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aula 1 - pesagem e medidas de volume.pdf 1 Operações de medida: Pesagem Medidas de volume Operações unitárias 1 Medidas Precisão Exatidão grau de variação de resultados de uma medição grau de conformidade de um valor medido em relação à sua definição ou com respeito a uma referência padrão Precisão e Exatidão imprecisos e inexatos imprecisos e exatos precisos e inexatos precisos e exatos Resultados erro Erro diferença entre o valor obtido no processo de medição e o valor verdadeiro da grandeza medida TIPOS DE ERRO inerentes ao processo erro do equipamento variação intra e interindividual complexidade do processo extrínsecos ou grosseiros manipulador equipamento inadequado descalibrado 2 Erros inerentes ao processo E = E fonte 1 + E fonte 2 + E fonte 3 + .... + E fonte I Então... o erro pode ser tolerável ou não, dependendo do grau de exatidão requerido: medidas analíticas tipo de substância excipiente fármaco qtt de substância operações farmacêuticas: erro máximo admitido 5 % Pesagem • Medida da ação da gravidade sobre um corpo, diretamente proporcional à massa deste corpo • Consiste em comparar uma massa desconhecida com uma massa conhecida escolhida como unidade. • Realizada com o auxílio de balanças PESAGEM Tipos de balança (laboratório) Quanto ao mecanismo mecânicas de dois pratos de um prato eletrônicas de um prato PESAGEM Tipos de balança eletrônica • analítica • semi-analítica • granatária qual a diferença???? PESAGEM 3 Especificações da balança Carga máxima: peso máximo, incluindo recipientes e materiais para tara, que pode ser colocado em uma balança Carga mínima: o valor da menor quantidade de produto que a balança está habilitada a pesar Sensibilidade: Mudança de carga que causará uma alteração de uma subdivisão da escala na posição do elemento de indicação do peso da balança, em repouso Quantidade mínima pesável (QMP): calculado a partir do erro aceitável e da sensibilidade da balança, define a mínima quantidade a ser pesada com a exatidão desejada definem o tipo de balança PESAGEM Local adequado para uma balança A balança deve funcionar: • sobre uma superfície plana, sem trepidação • em local iluminado • ausente de correntes fortes de ar • protegida do excesso de umidade, pó e salinidade, que podem agredir seus componentes • longe de objetos que impeçam a livre movimentação do prato de pesagens estes fatores prejudicam o resultado das medições A balança analítica deve assentar-se nivelada sobre mesa ou prateleira firme e pesada, protegida por amortecedores de choque, como esteiras de cortiça ou lâminas de borracha, ou ainda sobre bancada de concreto, apoiada a pilares que estejam fixos no chão ou conectados aos elementos da construção do prédio a fim de impedir vibrações. Deve estar em local isolado, que ofereça segurança e estabilidade à medida, em ambiente de atmosfera relativamente seca, protegida do ataque de gases e vapores ácidos, à distância de fontes de calor (luz solar direta, fornos, estufas, muflas etc.) e de correntes de ar. Farm. Bras. 5 ed (2010) PESAGEM Conservação e limpeza (1) • O prato e demais partes da balança, inclusive sua caixa de proteção, devem permanecer limpos, isentos de pó e substâncias que acidentalmente caiam no prato da balança ou no piso da caixa. Tais materiais devem ser removidos imediatamente. • Os corpos a serem pesados não devem ser colocados diretamente sobre o prato. Para tanto, utilizam-se papéis ou recipientes adequados à massa, como béqueres, vidros de relógios, cadinhos, cápsulas de porcelana e pesa-filtros com ou sem tampa. • As partes móveis da balança e os pesos não devem ser tocados com as mãos. Usa-se, para este fim, pinça apropriada, que deve ser guardada na caixa de pesos. Farm. Bras. 5 ed PESAGEM Conservação e limpeza (2) • Agentes dessecantes, tais como sílica-gel ou cloreto de cálcio, podem ser colocados no interior da caixa de proteção, para manutenção de atmosfera relativamente seca. • Quando a balança não estiver em uso, suas portas deverão permanecer fechadas e travadas. • A sensibilidade da balança analítica deve ser, periodicamente, inspecionada e aferida por técnico habilitado. Farm. Bras. 5 ed PESAGEM 4 Como operar uma balança: antes da pesagem (1) • Verificar se a balança é adequada ao trabalho proposto (capacidade máxima e QMP); • Constatar se a balança encontra-se nivelada e limpa, se não, proceder a limpeza e o nivelamento; • Verificar a voltagem da balança, ligá-la e aguardar o tempo de aquecimento e estabilização; PESAGEM Nivelamento da balança Como operar uma balança: antes da pesagem (2) • Caso estejam abertas, fechar todas as portas da balança • Proteger a balança contra corrosão (somente metais e plásticos não-reativos e materiais vítreos) • Precauções especiais devem ser tomadas ao se pesar líquidos • Esperar que a amostra esteja à temperatura ambiente antes de pesá-la • Usar luvas ou papéis para segurar objetos secos • Zerar (tarar) a balança PESAGEM • Centrar o peso no prato da melhor forma possível; • Manter sempre as laterais da câmara de pesagem fechadas quando se faz a leitura do peso (evitar corrente de ar externa) • Retirar o material pesado, limpar a balança, se necessário, em seguida fechar a porta lateral; • sempre esperar que a escala esteja parada antes de tarar a balança; • Zerar a balança e proceder a novas medições, se necessário. Como operar uma balança: durante a pesagem PESAGEM • se não serão mais realizadas pesagens subsequentes, desligar a balança, limpar todas as superfícies com pano seco ou pincel, fechar as portas da mesma e desconectar da rede elétrica. • se outras pesagens vão ser realizadas, limpar o prato com cuidado utilizando pincel seco, fechar as portas e zerar a balança. Como operar uma balança: após a pesagem PESAGEM 5 Escolha da balança correta Como calcular a menor quantidade a ser pesada em uma balança com um erro máximo de 5 % • se eu desconheço a sensibilidade • conhecendo a sensibilidade PESAGEM Sensibilidade desconhecida Solução: Pesando quantidades crescentes em uma balança mais precisa (analítica, por exemplo) é possível calcular o erro percentual embutido em cada pesagem e, desta forma, determinar a menor massa em que o erro tolerado é admissível (normalmente menor ou igual a 5 %). Ex: Pesar 5 mg, 10 mg, 50 mg, 100 mg, 500 mg e 1g de talco em uma balança semi-analítica. Pesar as quantidades de talco obtidas anteriormente em uma balança analítica e calcular o erro relativo e percentual cada uma das quantidades pesadas. PESAGEM Problema: Se tenho no laboratório uma balança da qual desconheço a sensibilidade, como posso estabelecer que quantidade pode ser pesada com a exatidão e precisão necessárias considerando uma margem de erro aceitável? Peso BP Peso BA Erro potencial (mg) Erro relativo Erro percentual 5 6 10 9,2 50 48,8 100 98,7 500 497,6 1000 997,2 Sensibilidade desconhecida • Erro potencial: diferença entre a quantidade teórica e aquela realmente pesada • Erro relativo: relação entre o erro potencial e a quantidade teórica • Erro relativo percentual: erro relativo x 100 % Peso BP Peso BA Erro potencial (mg) Erro relativo Erro percentual 5 6 1 0,2 (1÷5) 20 % (0,2 x 100 %) 10 9,2 50 48,8 100 98,7 500 497,6 1000 997,2 Peso BP Peso BA Erro potencial (mg) Erro relativo Erro percentual 5 6 1 0,2 (1÷5) 20 % (0,2 x 100 %) 10 9,2 0,8 0,08 8 % 50 48,8 1,2 0,024 2,4 % 100 98,7 1,3 0,013 1,3 500 497,6 2,4 0,0048 0,48 % 1000 997,2 2,8 0,0028 0,28 % É possível pesar quantidades maiores ou iguais a 50 mg PESAGEM Sensibilidade desconhecida Onde: erro de medida = erro potencial EP quantidade desejada = qtt pesada na balança-problema 6 Sensibilidade conhecida Solução: a sensibilidade é a menor quantidade que a balança reconhece como aumento de massa sobre o prato; quantidades inferiores não são reconhecidas e constituem o erro inerente à medida. Portanto a sensibilidade se equivale à porcentagem de erro tolerável (normalmente de 5 %). PESAGEM Problema: Se tenho no laboratório uma balança da qual conheço a sensibilidade, como posso estabelecer que quantidade pode ser pesada com a exatidão e precisão necessárias considerando uma margem de erro aceitável? Sensibilidade conhecida A QMP (quantidade mínima pesável) depende da