химични вещества в даден лекарствен продукт.

Използваните газови хроматографи притежават различни конструктивни характеристики, но като цяло всеки от тях включва бутилка с газ, регулатор на налягането с прибор за измерване на скоростта на газовия поток, устройство за дозиране на пробите с изпарител, хроматографска колона, поместена в термостат, детектор, регистриращо устройство и нагревател на колоната.

Газът се пропуска през колоната с определена скорост. Пробата се впръсква в нагретия изпарител с помощта на малка спринцовка. Използваните колони са U-видни и спираловидни с различен вътрешен диаметър. Изработват се от неръждаема стомана, месинг или стъкло. Температурата в колоната се поддържа постоянна чрез термостат.

Детекторът е едно от най-важните устройства в хроматографа. Той реагира на изменението в състава на газа при излизането на пиковете от колоната и предава този сигнал на регистриращия прибор. Най-често използваните детектори в съвременните прибори са: диференциален проточен рефрактометър; UV детектор; флуоресцентен; радиохимичен; електрохимичен, ELS детектори и др.

Освен газови, широко приложение в практиката намират и течните хроматографи. Най-модерните от тях са базирани на т. нар. високоефективна течна хроматография (high performance liquid chromatography).

Масспектрометри
Друг метод, който намира приложение във фармацията при откриване и изследване на лекарствени вещества, е масспектрометрията. Отличава се с висока чувствителност и селективност, като за анализ се използват количества от порядъка на микрограм или нанограм. Това дава възможност да бъдат измерени масата на атоми, изотопни съотношения и позволява да бъдат идентифицирани вещества с много ниска концентрация в химически смеси, както и да се получи ценна информация за строежа и структурата им.

Масспектрометрията се съчетава успешно с редица други методи като газова хроматография, течна хроматография и др. Извършва се с помощта на масспектрометри, които регистрират измерените данни и ги представят графично. Апаратите се състоят от три основни части: източник на йонизация, анализатор и детектор.

Методът на въвеждане на пробата в източника на йонизация често зависи от метода на йонизация и от вида на пробата. Пробата може да бъде въведена директно в източника на йонизация или да постъпи в източника на йонизация, след като претърпи някакъв вид хроматографски разделяния.

Най-често пробата предварително се пречиства на високоефективна течна хроматография (HPLC), газ-хроматография (GC) или капилярна електрофореза (СЕ). По този начин пробата се разделя на серия компоненти, които последователно се въвеждат в масспектрометъра за индивидуален анализ.

Рефрактометри
Принципът на действие на рефрактометричните уреди за измерване на концентрацията на течни среди се основава на определяне на показателя на пречупване на светлината при преминаването й от въздуха в изследвания разтвор. Показателят на пречупване може да бъде определен по спектрометричен метод или по метода на пълното вътрешно отражение.

За анализ на мътни и силно оцветени разтвори се използват рефрактометри, основани на явлението пълно вътрешно отражение. При преминаване на светлинен лъч от среда с по-голям показател на пречупване в среда с по-малък показател на пречупване може да се намери такъв ъгъл на падане, наречен граничен, при който ъгълът на пречупване да бъде 90°. В този случай лъчът не попада в средата с по-малка оптична плътност, а се плъзга по границата на разделяне на двете среди.

Поляриметри
Поляриметрите са ръчни, полуавтоматични или автоматични уреди за измерване ъгъла на въртене на органични субстанции, на които трябва да се установи специфичното тегло, концентрацията и съдържанието на наличните в пробата оптично активни вещества.

Разнообразието от приложения на поляриметрите определя и множеството видове конструкции, но основните елементи в тях са едни и същи: източник на светлина с топлинен щит за защита на пробата от инфрачервеното излъчване; филтър, който разграничава специфична област на спектъра; два поляризатора, разположени от двете страни на пробата за изпитване; компенсатор на дължината на вълната и измервателно устройство (електронен сензор).

Вискозиметри
При определянето на вискозитета на флуиди се използват вискозиметри. За течности с вискозитети, вариращи според характеристиките на потока, се използва инструмент, наречен реометър.

Вискозиметрите правят измервания само при дадени параметри на потока. Тези параметри трябва да включват достатъчно малко число на Рейнолдс, за да е налице ламинарен поток. При температура от 20оC вискозитетът на водата е 1.002 mPa s, а кинематичният й вискозитет (съотношение на вискозитета и плътността) е 1.0038 mm2/s. Тези величини се използват за калибриране на различните типове вискозиметри.

Измерване степен на разтворимост на лекарствени форми
Във фармацевтичната индустрия се използват различни видове уреди за анализиране и определяне степента на разтворимост на лекарствени форми, които освен че посочват биофармацевтичните характеристики на лекарствените продукти, доказват и възпроизводимост на качеството на производствените партиди.

Определянето на степента на разтворимост е рутинна процедура както за набавяне на критична информация с цел контрол на качеството (например за оценка на последователността при твърди перорални дозирани форми като таблетки партида по партида), така и по отношение развитието на лекарствените форми, т. е. да се предвидят профилите на освобождаване на лекарствените форми при употреба.

Дизайнът на оборудването за анализиране и определяне на степента на разтворимост на лекарствени форми и начинът на използване на такива уреди оказват огромно влияние върху хидродинамиката и следователно – върху тяхната ефективност.

През последните години активно се провеждат хидродинамични проучвания върху различни типове и видове уреди за анализиране и определяне на степента на разтворимост както с експериментални методи, така и с изчислително моделиране - например чрез т. нар. изчислителна динамика на флуидите (CFD).

Оборудването за анализиране и определяне степента на дезинтегриране на лекарствените форми се използва за измерване времето за разпадане на таблетките и последващото разтваряне на лекарствения разтвор в организма.

Измерване степен на ронливост на твърди лекарствени средства
Оборудването за измерване ронливостта на твърди лекарствени средства (таблети) се използва за определяне на издръжливостта на таблетките по време на тяхното производство. Използваните за целта уреди се проектират така, че да осигуряват информация за точната стойност на скоростта на износване и устойчивост/твърдост при контакт на таблетките.

Ронливостта е важен параметър, тъй като влияе върху размера на частиците и тяхното разпределение в гранули, последващата способност на гранулите да бъдат пресовани в таблетки и вариациите в теглото на таблетките според гранулите.