Тема 7: проверка химической и термической стойкости ампульного стекла. Определение глубины разрежения для наполнения ампул раствором.

Цель: сформировать у студентов профессиональные компетенции по теме занятия, ознакомить их с промышленным производством ампул.

Задачи обучения:

- углубить и закрепить знания по теме занятия;

- привить обучающимся навыки аргументированно излагать и отстаивать свое мнение, излагать свое мнение студенческой аудитории;

- ознакомить студентов с нормативными документами, регламентирующими производство ЛФ (пластырей, горчичников, кожных клев (жидких пластырей), ГФ РК и др.;

- проверить эффективность и результативность самостоятельной работы студентов над учебным материалом.

Форма проведения: семинар

Методы проведения занятия: разбор теоретических вопросов по методу «Коллаж».

Задания по теме:

Раздаточный материал:

Ампулы как вместилища для инъекционных растворов. Ампулы представляют собой стеклянные сосуды различной емкости (1, 2, 3, 5, 10, 20 и 50мл) и формы, состоящие из расширенной части - корпуса (пульки), куда помещаются лекарственные вещества (в растворе или другом состоянии) и 1—. 2 капилляра («стебли»), служащие для наполнения и опорожнения ампул. Капилляры могут быть ровные или с пережимом. Выпускаются ампулы шприцевого и вакуумного наполнения с различной маркировкой.

Ампулы вакуумного наполнения:

ВПО - вакуумного наполнения с пережимом, открытая;

ВО — вакуумного наполнения без пережима, открытая.

Ампулы шприцевого наполнения:

ИП-В — шприцевого наполнения, открытая;

ИП-С — шприцевого наполнения с раструбом, открытая; С — спаренная; Г — для глицерина.

Стекло для инъекционных растворов. Получение, технические требования. Стекло представляет собой твердый раствор, полученный в результате охлаждения расплавленной смеси силикатов, оксидов металлов и некоторых солей. В состав стекла входят различные оксиды: Si0₂, Na₂0, CaO, MgO, B_a0₃, A1₂0₃ и др. Среди видов неорганических стекол (боросиликатные, боратные и др.) боль­шая роль в практике принадлежит стеклам, сплавленным на основе кремнезема — силикатного стекла. Вводя в его состав определенные оксиды, получают стекла с заранее заданными физико-химическими свойствами. Наиболее простой состав имеет стекло, полученное расплавлением кварцевого песка (состоящего из 95—98% кремния диоксида) до образования стекловидной массы, используемой для изготовления так называемой кварцевой посуды, обладающей большой термической и химической стойкостью.

Однако изготовить и запаять ампулу из кварцевого стекла невозможно, ввиду его высокой температуры плавления (1550— 1800 °С). Поэтому для понижения температуры плавления в состав стекла добавляют оксиды металлов, введение которых уменьшает его химическую устойчивость. Для повышения химической устойчивости в состав стекла вводят оксиды бора и алюминия. Намного увеличивает термическую устойчивость добавление в состав стекла магния оксида. Регулирование содержания бора, алюминия и магния оксидов повышает ударную прочность и снижает хрупкость стекла. Изменяя состав компонентов и их концентрацию, можно получить стекло с заданными свойствами.

К ампульному стеклу предъявляются следующие требования: бесцветность и прозрачность — для контроля на отсутствие меха­нических включений и возможности обнаружения признаков пор­чи раствора; легкоплавкость - для осуществления запайки ампул; водостойкость; механическая прочность - для выдерживания нагрузок при обработке ампул в процессе производства, транс­портировки и хранения (это требование должно сочетаться с необходимой хрупкостью стекла для легкого вскрытия капилляра ампул); термическая стойкость - способность стекла не разрушаться при резких колебаниях температуры, в частности при стерилизации; химическая стойкость, гарантирующая стабильность всех компонентов препарата.

Химическая стойкость стекла. Химическая стойкость характеризует сопротивляемость стекол разрушающему действию агрессивных сред. Присутствие катионов щелочных металлов вызывает разрыхление тетраэдрической решетки, понижение вязкости и температуры его плавления. Ионы этих металлов в стекле связаны относительно слабо и поэтому обладают значительной подвиж­ностью. Стекло, будучи сложным сплавом, при длительном контакте с водой или водными растворами (особенно при нагревании) выделяет со своей поверхности отдельные составные части, т. е. подвергается процессу выщелачивания или растворению верхнего слоя стекла.