sensibilidade e do erro tolerado: • em uma balança de precisão cuja sensibilidade é 20 mg % erro aceitável ---- sensibilidade (mg, g) 100 % ---- QMP QMP = (sensibilidade x 100 %) % de erro tolerado QMP = (20 x 100 %) = 400 mg = 0,4 g 5 PESAGEM 5 % ---- 20 mg 100 % ---- QMP QMP = 400 mg Sensibilidade conhecida ? Medidas de volume • medida do volume de líquidos: feita em instrumentos (vidrarias) graduados ou volumétricos; a escolha do instrumento adequado é dependente da necessidade de maior ou menor precisão • na medida de volume de um líquido, compara-se seu nível com os traços marcados do aparelho. Lê-se assim o nível do líquido, baseando-se no menisco que é a superfície curva do líquido • operação simples e de rotina, porém muito suscetível a erros MEDIDA DE VOLUMES LÍQUIDOS 7 Vidraria de laboratório MEDIDA DE VOLUMES LÍQUIDOS Conta gotas padrão: 1mL = 20 gotas de água destilada. Vidraria de laboratório: tipos • TC, to contain: aparelhos calibrados para conter um volume líquido • TD, to delivery: aparelhos calibrados para dar escoamento a determinados volumes MEDIDA DE VOLUMES LÍQUIDOS 2 aspectos importantes: • aderência do fluido nas paredes internas • área superficial do menisco • depende da geometria do aparelho Instrumentos volumétricos TD • tem seus volumes corrigidos (com respeito à aderência) portanto escoam o volume indicado quando usados numa transferência → capazes de realizar medidas com a precisão e exatidão necessárias • volume liberado depende: • da forma • da superfície interna • do tempo de drenagem • da viscosidade e tensão superficial do líquido • tempo de escoamento • do ângulo do aparelho em relação ao solo Vidraria de laboratório: classificação MEDIDA DE VOLUMES LÍQUIDOS TCs não são adequados para medir líquidos TC ou TD? 8 Erros nas medidas de volume MEDIDA DE VOLUMES LÍQUIDOS • leitura da graduação volumétrica sem considerar características do menisco • uso de instrumento inadequado • compatibilidade do volume medido com a capacidade do instrumento • uso de instrumento molhado ou sujo • dilatações e contrações provocadas pelas variações de temperatura • formação de bolhas nos recipientes • controle indevido do tempo de escoamento • erro de paralaxe erros extrínsecos ou grosseiros Erro de paralaxe MEDIDA DE VOLUMES LÍQUIDOS Aula 2 - Mistura.pdf 26/04/2013 1 Operação Unitária: Misturas Misturas Operação unitária que tem por objetivo trabalhar dois ou mais componentes de modo que cada unidade (partícula, molécula) de cada um dos componentes passe a entrar em contato o mais próximo possível com as unidades de cada um dos outros componentes (AULTON, 2005) Definição Misturas Importância Viabiliza a preparação de diversas formas farmacêuticas (comprimidos, cápsulas, granulados, emulsões, suspensões, cremes, pastas...) Assegura a distribuição homogênea dos componentes da formulação Garante homogeneidade na aparência e estabilidade física do sistema Misturas Sólido Líquido Gás MISTURAS Homogêneas Heterogêneas Coloidais 26/04/2013 2 Misturas Misturas Homogêneas não se distinguem os diferentes componentes: apresentam uma única FASE. Água + etanol Toda mistura gasosa é homogênea Ar comprimido medicinal (79 % N2 e 21 % O2) soluções Soluções verdadeiras < 1 nm Água + açúcar Misturas heterogêneas Carvão e areia Areia (mica, feldspato, quartzo) Mistura de água e azeite Misturas os componentes da mistura podem ser distinguidos: duas ou mais FASES Suspensões > 1 µm Misturas Misturas Coloidais Sangue Leite Sistemas caracterizados pela presença de partículas de dimensões entre 1 nm e 1 mm dispersas em uma fase contínua. Dificilmente se distinguem os componentes a olho nu maionese Soluções coloidais 1 nm - 1 µm característico: efeito Tyndall Misturas Misturas Coloidais Efeito Tyndall efeito óptico de espalhamento ou dispersão da luz provocado por partículas de uma dispersão coloidal: torna possível visualizar o trajeto que a luz faz pela dispersão dos raios luminosos 26/04/2013 3 Sólidos- Pós Misturas Definição: um conjunto de partículas sólidas, fisicamente distintas, que se comportam em conjunto Fatores que influenciam a mistura ideal Granulometria Densidade/ Relação entre densidades Fluxo (coesão) Proporção dos componentes Sólidos- Pós Misturas Fatores que influenciam a mistura ideal (1) • Tamanho das partículas: homogeneidade, resistência mecânica, comportamento reológico. • Densidade: forças gravitacionais que agem sobre a partícula. http://www.youtube.com/watch?v=YihrVOh2oX0&feature=youtu.be Sólidos- Pós Misturas Fatores que influenciam a mistura ideal (2) • Forma: fluidez, segregação. • Coesão: Tendência à agregação. • Características de escoamento: determinam a facilidade de mistura • Conteúdo de umidade: – material seco: fácil escoamento – material úmido: escoamento dificultado Mistura de Sólidos Misturas Mistura ordenada - IDEAL Condição de mistura perfeita e ideal que é alcançada quando cada partícula está adjacente uma a uma com o outro componente. • cada partícula está em contato com uma do outro componente, do modo mais próximo possível Tabuleiro de xadrex 26/04/2013 4 Mistura de Sólidos Misturas Mistura aleatória Mistura em que a probabilidade de encontrar uma partícula de um constituinte é a mesma em todos os pontos da mistura, e igual à proporção em que o constituinte entra na mistura Misturas Equipamentos de Mistura Pequena escala: Farmácia magistral Misturas Misturadores aparelhos destinados a realizar a mistura Grande escala: indústria farmacêutica Equipamentos de Mistura Equipamentos de Mistura Misturas Os equipamentos são classificados em: 1. Misturadores móveis o processo é feito por movimento de rotação dos recipientes que contêm os componentes da mistura 2. Misturadores estáticos com agitação interna Constituídos por recipientes fixos que contêm em seu interior elementos necessários para impulsionar os movimentos do material a ser misturado 3. Misturadores estáticos a mistura se produz pela progressão do material em seu interior (líquido-líquido, líquido-gás) 26/04/2013 5 Mecanismos de mistura de sólidos: Misturas Difusão (revolvimento e tombamento) Convecção (revolvimento) Mecanismo de mistura de sólidos: Misturas Difusão (revolvimento e tombamento) • ocorre quando as partículas rolam por um plano inclinado, acarretando mudanças frequentes e aleatórias de direção nas suas trajetórias. • as partículas são reorientadas uma em relação às outras quando colocadas em movimento aleatório: modificam suas posições relativas devido à modificação da posição de conjuntos de partículas • criação de planos de deslizamento no seio do sólido durante a mistura como resultado da mistura de grupos de partículas • provoca o deslocamento relativo de porções grandes do material Mecanismo de mistura de sólidos: Misturas Difusão (revolvimento e tombamento) Misturadores de volteadura : Cilindros horizontais ou inclinados Misturadores em V ou em Y Cone duplo Normalmente usados na mistura de grânulos e pós de fluxo livre Misturas Equipamentos de Mistura Misturadores móveis Em V Cúbico Cilíndrico Duplo Cone Efetuam o movimento de rotação sobre um eixo horizontal http://www.youtube.com/watch?v=BFFWvfsmPWc 26/04/2013 6 Misturas Equipamentos de Mistura Misturadores móveis Ação da mistura difusiva resultando um movimento suave http://www.youtube.com/watch?v=rjEmpMlvz9k Misturas • misturadores em “V”: mais utilizados em pequena e média escala pela sua versatilidade • duplo cone: mais utilizados em grande escala. Principais vantagens de misturadores móveis: •Facilidades nas operações de carga e descarga do material; •Facilidade de limpeza e de manutenção Mecanismo de mistura de sólidos: Misturas Convecção (revolvimento) • ocorre quando grupos de partículas são transportadas em conjunto de uma zona do pó para outra • movimento de mistura que transfere um grupo de partículas de um componente de um ponto a outro Misturadores por agitação que utilizam este princípio: Misturadores de fitas Planetários Helicoidais (Robbon Blender) Nauta (cone) http://www.youtube.com/watch?v=jtcNRan2oXw 26/04/2013 7 Este misturadores de cintas são eficazes para mistura de produtos pastosos de densidade elevada e, produtos alimentícios em pó (refrescos pó, achocolatado, chocolate, gelatinas, etc) A capacidade deste