У фармацевтичному реакторі з 5% молочною кислотою при 95 градусах, який сорт титану (клас 1, сорт 2 або клас 7) демонструє найнижчу швидкість вилуговування іонів металу після 500 годин занурення?

Молочна кислота (CH3CHOHCOOH) у 5% концентрації та 95 градусах використовується у фармацевтичній ферментації та біообробці. Іони металу, що вимиваються з титанових нагрівачів, можуть викликати небажані реакції або забруднити делікатні речі. Швидкість вилуговування іонів металу (переважно іонів титану (Ti 4+ ) і невеликих кількостей легуючих елементів) залежить від стабільності пасивного шару. Ступінь 1 має найбільш рівномірну та-бездефектну пасивну плівку та найнижчу швидкість вилуговування титану з найнижчим вмістом заліза (максимум 0,12%). Клас 2 (0,20-0,30% заліза) вилуговується у 2-3 рази швидше, ніж клас 1, оскільки збагачені залізом інтерметалічні частинки створюють локалізовані гальванічні елементи. Клас 7 (0,15% паладію) вимивається з середньою швидкістю в 1,5–2 рази, ніж клас 1, але вводить іони паладію як забруднюючу речовину, що може бути неприйнятним для деяких фармацевтичних застосувань.

Механізм розчинення іонів металевого титану в молочній кислоті

Молочна кислота є слабкою відновною кислотою, яка повільно розчиняє титанову пасивну плівку. Локальні гальванічні зв’язки між катодними інтерметалічними частинками (Ti2Fe, багаті на паладій-області) та анодною титановою матрицею контролюють швидкість розчинення. Клас 1 містить найменшу кількість частинок, багатих залізом, що призводить до найбільш однорідної пасивної плівки та найнижчої швидкості розчинення. Швидкість вимивання є постійною та передбачуваною, що дозволяє довго-прогнозувати накопичення іонів металу в лікарському засобі. Для рівня 2 частки Ti2Fe, багаті-залізом, утворюють мікро-гальванічні елементи, які сприяють локальному розчиненню, що призводить до підвищення загальної швидкості вилуговування. Для класу 7 поверхневе збагачення паладієм зменшує швидкість вилуговування порівняно з класом 2, але також додає нове забруднення металом.

Кількісні показники вилуговування іонів металу після 500 годин занурення

Контрольоване випробування в 5% молочній кислоті при 95 градусах (pH 2,5, деаерація) протягом 500 годин. Сукупне виділення іонів титану для різних марок титану. Однак титан 1 сорту, який зазвичай містить 0,05–0,08% заліза, вивільняє 0,8–1,2 мкг титану на квадратний сантиметр, або 1,6–2,4 частин на мільярд в 1 літрі розчину на квадратний сантиметр площі поверхні. Вивільнення заліза з 1 ступеня не виявлено. Титан 2-го сорту із середнім вмістом заліза 0,20% вивільняє 2,0–3,5 мкг/см² титану та 0,1–0,3 мкг/см² заліза, або швидкість вилуговування титану в 2–3 рази перевищує швидкість 1-го сорту. Типова швидкість вивільнення титану та паладію з титану 7-го сорту, що містить 0,15% паладію та 0,20 відсотка заліза становлять від 1,2 до 2,0 мкг/см² титану та 0,05–0,10 мкг/см² паладію відповідно. Титановий сплав марки 12 з 0,3 % молібдену та 0,8 % нікелю виділив 1,5–2,5 мкг/см 2 титану та 0,2–0,5 мкг/см 2 сумісно молібдену та нікелю. Титановий сплав класу 12 не підходить для фармацевтичного застосування через проблеми з токсичністю для нікелю та молібдену.