Выщелачивание - это переход из структуры стекла, преимущественно оксидов щелочных и щелочноземельных металлов, в водный раствор, благодаря своей высокой подвижности по сравнению с высоким зарядом четырехвалентного кремния. При более глубоких процессах выщелачивания ионы щелочных металлов легко перемещаются из внутренних слоев стекла на место ионов, вступивших в реакцию.

Механизм взаимодействия раствора с поверхностью ампул можно представить следующим образом: на поверхности стекла всегда имеется слой, насыщенный ионами щелочных и щелочноземельных металлов. При контакте слабокислых и нейтральных растворов слой адсорбирует ионы водорода, а в раствор переходят ионы металлов, которые изменяют рН среды. Образуется гелевая пленка кремниевой кислоты, толщина которой постепенно увеличивается, что затрудняет выход ионов металлов из внутренних слоев стекла. В связи с этим процесс выщелачивания, начавшийся быстро, постепенно затухает и прекращается примерно через 8 мес.

При воздействии щелочных растворов пленка не образуется, а происходит растворение поверхностного слоя стекла с разрывом связи Si-0-Si и образованием групп Si-O-Na, в результате чего самый верхний слой стекла полностью переходит в раствор, подвергается гидролизу и приводит к изменению рН раствора.

Важно также учитывать удельную поверхность контакта раствора со стеклом ампулы. Так, в мелкоемких ампулах она больше, поэтому их химическая стойкость должна быть более высокой.

При этом возможно:

- выпадение свободных оснований алкалоидов из их солей;

- осаждение веществ из коллоидных растворов в результате изменения рН;

- осаждение гидроокисей или окислов металлов из их солей;

- гидролиз сложных эфиров, гликозидов и алкалоидов, имеющих сложноэфирное строение (атропин, скополамин и др.);

- оптическая изомеризация активных веществ с образова­нием физиологически неактивных изомеров, например, алкалоидов спорыньи;

- окисление веществ, чувствительных к действию кислорода в нейтральной или слабощелочной среде, например, морфина, адреналина и др.

Выщелачивание из стекла ионов кальция может привести к образованию осадков труднорастворимых кальциевых солей, что наблюдается в растворах, содержащих фосфаты (в случае исполь­зования буферов) или кислый сульфит, пиросульфит натрия (добав­ляемые ингибиторы окисления). В последнем случае после окисле­ния ионов сульфита до сульфата образуются кристаллы гипса.

Известны случаи выделения чистого кремнезема в виде кристаллов и чешуек, иногда называемых блестками.

Особенно часто появляются новообразования при ампулировании солей магния, когда в осадок выпадают нерастворимые соли силикатов магния. В связи с этим для водных растворов алкалоидов и других нестойких лекарственных веществ требуются ампулы из нейтрального стекла. Для масляных растворов можно использовать ампулы из щелочного стекла.

Химическую стойкость внутренней поверхности ампул можно повысить, изменив ее поверхностную структуру. При воздействии на стекло водяным паром или двуокисью серы и водяным паром при повышенной температуре на стекле образуется слой сульфата натрия, а ионы натрия в стекле частично заменяются водородными ионами. Обогащенный Н-ионами, слой имеет повышенную механическую прочность и затрудняет дальнейшую диффузию ионов щелочных металлов. Однако такие слои имеют небольшую толщину и при длительном хранении препарата в ампуле процесс выделения щелочи может возобновиться.

Наиболее часто применяют способ обработки поверхности ампул силиконами. Силиконы — кремнийорганические соедине­ния, имеющие строение:

 

СН₃ СН₃ СН₃ СН₃

 

СН₃ — Si — О — Si — О — Si — О -Si -СН₃

 

СН₃ СН₃ СНз СН₃

 

Отдельные цепочки могут соединяться кислородными мостиками, образуя двухмерные и трехмерные полимерные решетки. Характерная особенность силиконов - - их химическая нейтральность и физиологическая безвредность.

