3.5. Способи обтікання частинок рідиною

В умовах гетерогенного масообміну при перемішуванні рідина обтікає частинки твердої фази по-різному.

Пряме обтікання відбувається, коли рідина переміщується між нерухомими частинками твердої фази. Швидкість обтікання тут залежить від швидкості руху рідини.

Гравітаційне обтікання виникає при падінні частинок твердої фази в рідині, що рухається.

52

53

Природна циркуляція відбувається за рахунок різниці густин рідини і твердої фази.

Інерційне обтікання виникає під дією сил інерції в тих випад­ках, коли потік або струмінь рідини змінює свій напрямок, а тверді частинки, що рухаються в цій рідині з певною швидкістю під дією інерції, не можуть змінити напрямок руху. Швидкість обті­кання частинок у цьому разі буде найбільшою, а товщина дифу­зійного пограничногошару в частинках твердої фази —мінімаль­ною.

У реальних умовах масообмін відбувається з кількома способа­ми обтікання. Найбільш сприятливі умови створюються при гравітаційному та інерційному способах. Гідродинамічний режим процесу залежить не тільки від способу обтікання, але й від швид­кості потоків рідини. При ламінарному русі рідини швидкість кон-вективної дифузії зростає тільки в напрямку руху потоків і зале­жить від молекулярної в'язкості. При турбулентному (вихревому) потоці масоперенесення може здійснюватися навіть у поперечному напрямку потоків, а його швидкість не залежатиме від молеку­лярної в'язкості. Крім того, вдаються до перемішування шару рі­дини в реакторі, завдяки цьому збільшується різниця концентрацій і молекулярна дифузія в рідкому середовищі замінюється на кон-вективне і турбулентне масоперенесення. Інтенсивне масоперене­сення сприяє швидшому розчиненню.

3.6. Характеристика розчинників

У процесі готування рідких лікарських форм завжди потрібен розчинник, який є відповідно дисперсійним середови­щем. Розчинниками називають хімічні сполуки або суміші, здат­ні розчиняти різні речовини, тобто утворювати з ними однорідні системи — розчини, що складаються з двох або більше компонен­тів. Як розчинники для приготування розчинів у медичній прак­тиці використовують: воду очищену, спирт етиловий, гліцерин, жирні олії та мінеральні масла, хлороформ, етер діетиловий. Те­пер асортимент розчинників значно розширився за рахунок силі-ційорганічних сполук, етилен- і пропіленгліколів, поліетиленок-сидів, диметилсульфоксидів та інших речовин.

До розчинників, які необхідні для приготування рідких лі­карських форм, висуваються певні вимоги:

• вони мають бути стійкими при зберіганні, хімічно і фарма­кологічно індиферентними;

• повинні мати високу розчинювальну здатність;

• не повинні мати неприємного смаку та запаху;

• мають бути доступними за вартістю;

• не повинні бути середовищем для розвитку мікроорганізмів. Виходячи з хімічної класифікації, усі рідкі дисперсні системи

розподіляють на неорганічні та органічні сполуки.

Вода очищена (Aquapurificata).Серед неорганічних сполук вона є найпоширенішим розчинником.

Вода фармакологічно індиферентна, доступна і добре розчиняє багато лікарських речовин, але водночас у ній дуже легко й швидко гідролізуються деякі речовини та розвиваються мікроорганізми.

Воду очищену можна одержати дистиляцією, іонним обміном, електролізом, зворотним осмосом. Вона має бути безбарвною, про­зорою, без смаку і запаху, з pH = 5,0...7,0, не повинна містити від-новлювальних речовин, нітратів, нітритів, хлоридів, сульфатів, слі­дів амоніаку та інших домішок.

Спирт етиловий (Spiritus aethylicus). Прозора, безбарвна, рух­лива рідина з характерним запахом і пекучим смаком, кипить при температурі 78 °С. У фармацевтичному виробництві застосовують етиловий спирт С₂Н₅ОН, одержаний шляхом зброджування сиро­вини, що містить крохмаль, — переважно картоплі й зерна. Збро-джене сусло, яке містить 8—10 %спирту, зміцнюють простою пе­регонкою. Одержують спирт-сирець, що містить близько 88 %спирту. Спирт-сирець очищають від летких органічних кислот (пе­реважно оцтової, молочної, масляної), сивушних масел (вищих спиртів одного гомологічного ряду з етиловим спиртом — пропіло-вого, ізобутилового, ізоамілового та інших), естерів (оцтово-етило­вого, масляно-етилового та інших), альдегідів (оцтового альдегіду та інших) і одночасно зміцнюють до 95—96 % багатократною пе­регонкою — ректифікацією. Етанол іншого походження для виро­бництва лікарських препаратів непридатний через присутність не­припустимих домішок (спирту метилового та інших сполук).