Вплив концентрації молочної кислоти та температури на швидкість вилуговування

Швидкість вилуговування зростає з концентрацією кислоти та температурою для всіх сортів. У 2% молочній кислоті при 80 градусах 1 клас вивільняє 0,5–0,8 мкг/см² протягом 500 годин, 2 клас виділяє 1,2–1,8 мкг/см² і 7 клас вивільняє 0,8–1,2 мкг/см². Ступінь 1 виділяє 0,8–1,2 мкг/см^2, ступінь 2 — 2,0–3,5 мкг/см^2, а ступінь 7 — 1,2–2,0 мкг/см^2 при 5% молочної кислоти та 95 градусах. Ступінь 1 виділяє 1,5-2,5 мкг/см2, ступінь 2 вивільняє 4,0-6,0 мкг/см2 і клас 7 виділяє 2,5-4,0 мкг/см2 при 10% молочної кислоти та 95 градусах. Клас 1 при 5% молочної кислоти при 110 градусах під тиском виділяє 2,0-3,0 мкг/см2, клас 2 виділяє 5,0-8,0 мкг/см2 і клас 7 виділяє 3,0-5,0 мкг/см2. Енергія активації для вилуговування становить приблизно 50 кДж/моль для всіх класів, що передбачає однаковий основний механізм розчинення.

Керівництво з вибору марки титану для фармацевтичних послуг з виробництва молочної кислоти

У наведеній нижче таблиці наведено певні вказівки щодо вибору марки титану на основі допустимих обмежень іонів металів у фармацевтичному продукті та чутливості виробничого процесу.

Максимально дозволена кількість титану в продукті (ppb/рік) Максимально допустима кількість інших металів (ppb) Рекомендований сорт Очікуване виділення Ti (мкг/см2/рік) Необхідна обробка поверхні<5 <0.5 for Fe, Pd, Ni, Mo Grade 1 (high purity) 5–10 Electropolished 5–15 <1 for Fe Grade 1 10–15 Pickled 15–30 <5 for Fe Grade 2, pickled surface 15–25 Pickled
30–50 <10 for Fe Grade 2 (standard) 25–40 As-drawn >50 (не-критично) Без обмежень Ступінь 2 або Ступінь 7 40–80 Будь-яке проектування, крім вибору класу та обробки поверхні

Оздоблення поверхні трубки має важливий вплив на вилуговування іонів металу. Електрополіровані поверхні (Ra < 0,3 мкм) знижують швидкість вилуговування на 30–50% для всіх сортів завдяки видаленню поверхневого забруднення залізом і зменшенню площі поверхні. Швидкість вилуговування зменшується на 20-30% порівняно з поверхнями, що витягуються, для травлених поверхонь з Ra від 0,6 до 0,8 мкм. Товщина стінки не впливає на швидкість вилуговування на одиницю площі, але впливає на загальне виділення металу з часом. Швидкість вилуговування з часом знижується, оскільки пасивна плівка стабілізується, і після 1000 годин швидкість зазвичай приблизно на 30-50% нижча, ніж початкове середнє значення за 500 годин. Усі сорти, попередньо пасивовані в 20% азотній кислоті при 50 градусах протягом 2 годин, демонструють зниження початкової швидкості вилуговування на 50-70%.

Освічена специфікація

Для титанового нагрівача у фармацевтичному реакторі з 5% молочною кислотою при 95 градусах слід вибирати титан класу 1 для товарів із суворими обмеженнями вмісту іонів металу нижче 10 ppb титану в кінцевому продукті. Для менш вимогливих застосувань підходить клас 2 з електрополірованим покриттям. Поверхня повинна бути електрополірована до Ra < 0,3 мкм, попередньо -пасивована в 20% азотній кислоті при 50 градусах протягом 2 годин. Вимагайте підтвердження того, що вміст заліза становить менше 0,08% для класу 1 або менше 0,15% для класу 2. Якщо використовується клас 7, під час введення в експлуатацію проведіть 168-годинний тест на вилуговування в 5% молочній кислоті при 95 градусах і оцініть розчин для титану, заліза та паладію. Допустимі значення: Ti < 5 мкг/см2 і Fe < 0,5 мкг/см2. Інженер обирає клас 1 замість класу 2 або клас 7, щоб отримати найнижчу швидкість вилуговування іонів металу для фармацевтичних послуг з гарячою молочною кислотою.