modelo de misturador é variado, podendo até chagar a ser misturado com boa eficiência 30.000 litros e/ou kilos de produtos obtendo-se uma boa homogeneização do produto final As figuras abaixo, mostra os vários modelos de cintas de misturas usados nos Ribbon Blender Misturadores estáticos com agitação interna Misturas Vários formatos de misturador utilizados em Ribbon Blender Misturadores estáticos com agitação interna Misturas http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedd ed&v=BHgV05t3ITQ Líquidos Misturas Fatores que influenciam a mistura e a escolha do misturador Viscosidade / Comportamento reológico Densidade Relação entre densidades Miscibilidade Mistura de Líquidos Misturas O equipamento é selecionado considerando a viscosidade dos líquidos que serão misturados: Misturadores por hélice/pás: Mistura de líquidos de viscosidade pequena a moderada 26/04/2013 8 Misturadores por turbina: fluidos mais viscosos como emulsões e cremes Mistura de Líquidos Misturas http://www.youtube.com/watch?v=RNK1L4gMC5U&feature=related Misturas Mistura de Líquidos Seleção do Equipamento Misturas Os fatores a serem considerados são: 1. Propriedades físicas dos materiais: densidade, viscosidade, etc. 2. Considerações econômicas do processo: tempo requerido e energia necessária; 3. Custo do equipamento e manutenção. Mistura de Semi-sólidos Misturas Unguentos e pastas Misturadores planetários http://www.youtube.com/watch?v=ODM9LDuJUf8 planetário http://www.youtube.com/watch?v=HG_YV9wvo3E sigma Misturadores Sigma 26/04/2013 9 Misturas Condições para uma boa mistura Quantidades iguais Tamanho das partículas iguais Densidades aparentes iguais Baixa umidade residual Pequena escala: Farmácia magistral Misturas Quantidades: • iguais: mistura por ordem crescente Pequena escala: Farmácia magistral 1 2 3 4 + + + = 1,2 1,2,3 = = 1,2,3,4 1 + 2 1 2 + = 1,2 + 2 = 1,2 2 + = 1,2 • diferentes: mistura por diluição geométrica Aula 3 - filtra��o 26/04/2013 1 Operação Unitária: Filtração Filtração • Separação de partículas sólidas de uma suspensão líquida baseada no escoamento através de um meio poroso. • O sólido da suspensão fica retido sobre o meio filtrante, formando um depósito (torta), cuja espessura vai aumentando no decorrer da operação. Suspensão Filtrado Meio filtrante • operação de separação Filtração Elementos de um sistema de filtração Suspensão Torta Filtro Poros FILTRADO 26/04/2013 2 Filtração: objetivos A filtração tem dois objetivos bem diferenciados que dependem do interesse principal do processo Sobrenadante Torta Precipitado Filtrado Razões para Filtração Classificação Remoção de Compostos Organolépticos Padronização de Produto Clarificação Esterilização de Produtos Estética Visual Reciclagem de líquidos ou sólidos Proteção de Equipamentos Conservação de Energia Controle de Poluição Ambiental Materiais empregados nos filtros • Possuir elevado poder de retenção de partículas ou microrganismos • Apresentar grande resistência mecânica ou química a fim de evitar a ruptura durante a utilização e manter a integridade frente a um grande nº de solventes (compatibilidade) • Facilidade de desprendimento da torta (qdo se deseja recolher a parte retida no filtro) • Permitir que o volume de solução que a membrana pode filtrar antes de saturar-se seja o mais alto possível (volume máximo filtrável) • Determina a vida útil do filtro Requisitos (1) Materiais empregados nos filtros • Possibilitar elevado volume filtrado por unidade de tempo com mínima resistência ao fluxo (influência no custo e duração da filtração) • Nenhum componente do filtro deve ser extraído durante a filtração (afetam qualidade do filtrado) • Pequena ou nula capacidade de adsorção de substâncias (importante para macromoléculas como as proteínas) • Pequena ou nula capacidade de adsorver da formulação componentes de baixo peso molecular (ex: conservantes: nipasol, cloreto de benzalconio, fenol,...) • Perda obriga a aumentar [ ] e introduz erro não controlável Requisitos (2) 26/04/2013 3 Materiais empregados nos filtros Filtros: características Os filtros se caracterizam por: • fluxo • porosidade • superfície efetiva de filtração • limite de separação Os filtros se caracterizam por: • FLUXO • porosidade • superfície efetiva de filtração • limite de separação (ou taxa de vazão) Quantidade de volume do líquido que atravessa o filtro em um determinado tempo. t V Filtros: características Os filtros se caracterizam por: • fluxo • POROSIDADE • superfície efetiva de filtração • limite de separação Relação entre o volume ocupado pelos poros do filtro e o volume total do mesmo. Depende do diâmetro médio e do número de poros. filtro poros volume volume e Filtros: características 26/04/2013 4 Os filtros se caracterizam por: • fluxo • porosidade • superfície efetiva de filtração • limite de separação filtro poros B Volume Área S Quanto maior a superfície do filtro - a superfície efetiva de filtração - maior será a taxa de vazão de filtração Filtros: características Escolha do filtro • Quantidade de material a ser operado • Concentração da suspensão de alimentação • Grau de separação que se deseja efetuar • Propriedade do fluido e das partículas sólidas • Custos • Regimes de escoamento Parâmetros gerais Características da suspensão: • Vazão • Temperatura • Tipo e concentração de sólidos • Granulometria • Heterogeneidade • Forma das partículas Características da torta: • Compressibilidade • Propriedades físico-químicas • Uniformidade • Estado de pureza desejado Escolha do filtro Parâmetros específicos Modalidades de Filtração • Filtração convencional ou clarificante: permite reter partículas grandes – até 10µm; usado para clarificar as soluções. • Microfiltração: Separa partículas pequenas – entre 10-0,1µm. Elimina bactérias em alimentos e água para beber. • Ultrafiltração: utiliza membranas que separam macromoléculas e partículas coloidais de moléculas orgânicas dissolvidas de baixo peso molecular – 0,2- 0,002µm. • Osmose Inversa: nível mais baixo da escala de filtração. Consiste na transferência de solvente através de uma membrana semipermeável que só deixa passar o solvente e não as outras moléculas. Exemplo: desalinização de águas. Quanto ao tipo de procedimento 26/04/2013 5 Modalidades de Filtração 1. Hidrostática ou por gravidade filtração convencional 2. À pressão; 3. À vácuo; 4. Por centrifugação. Modalidades de Filtração Quanto à força impulsora quando a força impulsora não é suficiente para os líquidos atravessarem com facilidade as membranas, recorre-se à pressão ou à vácuo para aumentar a velocidade de filtração. Mecanismo de retenção das partículas Crivado: ação puramente mecânica de separação, as partículas de diâmetro superior ao dos poros do filtro não podem atravessar. Adsorção: partículas retidas ao longo dos canais que formam os poros, por mecanismos de atração eletrostática ou forças de van der waals. Formação de torta: deve-se à ação dos próprios materiais que, ao se depositarem sobre o filtro, formam uma capa que atua como meio filtrante. Segundo o mecanismo de retenção que predomina, se distingue entre: • Filtração em profundidade • Filtração em superfície Mecanismos de filtração 26/04/2013 6 Filtração em profundidade dois mecanismos intervém neste tipo de filtração – crivado e adsorção: A suspensão penetra pela rede porosa até que o diâmetro das partículas é maior que os canais do poro. Ademais, algumas partículas ficam retidas no interior dos canais do meio filtrante por adsorção. Os filtros podem ser de algodão, papel poroso, porcelana, polímeros, terra de diatomáceas e etc... Principais vantagens: • Não saturam tão rápido como os filtros de superfície; • Possuem grande capacidade de retenção já que retêm partículas tanto em superfície como no interior da matriz. Filtração em profundidade Desvantagens: • absorvem líquidos em seu interior dificultando a filtração de pequenos volumes ou líquidos viscosos; • o material filtrante pode ceder impurezas ou fragmentos do próprio filtro ao filtrado; • em controles de esterilidade, os microorganismos retidos em sua matriz podem se multiplicar e migrar para o fundo do filtro; assim, a lavagem do filtro antes de seu cultivo e incubação pode levar a resultados errôneos. • não garantem uma retenção