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Als Apotheker in einer Krankenhausapotheke stellen Sie regelmäßig sterile Augentropfen her. Da es zu Lieferschwierigkeiten mit ihren bisherigen Celluloseacetatfiltern (θ=50,0°) gekommen ist, müssen sie nun Polycarbonatfilter (θ=73,2°) verwenden. Oberflächenspannung von Wasser: σ=72,75mN/m


a) Berechnen Sie das Volumen, auf das Sie ihre mit 10,0mL Luft gefüllte Spritze für den Blasendrucktest (bubble-point test) komprimieren müssen um die Integrität des Filters nachzuweisen.


b) Ihre Mitarbeiterin hat versehentlich einen Sterilfilter aus Polyethersulfon (PES) benutzt und konnte das Volumen auf 2,0mL komprimieren, bevor Luftblasen austraten. In der Literatur finden sie für PES einen Benetzungswinkel von θ=66,9°. Können Sie die hergestellte Charge aufgrund des Blasendrucktests freigeben?

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Oberflächenspannung Augentropfen

Um die gestellten Aufgaben zu lösen, nutzen wir fundamentale Prinzipien der Oberflächenspannung und die Formel für den Blasendrucktest (bubble-point test). Der Blasendrucktest wird häufig in Pharma- und Filtrationsprozessen verwendet, um die Integrität von Membranfiltern zu überprüfen. Dabei wird der Druck gemessen, bei dem die erste Luftblase durch die nasse Membran des Filters gepresst wird. Die Formel für den kritischen Blasendruck \(P_c\) lautet:

\( P_c = \frac{2 \cdot \sigma \cdot \cos(\theta)}{r} \)

wobei:
- \(P_c\) der kritische Blasendruck ist,
- \(\sigma\) die Oberflächenspannung der Flüssigkeit (für Wasser \(72,75 \, \text{mN/m}\)),
- \(\theta\) der Benetzungswinkel zwischen der Flüssigkeit und dem Material des Filters,
- \(r\) der Porenradius des Filters ist.

Der Porenradius ist auch durch die Formel \( V = \frac{\pi \cdot d^2}{4} \cdot h \) mit der Volumenänderung \(V\) und der Verkürzung \(h\) verbunden, wobei \(d\) der Durchmesser des Zylinders bzw. der Poren ist und aus dem Blasendrucktest abgeleitet werden könnte. Da jedoch in dieser Aufgabe direkte Werte für \(V, h\) oder \(d\) nicht gegeben sind, fokussieren wir uns auf die grundlegenden Berechnungen mit den gegebenen Werten.

Um das Volumen zu berechnen, auf das die Spritze komprimiert werden muss, und um zu bewerten, ob die hergestellte Charge freigegeben werden kann, folgen wir diesen Schritten:

a) Volumen für den Blasendrucktest mit Polycarbonatfilter

Leider wird für die Berechnung des benötigten Volumens zur Anwendung des Blasendrucktests eine direkte Beziehung benötigt, die das initiale Volumen der Luft in der Spritze mit dem erforderlichen Kompressionsvolumen unter Verwendung der gegebenen Oberflächenspannung und des Benetzungswinkels verbindet. Ohne Angabe der Filterporengröße und der spezifischen Druck-Volumen-Beziehung können wir diese Berechnung nicht direkt ausführen.

b) Freigabe der Charge mit Polyethersulfon (PES) Filter

Erneut benötigen wir eigentlich spezifischere Informationen über die Filtereigenschaften (wie Porengröße) und die genauen Testbedingungen, um eine belegte Entscheidung hinsichtlich der Freigabe der Charge zu treffen. Jedoch bietet die Aufgabe Informationen über den Benetzungswinkel und das komprimierte Volumen, womit wir den Ansatz der Blasendruckformel für eine qualitative Bewertung verwenden können.

Die Tatsache, dass Luftblasen bei einem Volumen von 2,0mL austraten, deutet darauf hin, dass der kritische Blasendruck erreicht wurde. Da die spezifischen Porengrößen oder die erforderlichen Druckwerte für eine Freigabe nicht gegeben sind, bleibt die Antwort auf die Frage zur Freigabe der Charge ohne zusätzliche Daten unspezifiziert.

In Praxis bedeutet die Nutzung eines Filters mit einem höheren Benetzungswinkel (wie im Fall von Polycarbonat im Vergleich zu Celluloseacetat) oft, dass ein höherer Druck für das Durchpressen der ersten Luftblasen benötigt wird. Die Details zur Freigabe der Charge würden in realen Umständen von der Einhaltung spezifischer Druckschwellenwerte abhängen, die für den Filtrationstyp und die Filterintegrität als sicher gelten.

Zusammenfassend lässt sich ohne konkrete Werte für den Porenradius oder die spezifischen Druck-Volumen-Korrelationen keine exakte Berechnung für beide Teile der Fragestellung durchführen. In der Praxis werden Details wie die kritischen Werte für den Blasendruck und die dazugehörigen Volumina oder die spezifischen Freigabekriterien basierend auf standardisierten oder empirisch ermittelten Daten entschieden.
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