В фармацевтической промышленности для покрытия стекла используют готовые полимеры в виде растворов или эмульсий. При погружении очищенного стекла в 0,5 — 2% раствор силиконового масла в органическом растворителе или в эмульсию силиконового масла, разбавленную водой в соотношении 1:50—-1:10000, происходит абсорбция молекул масла на поверхности стекла. Для получения прочной пленки сосуды нагревают в течение 3—4 ч при температуре 250 °С или полчаса при температуре 300— 350 °С. Более простой способ — обработка ампул водной эмульсией силикона с последующей сушкой в течение 1—2 ч при 240 °С.

Силиконы способны покрывать стекло пленкой толщиной 6-10~⁷ мм, обработанная поверхность становится гидрофобной, прочность изделия повышается. Наряду с положительными сторонами силиконирования стеклянных изделий, имеются и отрицательные. Силиконовая пленка несколько понижает мигра­цию щелочи из стекла, но не обеспечивает достаточной защиты стекла от коррозии. С помощью силикона нельзя предотвратить коррозию низкосортного стекла, так как одновременно со стеклом подвергается воздействию среды и тонкая силиконовая пленка. При запайке капилляров возможно разрушение пленки силикона, что может привести к образованию в инъекционном растворе

взвеси.

Другие способы устранения процесса выщелачивания:

— использование неводных растворителей;

— раздельное ампулирование лекарственного вещества и

растворителя;

— обезвоживание препаратов;

— замещение стекла другими материалами.

Однако силиконизированные и пластмассовые ампулы до сих пор не нашли широкого применения у нас в стране.

Таким образом, перечисленные выше факторы влияют на стабильность инъекционных растворов в ампулах.

Классы и марки ампульного стекла. В зависимости от качественного и количественного состава, а также получаемых свойств в настоящее время различают два класса и несколько марок стекла, используемого в производстве инъекционных лекарственных форм. Составы некоторых марок ампульного стекла приведены в табл.

 

Марки и состав ампульного стекла

Марки стекла	Состав стекла, % от массы
	Si02 +0,50	А1203 4-0,20	В203 +0,25	CaO+MgO 4-0,30	Na2O +0,25	К20 -^0,20	Fe303 +0,30	Mn02 +0,50	BaO +0,20
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

 

Определение основных показателей ампульного стекла.

Качество ампульного стекла оценивают по следующим параметрам:

— водостойкость;

— щелочестойкость;

— остаточные напряжения;

— термическая стойкость;

— химическая стойкость;

— светозащитные свойства (для марки СНС-1).

Для ампул марки УСП-1 введены дополнительные требования:

— сила излома ампул с цветным кольцом;

— радиальное биение стебля ампул.

Основные физико-химические свойства ампульного стекла долж­ны соответствовать требованиям, указанным в ТУ У 480945-005-96.

Водостойкость. Три пробы из 300 г измельченного стекла с массой по 11,0 г обезжиривают этанолом и ацетоном и сушат при температуре 140 °С. Три точные навески по 10,0 г помещают в колбы с 50 мл свежекипяченой воды дистиллированной с исходным значением рН 5,5. Колбы закрывают и автоклавируют 30 мин при температуре 121 °С (0,10—ОД 1 мПа). После охлаждения их содержимое титруют 0,02 М раствором кислоты хлористоводородной в присутствии метилового красного до перехода окраски раствора от желтого цвета до оранжевого. Водостойкость стекла X (мл/г) вычисляют по формуле:

 

 

V₁ – V₂

Х=---------------

т

 

где V₁ - объем раствора кислоты хлористоводородной, израсхо­дованный на титрование испытуемого раствора, мл;

V₂ - средний объем раствора кислоты хлористоводородной, израсходованный на титрование каждого из двух контрольных опытов, мл; масса стекла, г.

Щелочестойкость. 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 гидрокарбоната при кипячении в течение 3-х ч. Перед испытанием и после воздействия щелочных растворов образцы моют, высушивают при температуре 140 °С до постоянной массы и взвешивают.

Щелочестойкость стекла X (мг/дм²) рассчитывают по формуле:

т -m_l

Х=--------------------

S

где т- масса образца до обработки, мг;

m- масса образца после воздействия щелочей, мг;

S - площадь поверхности образца, дм².