absoluta de partículas cujo tamanho seja igual ao valor nominal ao tipo de filtro, pois não possuem um tamanho de poro perfeitamente definido. Filtração em profundidade Filtração em superfície O filtro retém os sólidos de tamanho superior ao de poros. Diferentemente dos filtros em profundidade, o de superfície têm um tamanho de poro definido – garantindo que as partículas de tamanho maior à amplitude da malha do filtro não passem ao filtrado. “filtros de membrana” 26/04/2013 7 Principais vantagens: • O tamanho do poro é controlado na fabricação, garantindo uma eficácia de retenção de 100% das partículas, portanto permitido na esterilização ou ultralimpeza de fluidos. • A estrutura é homogênea e não possui fibras ou partículas que possam desprender-se e contaminar o filtrado. • Sua espessura é muito pequena, inferior ao de filtros em profundidade e retêm pouco líquido em seu interior. • O meio não migra e não contamina o filtrado, no caso de problema de crescimento bacteriano através do filtro. Filtração em superfície Principal desvantagem: Saturam mais rapidamente que os filtros em profundidade. Filtração em superfície Principal diferença: limite de separação. • Em filtros de profundidade: só se pode ter um limite de separação nominal • Em filtros de membrana: valor absoluto devido ao tamanho do poro ser perfeitamente definido Filtros profundidade x superfície a) Efeito da pressão b) Quantidade e características dos sólidos c) Meio e área de superfície filtrante d) Viscosidade do fluido Fatores que afetam a velocidade de filtração 26/04/2013 8 Efeito da pressão • formação de gradiente: • gravidade • força centrífuga • aplicação de pressão positiva ou negativa Fatores que afetam a velocidade de filtração Efeito da aplicação de pressão (negativa ou positiva) Fatores que afetam a velocidade de filtração Formação da torta incompressível compressível Partículas de tamanho uniforme e praticamente indeformáveis Tortas floculentas ou gel Efeito da quantidade e características dos sólidos • A velocidade é inversamente proporcional á quantidade de material em suspensão • Quanto menor o diâmetro das partículas mais lenta a filtração • A disposição das partículas pequenas nas camadas da tora condicionam a velocidade de filtração → Interesse no aumento do tamanho de partícula (add de eletrólitos, modificação do pH, ...) provoca coagulação ou floculação (inc: podem retirar produtos do filtrado) → Inclusão de pré-filtros: evita a saturação rápida do filtro principal Fatores que afetam a velocidade de filtração Meio e área da superfície filtrante A resistência específica de um filtro influi de maneira inversa sobre a velocidade de fluxo e é condicionada pela natureza do material que constitui o filtro. Depende: • da área efetiva de filtração • do diâmetro e forma dos poros A resistência é constante em todo o filtro quando os poros estão aleatoriamente distribuídos com forma e tamanho uniformes QUANTO MAIOR Nº E TAMANHO DOS POROS → MENOR A RESISTÊNCIA E MAIOR O FLUXO Fatores que afetam a velocidade de filtração Portanto: Não existe filtro perfeito – rápido e eficiente – para partículas muito finas Necessidade de compromisso 26/04/2013 9 Viscosidade do filtrado IMPORTANTE LEMBRAR: • Existe uma relação inversa entre viscosidade e fluxo • A pressão aumenta a viscosidade • Aumento da temperatura, devendo considerar a termolabilidade do produto. Ex: remoção de cristais de sacarose em xaropes. • Uso de diluições, tendo que considerar que o aumento de volume também aumentará o tempo de filtração. Ex: teste de esterilidade em colírios. Fatores que afetam a velocidade de filtração Em escala laboratorial • Vidro Poroso; • Celulose-Amianto; • Membrana. • De gravidade; • Rotativos; • Centrifugadores. Em escala Industrial Filtração: equipamentos Em escala laboratorial Filtração: equipamentos Em escala laboratorial Filtro de vidro sinterizado Filtro de aço inox Classificação G (00 – 5) Filtração: equipamentos 26/04/2013 10 Em escala laboratorial – Filtros de Membrana Características: • Diâmetro de poro • Umectabilidade • Composição – ampla variedade de polímeros • Porosidade (40 a 80 %) • Capacidade biológica • Resistência • Inércia 0,45 m 0,22 m - para obter esterilidade 0,1 m Filtração: equipamentos Em escala laboratorial – Filtros de Membrana Hidrofílicos: • Copolímero acrílico com substrato de nylon • Acetato / nitrato de celulose • Celulose regenerada • Nylon 66 (poliamida) • Policarbonato • Polissulfona • Difluoreto de polivinilideno Hidrofóbicos: • Politetrafluoretileno com substrato de polietileno ou polipropileno • Difluoreto de polivinilideno Filtração: equipamentos Em escala laboratorial – Filtros de Membrana Fluido Polímero Aquoso PVF, MCE Oleoso PVF, MCE Solventes orgânicos PVF, PTFE Aquoso (pH extremo) PVF Gasoso PVF, PTFE MCE = ésteres de celulose PVF = fluoreto de polivinilideno PTFE = politetrafluoretileno Filtração: equipamentos Unidades filtrantes Stericup (dispositivos de filtração a vácuo e armazenagem para volumes de 150 mL a 1L) www.millipore.com Em escala laboratorial – Filtros de Membrana Filtração: equipamentos 26/04/2013 11 Em escala laboratorial – Filtros de Membrana Filtração: equipamentos Filtração: aplicações farmacêuticas Aula 4 - destila��o e �gua.pdf DESTILAÇÃO: APLICAÇÃO E ÁGUA PARA FINS 1 ÁGUA PARA FINS FARMACÊUTICOS Profª Simone Gonçalves Cardoso PLANO � Introdução � Tipos � Aplicações � Água para fins farmacêuticos � Referências 2 INTRODUÇÃO � Conceito: Operação unitária que se caracteriza pela evaporação e posterior condensação de um líquido. � Objetivo: remover um solvente, purificar um líquido ou separar componentes de uma mistura de líquidos, ou ainda separar líquidos de sólidos.ou ainda separar líquidos de sólidos. � Separações possíveis: misturas homogêneas de líquidos ou de sólido+líquido 3 � A destilação é um modo de separação baseada no fenômeno de equilíbrio líquido-vapor de misturas (que ocorre quando o sistema é fechado). L – V – linha de equilibrio 4http://www.apuntescientificos.org/miscibilidad-ibq2.html Quando calor é fornecido a uma mistura liquida, promove sua vaporização parcial, e estabelece- se um equilíbrio entre as fases líquida e vapor, para uma dada pressão total, e a composição das duas fases será diferente TIPOS Tipo Aplicação Simples Separar misturas homogêneas quando um dos componentes é sólido Fracionada Separar dois ou mais líquidos com pontos de ebulição diferentes À vácuo ou pressão reduzida Purificar líquidos que se decompõem antes mesmo de entrarem em ebulição ou que 5 reduzida mesmo de entrarem em ebulição ou que precisam temperaturas elevadas para serem destiladas. Por arraste de vapor Separar misturas de substâncias que não são solúveis em água, além de uma delas ser ligeiramente volátil e as outras fixas, ou para o caso em que uma das substâncias apresente sensibilidade térmica Destilação Simples - O líquido com menor ponto de ebulição comece a evaporar. - Ao evaporar encontra o condensador, com paredes frias, e o vapor se condensa, retornando ao estado líquido. 6 http://www.infoescola.com/quimica/ estado líquido. - Após algum tempo, todo o líquido de menor ponto de ebulição terá passado para o erlenmeyer e sobrará a outra substância, sólida, no balão de vidro. Simples Separação de um líquido de uma substância não volátil (tal como um sólido, p.ex.)/usada para separar misturas homogêneas quando um dos componentes é sólido e o outro líquido. Destilação fracionada - A substância de menor ponto de ebulição irá evaporar primeiro - A outra substância vai evaporar também. - Ao encostar nas barreiras da coluna de fracionamento, a segunda substância vai condensar, voltando para o balão 1 7 http://www.infoescola.com/quimica/ para o balão 1 - A outra substância ficará mais concentrada continuará subindo, até encontrar o condensador. - Ao final do processo, o balão 2 conterá o líquido mais volátil, e o balão 1 terá o líquido menos volátil. 