Спирт етиловий можна віднести до неводних розчинників умо­вно, тому що використовується не абсолютний етанол, а водно-спиртові розчини різної концентрації.

Спирт змішується в будь-яких співвідношеннях із водою, глі­церином, ефіром, хлороформом. Він нейтральний, не окиснюєть-ся киснем повітря, має бактеріостатичну й бактерицидну дію.

До негативних властивостей спирту слід віднести його неінди-ферентність, смертельна доза 96 %-вого спирту етилового —при­близно 200—300мл. Він сприяє осадженню білків, ферментів, легкозаймистий, має високу гігроскопічність, несумісний з окис­никами, а з деякими солями утворює кристалічні сполуки.

Етиловий спирт є одним із найбільш пріоритетних розчинни­ків у виробництві фармацевтичних препаратів. На виробництво

54

55

надходить 96,2—96,7%-вий етанол, який розводять водою або слабким спиртом до необхідної концентрації.

Вміст етанолу в розчині (концентрація) виражається у відсот­ках за об'ємом, тобто як об'ємна частка, %(об. ч.); і у відсотках за масою, тобто як масова частка, %(мас. ч.). Якщо немає.спеці-ального зазначення, мається на увазі об'ємна частка у відсотках. Вміст етанолу C_v в розчині у відсотках за об'ємом С^показує, яка кількість мілілітрів безводного етанолу міститься в 100мл водно-спиртового розчину при 20 °С.Концентрація етанолу С врозчині у відсотках за масою показує, яка кількість грамів безводного етанолу міститься в 100г водно-спиртового розчину. Співвідно­шення між відсотками за об'ємом і відсотками за масою наведені в таблиці 1ДФ XI,складеної на підставі залежності

Ск-Рб/в =С_т -Рр.ну> (3.4)

де р_б/в —густина безводного етанолу;

Рр-ну —густина водно-спиртового розчину.

Вміст етанолу у водно-спиртових розчинах визначають скля­ним і металевим спиртомірами, а також за густиною —денсиме­тром (ареометром) або пікнометром (рис. 3.3).За допомогою зна­чення густини при 20 °Свизначають C_v iС_т, користуючись таблицею 1ДФ XI.За значеннями густини, які отримані при інших температурах, і показаннями скляного і металевого спир­томірів переведення в відсотки за об'ємом при 20 °Сздійснюють за спеціальними таблицями видавництва стандартів¹.

Концентрацію етанолу визначають скляними спиртомірами класу 0,1(ціна поділки — 0,1 %)або класу 0,5.Арбітражні ви­значення міцності спиртових розчинів проводять металевими або скляними спиртомірами класу 0,1.Для практичних цілей кори­стуються спиртомірами класу 0,5із вбудованим термометром. Комплект складається з двох або трьох спиртомірів (0—60, 60— 100або 0—40, 40—70, 70—100 %).Скляний спиртомір при тем­пературі 20 °Споказує об'ємну частку етанолу у відсотках. Але в умовах великих фармацевтичних виробництв температура часто відхиляється від 20 °С.У цих випадках визначення проводять при фактичній температурі, а отримані значення скляного спир­томіра приводять до 20 °Сза допомогою таблиці IIIвидавництва стандартів.

Точніше (із точністю 0,1 %)концентрацію спирту визначають металевим спиртоміром (рис. 3.3),що являє собою порожню кулю

¹ Таблицы для определения содержания этилового спирта в водно-спиртовых растворах.— M.: Изд-во стандартов, 1979.

з припаяною шкалоюзверху і конічним стержнем длянавішення гирі знизу. На шкалі нанесені поділки від 0до 10,кожна з яких розділена на п'ять частин. Під нульовою поділкою шкали нанесе­на поділка 100.До спиртоміра додаються 10гирок у формі куль­ового сегмента з прорізом під номерами 0, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90.Найбільша гирка має нульовий номер, найлегша —номер 90.Показання металевого спиртоміра є умовними і склада­ються з показань гирки і шкали. При зануренні спиртоміра без гирки до показань шкали додають 100.Об'ємну частку етанолу Су в розчині за показаннями металевого спиртоміра визначають у відповідності з таблицею IV видавництва стандартів.

56

57

Денсиметр (ареометр) притемпературі 20 °Споказує гус­тину водно-спиртовогорозчину, за якою знаходять концентрацію етанолу, користуючись алкоголеметричною таблицею 1ДФ XI.Концентрацію етанолу за показниками денсиметра при темпера­турі, що відрізняється від 20 °С,визначають за допомогою табли­ці IIвидавництва стандартів (точність до 0,01).