Остаточные напряжения. Чем резче охлаждение, тем значительнее температурный перепад внутри стекла, тем больше будут силы растяжения в поверхностных и силы сжатия во внутренних слоях стенок ампул. При быстром нагревании ампул, наоборот, в наружных слоях стенок возникают силы сжатия, а во внутренних — силы растяжения. Сопротивление стекла сжатию во много раз выше сопротивленния его растижению. Поэтому ампулы, как и другие стеклянные изделия при быстром нагревании, чем при быстром охлаждении.

Напряжения, называются оставшиеся в стекле после охлаждения, называются остаточными; если напряжения исчезают, то их называют временными. Остаточные напряжения и определяют термическую устойчивость ампулы.

Остаточные напряжения определяют поляризационно-оптическим методом с помощью полярископа-поляриметра ПКС-125,ПКС-250, ПКС-500. Этот метод основана разности хода лучей в испытуемом образце, если он имеет остаточное напряжения.

Разность хода лучей Д (нм) вычисляют по формуле:

 

Д=-----------------------

где А — при зеленом светофильтре (540 нм)

ф — угол поворота лимба анализатора, град.

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

Д=

где I — длина пути луча в напяженном стекле, см.

Не допускаете остаточное напряжение, содержащее удельную разность хода Д более 8 млн. для снятия остаточных напряжений стеклянные изделия подвергают отжигу.

Термическая стойкость. Ампулы должны обладать термической стойкостью, т. е.не разрушаться при резких колебаниях температуры (при стерилизации ГОСТу 17733: 50 ампул выдерживают при температуре 18 ^о С 30 мин., затем помещают в сушильный шкаф не менее чем на 15 мин. При температуре, указанной в ГОСТе. После этого ампулы погружают в воду с температурой 20- 1 ^о С и выдерживают не менее 1 мин.

Термостойкими должны быть не менее 98% ампул от взятых на прверку. Ампулы должны выдерживать перепад температур:

Марка стекла	Перепад температур
АБ-1 HC-1 УСП-1 СНС-1 НС-1

Химическая стойкость. Для оценки химической стойкости ампульного стекла прменяют различные методы определения: с помощью различных кислотно-основных индикаторов (по изменению окраски), с помощью рН-метра (по сдвигу рН); весовые методы (по количеству выщелочившихся компонентов из взвешенных стеклянных образцов при контактировании с водой) и т. д.

В качестве контрольных образцов обычно используют воду очищенную и различные специальные растворы лекарственных веществ, контактирующие со стеклом ампул при изготовлении инъекционных растворов и их хранении.

Официнальный метод определения химической стойкости ампульного стекла — метод определения с помощью рН-метра, принятый ОСТом 64-2-485-85. Ампулы, дважды промытые горячей водой, дважды ополаскивают водой деминерализованной и заполняют водой очищенной, имеющей рН 6,0±2,0 и температуру 20±5 °С до номинальной вместимости. Запаянные ампулы стерилизуют в автоклаве при 0,10—0,11 МПа (120+-1 °С) в течение 30 мин. Затем ампулы охлаждают до температуры 20±5 °С, проверяют их герметичность и вскрывают капилляры. При помощи рН-метра определяют сдвиг рН воды, извлеченной из ампул, по отношению к рН исходной воды. Установлены нормы изменения значения рН для ампул: стекла УСП-1 — не более 0,8; НС-3 -0,9; СНС-1 — 1,2; НС-1 — 1,3; АБ-1 — 4,5.

Количество сосудов из одной партии для проверки химической стойкости должно соответствовать данным таблицы:

Номинальная вместимость, мл	Количество сосудов, шт.
1,0
От 1,0 до 5,0 (вкл.)
От 5,0 до 20,0 (вкл.)
Свыше 20,0

Из других известных методов простотой отличается метод определения химической стойкости ампулъного стекла с помощью кислотно-основного индикатора фенолфталеина (предложен Д. И. Поповым и Б. А. Клячкиной). Ампулы заполняют водой для инъекций с добавлением 1 капли 1% раствора фенолфталеина на каждые 2 мл воды, запаивают и стерилизуют при 120 °С в течение 30 мин. Ампулы, в которых вода после стерилизации не окрасилась, относятся к первому классу. Содержимое окрашенных ампул титруют 0,01н раствором кислоты хлористоводородной, по количеству которой определяется химическая стойкость ампульного стекла. Если на титрование до обесцвечивания раствора ее израсходовано менее 0,05мл -- ампулы относятся ко второму классу, более 0,05 мл — ампулы считаются непригодными для хранения инъекционных растворов.