1 2 Coluna de Vigreux Fracionada Separar dois ou mais líquidos com pontos de ebulição diferentes Destilação à vácuo - A temperatura de ebulição varia diretamente com a pressão. - Sob pressão atmosférica reduzida as temperaturas de ebulição das frações também cairão, ou seja, elas serão vaporizadas a uma temperatura menor que a necessária à sua vaporização quando se vácuo 8 http://www.infoescola.com/quimica/ à sua vaporização quando se trabalha sob pressão atmosférica. - Utiliza-se uma aparelhagem similar à da destilação fracionada, com a diferença de que se adapta uma bomba de vácuo que reduzirá a pressão do meio. À vácuo ou pressão reduzida Purificar líquidos que se decompõem antes mesmo de entrarem em ebulição ou que precisam temperaturas elevadas para serem destiladas. Destilação por arraste de vapor - No balão A encontra-se a água - No balão B encontra-se a mistura a ser destilada - A água vaporizada em A passa por B e arrasta a substância - O resultado do processo (o destilado) é uma mistura 9 http://www.infoescola.com/quimica/ destilado) é uma mistura formada por água e a substância mais volátil (que podem ser separadas através da decantação por serem imiscíveis). Por arraste de vapor Separar misturas de substâncias que não são solúveis em água, além de uma delas ser ligeiramente volátil e as outras fixas ou para o caso em que uma das apresente sensibilidade térmica APLICAÇÕES Extração de óleos essenciais (arraste de vapor) Refinação do petróleo (destilação fracionada) 10 http://oleosessenciais.org/category/producao/metodos_de_extracao/ 11 12 13 14 15 16 �Aspectos Gerais �Maior demanda – consumo humano � Uso industrial – rígidas exigências técnicas �Aplicações � Veículo de um grande número de preparações� Veículo de um grande número de preparações � Líquido de limpeza (com ou sem detergente) �Meio de transferência térmica: água de refrigeração, vapor em caldeiras, etc 17 �Impurezas na Água 1 - Compostos Inorgânicos dissolvidos � São os sais dissolvidos na água ìons inorgânicos presentes � Ânions: Cloreto, Sulfatos, Nitratos. � Cátions: Sódio, Cálcio, Magnésio. Água dura: incrustações 2 - Compostos Orgânicos dissolvidos Água dura: incrustações � Origem na natureza ou em decorrência da poluição � Origem natural – materiais provenientes da decomposição de vegetais e animais � Origem não-natural – compostos orgânicos que têm sua origem nas atividades humanas. Ex: pesticidas solúveis em água (inseticidas, herbicidas) 18 3 – Partículas e Colóides � Partículas podem ser rígidas (areia, terra) ou deformáveis (restos vegetais) � Colóides são suspensões estáveis de partículas orgânicas ou inorgânicas 4 – Microrganismos � Bactérias, fungos e vírus � É escudo protetor para microrganismos � Bactérias, fungos e vírus 5 – Gases Dissolvidos � Todos os gases existentes na atmosfera dissolvidos na água � CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3- 19 Classificação da Água � ASTM (American Society for Testing Materials) � USP � Farmacopeia Brasileira 20 ASTM � Tipo I � Água Ultrapura ou Grau Reagente � Aplicações críticas, como Análises HPLC, AA, células � Produzida através de Osmose Reversa � Tipo II � Aplicações farmacêuticas� Aplicações farmacêuticas � Ex: preparações de soluções, microbiológicas � Tipo III � Aplicações gerais em laboratório (purificada) � Ex: lavagem de materiais, preparo água tipo II e III 21 ASTM 22 � Água Purificada � Obtida por destilação, troca iônica ou osmose reversa � Preparada a partir da água potável � Utilizada no preparo de formas farmacêuticas USP � Utilizada no preparo de formas farmacêuticas � Não utilizada para administração parenteral 23 � Água para Injetáveis � Obtida por destilação ou osmose reversa � Não possui substâncias adicionadas � Utilizada no preparo de soluções parenterais USP � Utilizada no preparo de soluções parenterais � Apirogênica 24 � Água Estéril para Injetáveis � É a água para injeção esterelizada, obtida a partir da Água para Injetáveis � Não possui substâncias adicionadas USP � Não possui substâncias adicionadas � Deve ser armazenada em recipiente de dose simples, de preferência vidro do Tipo I ou II (máximo 1litro) 25 � Água Bacteriostática para Injetáveis � É a água estéril para injeção que possui um ou mais agentes antimicrobianos � Deve-se observar a compatibilidade com o fármaco USP � Deve ser armazenada em recipiente de dose simples, de preferência vidro do Tipo I ou II (máximo 30 ml) 26 � Água Estéril para Inalação � É a água obtida a partir da Água para Injeção Estéril � Não possui agentes antimicrobianos, exceto quando utilizadas em umidificadores. USP utilizadas em umidificadores. 27 � Água Estéril para Irrigação � É obtida a partir da Água para Injeção Estéril � Não possui agentes antimicrobianos � Deve ser armazenada em recipiente de dose simples, de USP � Deve ser armazenada em recipiente de dose simples, de preferência vidro do Tipo I ou II � Volumes podem ser superiores a 1 litro 28 29 Características Água Purificada Água Injetáveis Água Estéril Injetáveis Água Bacteriostática Injetáveis Água Estéril Inalação Água Estéril Irrigação 1. Obtida por Destilação X X X X X A partir de Água Estéril Injetáveis 2. Obtida por Osmose Reversa X X X 3. Obtida por Troca X USP 3. Obtida por Troca Iônica X 4. Utilizada no preparo de Soluções Parenterais X 5. Contêm substâncias adicionadas X 6. Apirogênica X 7. Armazenada em Recipientes Tipo I ou II X X X30 � Farmacopeia Brasileira -Água potável -Água reagente � Farmacopeia Brasileira � Farmacopeia Brasileira 34 �Métodos de Purificação � Remover a contaminação que pode interferir em testes ou procedimentos � São composto por diversos estágios de purificação � É necessário que se desenvolva uma combinação de tecnologiastecnologias Deionização Destilação Ultrafiltração Osmose Reversa Adsorção e Absorção pelo Carvão Ativado Filtração Oxidação e Esterilização por Ultravioleta 35 Métodos de Purificação � Deionização � Processo eficiente para a remoção de íons. � Resinas Globulares Porosas de Troca Iônica . � Resinas Aniônicas – capturam ânions. Resinas Catiônicas – capturam cátions. � Diâmetro de 0.3 a 0.8mm. � Resinas Catiônicas – capturam cátions. Cátions presentes na Água (Na+, Ca++) irão se ligar à Resina Catiônica e deslocar o H+ Ânions(Cl-, NO3-) irão se ligar à Resina Aniônica e deslocar as hidroxilas. 36 Métodos de Purificação Vantagens Desvantagens �Efetiva remoção de íons �Não remove partículas, material orgânico ou microrganismos. �Instalação simples �Altos custos de operação/regeneração. � Deionização �Baixo investimento �Qualidade da água é variável; glóbulos danificados. Leito duplo Leito misto 1.Catiônica 2.Aniônica 37 Métodos de Purificação � Destilação � Processo clássico de purificação de água � Envolve mudança de fase: de líquido para vapor e de vapor para líquido (a água é aquecida até ferver e evaporar) � Processo lento, a água precisa ser adequadamente armazenada para ser depois utilizada 38 Métodos de Purificação � Destilação Vantagens Desvantagens �Remove grande % de todos os tipos de contaminantes. �Não há controle da qualidade da água. �Investimento médio. �Altos custos de operação: energia e água. �Processo muito conhecido e percebido como fácil de operar. �Manutenção regular é fundamental para garantir o desempenho. 39 Gustavo Junior Lage – levantamento: Para destilar 1 litro de água perdeu 62,5 litros Para destilar 15 litros perdeu 937,5 litros Para destilar um galão de 30 litros teve uma perda total de 1.875 litros Ideia para coletar o excedente de água e usar para outros fins: 40 � Ultrafiltração Métodos de Purificação � Ultrafiltros são membranas poliméricas assimétricas � Camada muito fina (1 µm)de espessura na parte superior � Camada de suporte mais espessa (100µm) � Camada de suporte mais espessa (100µm) As membranas de Ultrafiltração operam sob pressão. Moléculas pequenas conseguirão atravessar a camada ativa enquanto as maiores serão retidas. 41 Métodos de Purificação � Ultrafiltração Vantagens Desvantagens �Remoção efetiva (>99%) de todas moléculas orgânicas. �Quase nenhuma remoção de íons, gases e orgânicos de baixo peso molecular. �Muito eficiente na remoção de endotoxinas �Baixo uso de energia. �Baixa manutenção. 42 Métodos de Purificação �Osmose Reversa � A água contendo íons ou outros contaminantes é pressurizada (pressão > à osmótica) contra a membrana de osmose reversa e obtém-se água pura no outro lado da membrana. Vantagens Desvantagens �Remoção % razoável de todos os tipos de contaminantes (íons, microrganismos e endotoxinas bacterianas, bactérias). �Contaminantes não são suficientemente removidos para satisfazer as exigências da água do Tipo II �Manutenção mínima. �Membranas estão sujeitas a incrustações e obstruções em longo prazo. �Baixo custo de operação devido a pouca utilização de energia elétrica(apenas p/ movimentar a bomba de pressurização). 