Більш точні значення густини розчинів (0,001)можна одержа­ти за допомогою пікнометра при 20 °С.За отриманими даними розраховують густину при 20 °С(з урахуванням густини повітря при нормальному барометричному тискові) і знаходять концентра­цію етанолу в алкоголеметричній таблиці 1ДФ XI.

Вміст спирту у водно-спиртовому розчині визначається також рефрактометрично і за величиною поверхневого натягу.

Розведення водно-спиртових розчинів необхідно проводити за об'ємом і за масою. При цьому зручно виходити з рівняння матеріального балансу абсолютного спирту:

де X —кількість міцного спирту;

а —концентрація міцного спирту;

p —кількість спирту необхідної концентрації;

b —необхідна концентрація.

Для розведення слабкими спиртами формула (3.5)набуває ін­шого вигляду:

X ■ (а - c) = p ■ (b - c), (3.6)

де c —концентрація слабкого спирту.

Розрахунки можуть бути проведені за правилом «зірочки»:

Зліва вгорі записують концентрацію міцного розчину а; зліва внизу —концентрацію розріджувача, слабкого розчину c;у разі чистого розчинника c = 0.У центрі записується потрібна концен­трація b. Цифри праворуч одержують відніманням по діагоналі —від більшого менше. Вони показують відповідну (по горизонталі) кількість міцного розчину (b - c) і розріджувача (а - b). При дода­ванні цих величин одержують кількість розчину (а -c)необхідної концентрації.

Формули (3.5), (3.6)і (3.7)прийнятні для розрахунків розве­дення як у масових, так і в об'ємних відсотках. Але слід пам'я­тати, що у випадках розведення об'ємів може бути використана тільки концентрація за об'ємом, при розведенні масових кількос­тей —тільки концентрація за масою.

При розведенні за об'ємом розраховують необхідний об'єм міц­ного етанолу. Визначення кількості води утруднене через явище контракції, тобто зменшення об'єму суміші води і етанолу проти їхньої арифметичної суми. Тому простіше не розраховувати необ­хідну кількість води, а до розрахованої кількості міцного етанолу додати воду до необхідного об'єму при температурі 20 °С.Можна також скористатися алкоголеметричними таблицями 3і 4ДФ XI,c. 318, 319.

Облік етанолу. На хіміко-фармацевтичних підприємствах об­лік здійснюють за об'ємом безводного етанолу при 20 °С,адже склади одержують етанол-ректифікат в об'ємі. У документації вказують температуру в мірнику, показання металевого спирто­міра, концентрацію етанолу (при 20 °С),множника об'ємного вмі­сту безводного етанолу, об'єму безводного етанолу при 20 °С.

У виробничих умовах етанол розводять переважно за масою (температура при цьому не має значення). Концентрацію етанолу за об'ємом переводять у відсотки за масою і виконують розрахун­ки у відповідності з формулами (3.5)і (3.6)або правилом змішу­вання (3.7).

Переведення об'єму одержаного етанолу-ректифікату в масу здійснюється зважуванням, а також розрахунково —через абсо­лютний етанол за таблицею VI, складеною з урахуванням зважу­вання в повітрі (наказ МОЗ CPCP № 580 від 14.12.62 p.).

Зберігається спирт у спиртосховищі фармацевтичного під­приємства, що має стандартні мірники, які підлягають перевірці спеціальною службою стандартизації раз на рік. На виробництво етанол відпускається в міру необхідності мірниками. При цьому об­лік ведуть за масою 96 %-вого (або 95 %-вого) етанолу, за об'ємом етанолу безводного або Об'ємом при фактичній концентрації. У зв'язку з цим кількість отриманого і витраченого етанолу пере­раховують на 96 %-вий етанол або ж об'єм безводного етанолу при 20 °С.

Хлороформ (Chloroformium).Безбарвна, прозора, рухлива рі­дина з характерним запахом і солодким смаком. Змішується у всіх співвідношеннях зі спиртом етиловим, ефіром. У хлороформі до­бре розчиняються лікарські речовини, нерозчинні або малороз­чинні у воді. Він справляє, як і всі галагенопохідні, наркотичну й дезінфікувальну дію, належить до сильнодіючих речовин.

Хлороформ використовують здебільшого у лікарських формах для зовнішнього застосування, як правило, у комбінації з іншими розчинниками —спиртом етиловим, ефіром, жирними оліями.