Можно также определить химическую стойкость ампульного стекла по изменению окраски метилового красного. При этом

ампулы заполняют кислым раствором метилового красного до необходимого объема, запаивают и стерилизуют в стерилизаторе при 120 °С в течение 30 мин. Если после охлаждения окраска всех ампул не изменилась в желтую, то такие ампулы пригодны для использования.

Светозащитные свойства. Эти свойства испытывают у ампул, из­готовленных из нейтрального светозащитного стекла измерением све-топропускания в области спектра от 290 до 450 нм (ГОСТ 17651-72).

Из цилиндрической части ампулы вырезают образец, тщательно промывают его, протирают, высушивают и помещают параллельно щели спектрофотометра СФД-2. Определяют максимальный процент светопропускания, который должен составлять при толщине стенки ампулы от 0,4 до 0,5 мм 35%; от 0,5 до 0,6 мм — 30%; от 0,6 до _0>7 мм — 27%; от 0,7 до 0,8 мм — 25% и от 0,8 до 0,9 мм — 20%.

Сила излома ампул с цветным кольцом определяется на уста­новке,.со следующими ха­рактеристиками:

- скорость испытания -10 мм/мин;

- предел измерения силы -200 Н;

- температура проверяемой ампулы 20±5 °С.

Количество ампул с цветным кольцом излома для определения силы излома должно быть не менее 0,01% от всей партии ампул.

Сила излома ампул с цветным кольцом излома должна соответст­вовать следующим показателям:

Количество ампул с цветным кольцом излома для определе­ния силы излома должно быть не менее 0,01% от партии.

 

Номинальная вместимость, мл	Сила излома, Н	Длина £-/1+/н> мм
2 10	От 30 до 70 (вкл.) От 30 до 70 (вкл.) От 30 до 90 (вкл.)	36 = 18 + 18 36 = 18 + 18 60 - 22 + 38

 

Радиальное биение стебля ампул относительно оси корпуса.

Радиальное биение стебля ампул относительно оси корпуса и радиальное биение конических концов относительно оси цилиндрической части ампулы типа Г проверяется с помощью универсальной стойки типа СТ по ГОСТу 10197 или ТУ 2-034-623, призмы проверочной по ТУ 2-034-439 или ТУ 2-034-812 и индикатора часового типа по ГОСТу 577.

Проверяемую ампулу укладывают на проверочную призму, подводят наконечник индикатора к стеблю ампулы, а для ампул типа Г — к коническому концу и вращают ампулу на 360°. Разность наибольшего и наименьшего показаний индикатора не должна превышать значений, указанных ниже:

Тип ампул	Размер ампул, мм	Вместимость, мл
ИП ИП ИП ВО и С ВО и С ВПО	1,0 1,2 1,5 1.7 2,0	1—2 5, 10, 20 1, 2, 3

Литература:

основная:

1. Чуешов В.И. и др. Промышленная технология лекарств.– Харьков.– 2002.– в 2-х томах: 1-й том 716 с., 2-й том 557 с.

дополнительная:

1. Государственная Фармакопея Республики Казахстан. – том 1 – Алматы. – Издательский дом: «Жибек жолы».– 2008.– 592 с.

2. Государственная Фармакопея Республики Казахстан.– том 2. – Алматы.– Издательский дом: «Жибек жолы».– 2009. – 792 с.

3. Машковский М.Д. Лекарственные средства. М.: Медицина.– 2008.– Изд. 15.

4. Сагиндыкова Б.А., Торланова Б.О., Анарбаева Р.М., Кыдыралиев Б.С. Биофармация и элементы фармакокинетики.– Шымкент.– 2008.– 68 с.

5. Торланова Б.О. Машины и автоматы для фасовки и упаковки лекарственных форм.– Шымкент.– 2003.– 166 с.

Контрольные вопросы (обратная связь):

- стекло и полимерные материалы для производства ампул, флаконов и шприц-тюбиков

- выделка ампул и подготовка их к наполнению.