43 Método de Pré-tratamento � Adsorção pelo Carvão Ativado � Remoção de compostos orgânicos e Redução de cloro pelo mecanismo de adsorção. � Tecnologia voltada para o pré-tratamento e proteção de outras etapas etapas � problema de contaminação Vantagens Desvantagens �Remoção efetiva de uma ampla gama de substâncias orgânicas. �Quando todos os sítios estão ocupados, estabelece-se o equilíbrio e os orgânicos são liberados. �Grande capacidade devido a grande área superficial. �Bactérias podem se desenvolver após algum tempo. 44 Métodos de Pré-tratamento � Filtração � Processo mecânico de remoção de partículas incluindo microrganismos. � Depende do tamanho dos poros do filtro utilizado. � No processo de Microfiltração em Membrana com poro de � No processo de Microfiltração em Membrana com poro de 0.22µm de diâmetro - usadas na indústria farmacêutica para filtração esterilizante de soluções. 45 Métodos de Purificação �Oxidação e Esterilização por Ultravioleta � A esterilização por Ultravioleta é realizada por Absorção da luz de 254nm, que destrói o DNA e RNA dos microrganismos, causando a morte de sua célula. Vantagens DesvantagensVantagens Desvantagens �Destruição limitada de microorganismos e vírus. �Efeito limitado sobre outros contaminantes. �Baixo uso de energia. �Técnica que pode ser prejudicada se a concentração de orgânicos na água for muito alta. 46 Condutividade A condução de corrente elétrica depende dos íons presentes na água Quanto mais pura a água, menor a concentração desses íons Monitoramento e Controle de Qualidade da Água Purificada desses íons Menor a Condutividade Condutividade quase todos os íons foram removidos: 0,055 microSiemens/cm a 25ºC Ou 18,2 Megohm.cm. Esta é a água ultrapura do Tipo I (ASTM) 47 Carbono Orgânico Total � Sensibilidade em detectar baixos níveis de compostos orgânicos em amostras aquosas. Monitoramento e Controle de Qualidade da Água Purificada 48 � PORTARIA Nº 518, DE 25 DE MARÇO DE 2004 � Estabelece os procedimentos e responsabilidades relativos ao controle e vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade, e dá outras providências. �RDC 17 DE 16 DE ABRIL DE 2010 - BPF�RDC 17 DE 16 DE ABRIL DE 2010 - BPF � Estabelece os requisitos mínimos a serem seguidos na fabricação de medicamentos para verificar a padronização do cumprimento das Boas Práticas de Fabricação (BPF) de uso humano durante as inspeções sanitárias. � Exigências gerais para sistemas de água para uso farmacêutico, especificações da qualidade da água, métodos de purificação, armazenamento e distribuição entre outros. 49 REFERÊNCIAS � Brasil. Farmacopeia Brasileira, volume 1/Agência Nacional de Vigilância Sanitária. Brasília: Anvisa, 2010. 548p. � Brasil. Farmacopeia Brasileira, volume 2/Agência Nacional de Vigilância Sanitária. Brasília: Anvisa, 2010. 904p.904p. � PRISTA, L. N., CORREIA, A. A., MORGADO, R. M. R. Técnica Farmacêutica e Farmacia Galênica. 5 ed. Lisboa: Fundação Caloustre Gulbenkian, v. I, 1995. v. II e III, 1996. � USP26/NF21. United States Pharmacopeia & National Formulary. Rockville: United States Pharmacopeial Convention, 2003. � http://www.quimica.com.br/revista/qd458/agua_ultrapura1. html 50 OBRIGADA!!!! simonegc@ccs.ufsc.br51 Aula 5 - Extra��o.pdf 30/04/2013 1 Operações unitárias EXTRAÇÃO Técnica de separação baseada nos diferentes graus de solubilidade dos constituintes de um material em um solvente. Componentes de uma extração matriz solvente extrato + marco (resíduo) OPERAÇÃO DE EXTRAÇÃO • duas fases de composições diferentes: ocorre a transferência de componentes de uma fase a outra e vice-versa. • esta transferência entre as fases ocorre até que o estado de equilíbrio seja atingido. Extração: generalidades • Os componentes da mistura são solúveis, em diferentes graus, no solvente. • No caso ideal, o componente a ser extraído é solúvel no solvente, e os outros componentes não: o soluto é o único componente transferido da mistura inicial para a fase do solvente. • Depois do contato entre a matriz e o solvente, as duas fases líquidas imiscíveis formadas são denominadas de EXTRATO (a fase que acolhe o soluto) e RAFINADO ou RESÍDUO (ou marco, a fase mais pobre de onde foi extraído o soluto). • Removendo-se o solvente do extrato obtém-se o produto extraído. A esta operação damos o nome de extração. Extração: generalidades Critérios de escolha do solvente (1) 1. Separabilidade do solvente: capacidade de formar uma fase separada/ facilmente separável. Depende de: • Solubilidade: solvente e soluto devem ser miscíveis e praticamente imiscíveis na outra fase. • Estabilidade e reatividade química: o solvente não deve reagir com as outras substâncias do sistema, nem deve ser quimicamente instável. • Viscosidade: a transferência de matéria é favorecida por baixas viscosidades. • Numa extração líquido/líquido: • Densidade: as densidades devem ser diferentes para possibilitando a separação das mesmas por decantação (eliminando o uso de outros dispositivos de separação). • Tensão interfacial: a fase dispersa, seja ela rafinado ou extrato, deve apresentar elevada tensão interfacial, de forma a provocar o rápido coalescimento das gotas formadas. 30/04/2013 2 Extração: generalidades Critérios de escolha do solvente (2) 2. Aceitabilidade do solvente: depende de: • Coeficiente de distribuição do soluto nas duas fases: relação da concentração do soluto na fase extrato para a outra fase. • Seletividade: capacidade de o solvente extrair o soluto sem extrair outros compostos. • Capacidade: quantidade de solvente necessária para tratar a matriz. Quanto menor for esta quantidade, melhor será a extração em termos de processo e de custo (extrato mais concentrado). Extração: generalidades Critérios de escolha do solvente (3) 3. Performance (desempenho) do solvente: depende de: • Inflamabilidade e toxicidade: quanto menos inflamável e tóxico for o solvente, menores serão os riscos associados à sua utilização. • Recuperabilidade: após a extração, o solvente deve ser facilmente separado deste para ser reutilizado. Esta separação normalmente é feita por destilação, exigindo adequada volatilidade. • Custo e disponibilidade: fatores decisivos para a escolha de um solvente quando ocorrer mais de uma possibilidade de uso. Extração Separação dos constituintes desejáveis de MPs brutas por meio da ação de solventes nos quais estes são solúveis Vários componentes podem ser solúveis em um solvente, logo: Extratos não contêm apenas uma única substância, mas várias. Depende do material empregado e das condições da extração Produto preliminar da extração: solução extrativa ANSEL, 2005 Solução extrativa Aquela que resulta da dissolução parcial de uma substância de composição heterogênea num determinado solvente • produtos químicos de composição definida • drogas de origem vegetal O solvente apenas dissolve alguns constituintes da droga, ficando a maior parte desta por dissolver →resíduo ou marco drogas de origem vegetal composição química extremamente complexa 30/04/2013 3 Solução extrativa Características desejáveis • deve apresentar um bom rendimento extrativo no mínimo de tempo e com um mínimo de solvente - economia - • a estrutura química dos compostos dissolvidos deverá manter-se tal como na planta - eficiência – IMPORTÂNCIA DA ESCOLHA DO MÉTODO E PARÂMETROS DE EXTRAÇÃO Fatores que influenciam a extração Fatores que influenciam a extração ←relação droga:solvente ← solução de células intactas ← solução de células desintegradas ← temperatura ← pH ← interação entre os constituintes dissolvidos ← velocidade de estabelecimento do equilíbrio ← agitação Fatores que influenciam a extração 30/04/2013 4 Fatores que influenciam a extração Droga • natureza Profundo conhecimento da composição química do material a extrair - constituintes de interesse e indesejáveis – permitindo a seleção do solvente mais adequado (seletividade) • granulometria Diferentes estruturas biológicas apresentam diferentes durezas, influenciando