58

59

Ефір медичний (Aethermedicinalis).Хімічна назва —діетило­вий етер. Безбарвна, прозора, легкозаймиста із своєрідним запахом, пекуча на смак рідина. Ефір медичний частіше називають просто ефіром. Він розчиняє багато лікарських речовин. Розчиняється в 12частинах води, змішується в різних співвідношеннях зі спиртом етиловим, хлороформом, петролейним етером, жирними оліями та ефірними маслами. За здатністю розчиняти аналогічний хлорофо­рмові — у ньому розчиняються ті ж самі лікарські речовини і при­близно в такій же концентрації, що й у хлороформі.

Пари ефіру отруйні, вони здатні осідати, дуже рухливі і мо­жуть накопичуватися на далекій відстані від джерела випарову­вання. Температура займання ефіру — 40 °С.Він, як і хлоро­форм, має наркотичну дію, у неводних розчинах використовується рідко, тільки в комбінації з іншими розчинниками.

Гліцерин (Glycerinum).Безбарвна, схожа на сироп, прозора, гігроскопічна рідина, солодка на смак, нейтральної реакції. Роз­чиняється у воді, спирті та в суміші спирту й ефіру, але не розчи­няється в ефірі, хлороформі та жирних оліях. Гліцеринові розчи­ни легко змиваються водою і мають меншу адсорбцію розчинених речовин.

У фармацевтичній практиці використовують не абсолютний гліцерин, як і спирт етиловий, а розведений водою, із вмістом гліцерину 86—90 %і густиною 1,225—1,235, тобто із вмістом води 12—15 %. Це пов'язано з тим, що безводний гліцерин дуже гігро­скопічний і має подразливі властивості.

Жирні олії (Olea pinguia). Являють собою суміші естерів гліце­рину і вищих жирних кислот. Зовні це —прозорі або ледь забарв­лені маслянисті рідини без запаху або зі слабким характерним запахом. У медичній практиці використовують олії, отримані тіль­ки методом холодного пресування.

Як і всі жири, рослинні олії не змішуються з водою, малороз­чинні в спирті етиловому, але легко —в ефірі та хлороформі.

Для приготування лікарських препаратів найчастіше викори­стовують мигдалеву, персикову, маслинову, соняшникову та інші олії. Якість їх регламентована відповідними фармакопейними стат­тями за певними показниками: в'язкістю, числом омилення, йод­ним, кислотним, ефірним числами тощо.

Розчинення лікарських речовин у них, як і в гліцерині, до­цільно проводити при нагріванні.

Як біологічно нешкідливі та фармакологічно індиферентні, рослинні олії мають невисоку хімічну стабільність. Наявність в їх складі ненасичених жирних кислот є причиною згіркнення. При цьому в результаті окиснення й гідролізу жирів утворюються пе-роксидні сполуки, альдегіди та інші продукти. Олії набувають неприємного смаку і запаху.

Світло, кисень повітря, волога та різні мікроорганізми підси­люють ці процеси.

Масло вазелінове (Oleum Vaselini). Це, власне, фракція нафти. Безбарвна, прозора, масляниста рідина без смаку і запаху, є суміш­шю насичених вуглеводнів С₁₀Н₂₂—С₁₅Н₃₂. Змішується у будь-яких співвідношеннях з ефіром, хлороформом, бензином, оліями, крім рицинової, не розчиняється у воді й спирті. За розчинювальною активністю його можна порівняти з рослинними оліями.

Масло вазелінове не всмоктується шкірою і слизовими оболон­ками, зменшує резорбцію лікарських речовин. Вадою слід вважа­ти те, що при нанесенні на шкіру воно значною мірою перешко­джає її газо- і теплообміну. 3цієї причини, а також через обмежену розчинювальну здатність використовується рідше, ніж рослинні олії. Більше застосування знаходить у технології м'яких лікар­ських форм.

Димексид (Dimexidum) —диметилсульфоксид. Сіркоорганіч­на сполука, похідна сульфату діоксиду. Безбарвна, прозора ріди­на або безбарвні кристали зі специфічним запахом, дуже гігро­скопічні.

Змішується у всіх співвідношеннях із водою, спиртом, ацето­ном, гліцерином, хлороформом, ефіром, рициновою олією. Є роз­чинником лікарських речовин різної хімічної природи.

Інтерес до цього розчинника пов'язаний не лише з його висо­кою розчинювальною здатністю, але і з властивістю легко прони­кати крізь неушкоджені тканини, проводячи із собою розчинені речовини. Крім того, димексид має знеболювальну, протизапаль­ну і жарознижувальну дію, а також антимікробний ефект. Ці вла­стивості димексиду оцінені в технології рідких та м'яких лікар­ських форм.

У виробництві рідких лікарських форм як розчинники також використовують поліетиленоксид-400, есилон-4, есилон-5 та ряд інших речовин.