no poder de penetração do solvente; além disso, a granulometria afeta a superfície de contato com o solvente 6 cm2 10 cm2 12 cm2 20 cm2 36 cm2 600 m2 v = 1 cm3 Fatores que influenciam a extração Solvente • seletividade • As matrizes a serem extraídas são normalmente bastante complexas; quando o objetivo é a separação de algumas substâncias específicas de outras indesejáveis, a seletividade do solvente é primordial. • ex: EtOH: H2O - proporções deferentes resultam em diferente polaridade e, portanto, extração de diferentes compostos • volume A solubilidade não pode ser fator limitante para a extração, portanto a quantidade de solvente deve exceder este valor • toxicidade Uso preferencial de solventes não tóxicos e amigáveis ao ambiente Fatores que influenciam a extração Parâmetros de extração • relação droga:solvente • depende da solubilidade dos compostos a extrair; a solubilidade não pode ser um fator limitante para a extração • solução de células intactas/ solução de células desintegradas • células intactas oferecem resistência à extração, que “retira” os compostos por difusão; em células desintegradas os constituintes dissolvem-se rapidamente no solvente, facilitando a extração • temperatura O aumento da temperatura provoca um aumento na velocidade de dissolução das substâncias, portanto processos a quente são sempre mais rápidos do que aqueles realizados à temperatura ambiente; no entanto, este recurso não pode ser utilizado em substâncias termossensíveis. Fatores que influenciam a extração Parâmetros de extração • pH O pH afeta diretamente a solubilidade de muitas drogas • interação entre os constituintes dissolvidos • Determinadas substâncias dissolvidas podem interferir na solubilidade de outras; • Possibilidade de incompatibilidades químicas • velocidade de estabelecimento do equilíbrio Tempo de estabelecimento do equilíbrio de extração, depende da estrutura da MPV, do grau de divisão desta, da natureza das substâncias a extrair e do solvente; • agitação A extração depende de fenômenos de difusão, portanto a renovação do solvente em contato com a substância a extrair tem grande influência na velocidade de dissolução 30/04/2013 5 Principais características dos solventes de drogas vegetais Métodos extrativos: Infusão Decocção Maceração Digestão Percolação Turbólise Fatores de escolha do método: Natureza do material de partida Adaptabilidade ao método Possibilidade de uso de calor Interesse em obter extração completa ou parcial Infusão Consiste na extração, pela permanência, durante certo tempo, do material vegetal em água fervente, em recipiente fechado. É aplicável a partes vegetais de estrutura mole, as quais devem ser contundidas, cortadas ou pulverizadas grosseiramente, conforme sua natureza, a fim de que possa ser mais facilmente penetradas e extraídas pela água. Decocção Consiste na extração dos princípio ativos do material vegetal, durante certo tempo, em um solvente em ebulição (normalmente água). Esta técnica possui emprego restrito, pois muitas substâncias ativas são alteradas por aquecimento prolongado. Costuma-se empregar este tipo de extração com materiais vegetais duros e de natureza lenhosa. Digestão Consiste na maceração do material vegetal, em líquido extrator aquecido a 40 -60 °C. T é c n ic a s d e e x tr a ç ã o a q u e n te Maceração Planta adequadamente triturada é colocada em contato com o solvente (embebido) até amolecimento do tecido e que o solvente penetre na célula e dissolva os constituintes solúveis recipiente fechado, sem renovação do solvente Agitação ocasional Período prolongado (horas ou dias) Temperatura: 15° a 20 °C Separação da solução extrativa do marco: prensagem, coagem , filtração T é c n ic a s d e e x tr a ç ã o a f ri o 30/04/2013 6 Características: • operação não exaustiva, dependente do farmacógeno, granulometria, seletividade do solvente e solubilidade das substâncias Vantagens: • extração, sem degradação, de substâncias ativas termolábeis. • simplicidade, baixo custo Desvantagens: • baixa permeabilidade do solvente à droga • pouco solubilidade dos ativos a frio • saturação do solvente • lentidão do processo. Maceração Classificação: • maceração pp dita: operação estática, a frio • maceração dinâmica: maceração feita sob constante agitação mecânica. • remaceração: quando a operação é repetida utilizando o mesmo material vegetal, renovando apenas o líquido extrator. • digestão: estático, com emprego de calor (40 – 60 °C) Maceração Percolação Processo no qual uma droga, previamente triturada, libera seus componentes solúveis pela passagem lenta de um solvente através dela. Extração exaustiva Operação dinâmica T é c n ic a s d e e x tr a ç ã o a f ri o Diferentemente da maceração, a percolação é uma operação dinâmica, indicada na extração de substâncias ativas presentes em pequenas quantidades, quando estas são poucos solúveis. Em função do caráter cinético da percolação, a difusão será acentuadamente mais rápida que na maceração, pois o equilíbrio absoluto entre as concentrações dos líquidos intra e extra celular nunca será atingido, uma vez que o solvente é constantemente renovado. Desta maneira é possível obter-se o esgotamento total da droga vegetal. A extração continuará ocorrendo enquanto houver material para dissolver, e enquanto o solvente for renovado. Percolação 30/04/2013 7 Turbo-Extração Técnica baseada na extração com simultânea redução do tamanho de partícula, resultado da aplicação de elevadas forças de cisalhamento. Elevada força de cisalhamento: Rompimento das células Rápida dissolução das substâncias ativas Extração realizada em minutos Quase esgotamento da droga Simplicidade, rapidez e versatilidade da técnica A redução drástica do tamanho das partículas com consequente rompimento das células, favorece a rápida dissolução das substâncias ativas. Vantagens: simplicidade, rapidez e versatilidade da técnica. Desvantagens: • difícil separação da solução extrativa por filtração • geração de calor durante o procedimento, obrigando o operador a controlar a temperatura • impossibilidade de uso para extração de substâncias voláteis • limitação do uso para matéria-prima vegetal de elevada dureza. Turbo-Extração Aula 6 - Dissolu��o e solubilidade.pdf Dissolução e Solubilidade Disciplina de Operações Unitárias Curso de Farmácia Profa. Dra. Letícia Mazzarino É o processo pelo qual um composto passa do estado sólido para o estado líquido em um solvente. O que é dissolução? CONDIÇÃO PARA O TRANSPORTE DE FÁRMACOS ATRAVÉS DAS MEMBRANAS BIOLÓGICAS è FÁRMACO EM SOLUÇÃO absorção de fármacos a partir de ff sólidas via oral liberação dissolução ou solubilização em condições fisiológicas permeabilidade através das membranas do TGI Os fármacos devem estar em solução para serem absorvidos: FORMA FARMACÊUTICA SÓLIDA SOLUÇÃO AQUOSA SUSPENSÃO AQUOSA DESINTEGRAÇÃO liberação de partículas fármaco + excipiente DISSOLUÇÃO nos fluidos gastrointestinais ABSORÇÃO Dissolução de fármacos SOLUÇÃO • fármaco já se encontra dissolvido quando o medicamento é administrado ao paciente • disponível para absorção imediatamente após administração COMPRIMIDOS, CÁPSULAS, SUSPENSÕES... • fármaco deve ser liberado da forma farmacêutica e dissolver-se nos fluidos do sítio de absorção antes que a absorção possa ocorrer Processo de dissolução de um fármaco a partir de um comprimido administrado via oral desintegrantes surfactantes FF sólidas de liberação imediata: adição de excipientes que facilitam a desintegração e desagregação Processo de dissolução de um fármaco a partir de um comprimido administrado via oral início da dissolução das partículas da superfície do fármaco camada de difusão (camada saturada de fármaco em solução envolvendo o sólido) gradiente de concentração - passagem das moléculas da camada de difusão para o fluido contato com membranas biológicas e absorção camada de difusão partícula sólida do fármaco solvente Processo de dissolução C CS Equação de Noyes-Whitney (lei de difusão de Fick) Onde: dC/dt = velocidade de dissolução K = constante de dissolução S = área superficial da partícula sólida CS = concentração do fármaco na camada de difusão (solubilidade do fármaco no meio) C = concentração do fármaco no meio S Fatores que afetam a dissolução de fármacos no organismo fatores fisiológicos fatores físico-químicos Relacionados ao medicamento Relacionados ao paciente FATORES FISIOLÓGICOS: • pH do TGI • presença de alimentos no TGI (ê veloc. dissolução) • presença de tensoativos no suco gástrico e bile (é solubilidade) • motilidade gástrica/intestinal (intensidade de agitação) • permeabilidade • dietas (ingestão de líquidos) • idade Fatores que afetam a dissolução de fármacos no organismo Vídeo pH do meio fármacos ácidos ou bases fracos solubilidade em água dependente do pH velocidades de dissolução diferentes conforme região do TGI • ácidos fracos: solubilidade aumenta com aumento do pH • bases fracas: solubilidade diminui com aumento do pH FATORES FISICO-QUÍMICOS: • tamanho de partícula • molhabilidade • solubilidade • forma cristalina • natureza do excipiente Fatores que afetam a dissolução de fármacos no organismo Tamanho de partícula menor tamanho de partícula maior área superficial maior velocidade de dissolução maior absorção aumento da biodisponibilidade Diferenças nas concentrações plasmáticas da digoxina devido a diferenças no tamanho das partículas ê tamanho de par,cula é tamanho de par,cula Ex: digoxina di ss ol uç ão le nt a di ss ol uç ão rá pi da grânulos contendo fármaco + excipiente no meio de dissolução Solubilidade Propriedade físico-química que caracteriza a quantidade máxima de substância (soluto) que é possível dissolver em um determinado solvente à temperatura constante. • O fármaco deve possuir alguma solubilidade aquosa para que entre na circulação sistêmica e exerça o efeito terapêutico • Fármacos insolúveis frequentemente apresentam absorção incompleta procedimentos para aumento da solubilidade aquosa (dependem da natureza química fármaco e do tipo de medicamento) fármaco pouco solúvel em água dificuldade de dissolução em meio aquoso baixa velocidade de dissolução baixa absorção afinidade por lipídios para atravessar as membranas biológicas (permeabilidade) • Criado por Amidon e colaboradores em 1995 • Introduzido no âmbito internacional • Útil para classificar fármacos administrados pela via oral • Pode ser usada para determinar especificações de dissolução in vitro Dose mais alta do medicamento dissolve em 250 mL ou menos de meio aquoso com pH entre 1,2 e 6,8 (37°C) Biodisponibilidade absoluta é maior que 90% na ausência de instabilidade no TGI ou quando determinado experimentalmente Fármaco com alta solubilidade Fármaco com alta permeabilidade CLASSE SOLUBILIDADE PERMEABILIDADE FATOR LIMITANTE DA ABSORÇÃO I alta alta esvaziamento gástrico, nenhuma relação com velocidade de dissolução II baixa alta dissolução in vivo III alta baixa permeabilidade, esvaziamento gástrico IV baixa baixa dissolução in vivo, problemas para absorção oral fármacos de liberação imediata – 85 % dissolvido em menos de 15 min pode garantir a biodisponibilidade do fármaco variações devido ao esvaziamento gástrico a absorção não é limitada pela dissolução Correlação in vitro-in vivo (IVIVC) para medicamentos de liberação imediata baseada na classificação biofarmacêutica. http://tsrlinc.com/resources/services/ Determinação da solubilidade excesso de fármaco solvente em frasco hermeticamente fechado agitação prolongada em temp. ambiente (25°C, 24h) equilíbrio do sistema quantificação da conc. fármaco no sobrenadante (CLAE, UV) OBTENÇÃO DA SOLUBILIDADE Método estático: Indicações de solubilidade de fármacos de acordo com a Farmacopeia Brasileira • Temperatura de 25 °C volume (mL) de solvente necessário para dissolver 1g de sólido adição de porções crescentes de amostra frascos/ampolas hermeticamente fechados (previamente pesados, M1) pesagem frasco + amostra (M2) adição do volume constante de solvente (5 mL) nos frascos pesagem frasco + amostra + solvente (M3) agitação prolongada em temp. controlada (banho-maria termostatizado) equilíbrio do sistema (1-14 dias) coleta do sobrenadante determinação do conteúdo total de soluto no sobrenadante (gravimetria) OBTENÇÃO DO DIAGRAMA DE SOLUBILIDADE POR FASES Análise de solubilidade por fases fins de identificação e avaliação de grau de pureza peso do frasco + resíduo (P3) evaporação do solvente sob pressão reduzida pesagem frasco + solução (P2) transferência da solução para frasco tarado (P1) filtração coleta de 2 mL do sobrenadante Determinação do conteúdo de soluto total na solução sobrenadante por técnica gravimétrica: CÁLCULO Composição do sistema (para cada ampola/frasco) em mg/g (eixo x): 1000(M2-M1)/(M3-M2) M1 = massa da ampola vazia M2 = massa da ampola + amostra M3 = massa da ampola + amostra + solvente Composição da solução (para cada ampola/frasco) em mg/g (eixo y): 1000(P3-P1)/(P2-P3) P1 = massa do frasco de solubilidade vazio (tara) P2 = massa do frasco + solução P3 = massa do frasco + resíduo da evaporação todo sólido adicionado dissolve-se e é encontrado na solução (AB) saturação da solução (B) adições subsequentes de amostra não acarretam aumento da sua concentração na solução (BC) Ei xo y : c om po si çã o da s ol uç ão em m g de s ol ut o po r g d e so lv en te Eixo x: composição do sistema em mg de amostra adicionada por g de solvente Diagrama de solubilidade por fases de amostra constituída por uma só substância Escolha do solvente para análise da solubilidade por fases: • Solubilidade do componente presente em maior proporção na amostra • Conveniente que tenha capacidade de solubilização da amostra próxima a faixa de solubilidade ótima (10 - 20 mg/g de solvente) • Método de doseamento para determinação da concentração da solução formada; para a técnica mais usual (gravimétrica), o solvente deve permitir evaporação a vácuo (PE 60-150°C) Método 1 Cestas Método 2 Pás Método 3 Cilindros recíprocos Método 4 Células de fluxo Método 5 Pá sobre o disco Método 6 Cilindro rotatório Método 7 Suportes recíprocos Testes de dissolução Métodos farmacopeicos USP Vídeo Fa rm ac op ei a B ra si le ira Vídeo Métodos 1 (cestas) e 2 (pás) Motor: ajuste da velocidade de rotação da haste Banho de água termostatizado: controle da temperatura (37 ± 0,5 °C) Amostras do meio de dissolução são coletadas em tempos específicos, filtradas e analisadas. Vídeo Métodos 1: cestas Primeiro aparato de dissolução adotado oficialmente (USP, 1970) O medicamento é colocado no interior de uma cesta de aço inoxidável (abertura de malha específica) adaptada a uma haste rotatória que é imersa no meio de dissolução. • Vantagem: mantém a forma farm. confinada e imersa no meio • Desvantagem: deposição de material na tela Vídeo Método 2: pás O medicamento é colocado no interior de uma cuba contendo o meio de dissolução e a agitação é realizada por uma pá rotatória. As amostras não devem flutuar no meio de dissolução. Vídeo Método 3: cilindros alternantes/recíprocos O medicamento é colocado em cilindros de vidro (acoplados a telas nas partes superior e inferior) que se movimentam verticalmente em cubas contendo o meio de dissolução. Também podem se deslocar horizontalmente para outras cubas. Possível o uso de diferentes meios Simulação de alterações de pH do TGI Perfil de dissolução Vídeo Teste de dissolução • % de fármaco dissolvido após determinado tempo • geralmente uma única coleta • utilizado no controle de qualidade de rotina Perfil de dissolução • % de fármaco dissolvido em função do tempo (curvas) • vários tempos de coleta • utilizado para desenvolvimento de medicamento e testes de equivalência farmacêutica Etapa importante para prever o desempenho in vivo de medicamentos Vídeo Ensaios de dissolução in vitro de formas farmacêuticas sólidas Controlar e garantir a qualidade de medicamentos (lote a lote) • P&D, seleção de formulações • avaliação de estabilidade Orientar de desenvolvimento de novas formulações • estudos de equivalência de medicamentos • registro de medicamentos genéricos e similares • correlação in vitro-in vivo Assegurar o desempenho do medicamento indicação de problemas potenciais de biodisponibilidade Biodisponibilidade Refere-se à velocidade e à extensão na qual um fármaco ou seu grupo farmacêutico é absorvido a partir da forma farmacêutica e torna-se disponível no sítio de ação. essencial para a eficácia do medicamento Bioequivalência Comparação
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