Zhrnutie na Mechanické separačné techniky vo farmácii

## Úvod Separácia je súbor fyzikálnych a mechanických metód používaných na oddelenie zložiek heterogénnych systémov. V farmaceutickej technológii sú často potrebné na získanie čírych roztokov, odstránenie nečistôt alebo separáciu pevných častíc po reakciách. Tento materiál sa zameriava na mechanické metódy separácie kvapalných heterogénnych disperzií: filtráciu, lisovanie a odstreďovanie (centrifugáciu). Lyofilizácia nie je súčasťou tohto textu. ## Základné pojmy > **Filtračná zmes**: suspenzný systém určený na filtráciu. > **Filtračné médium (filter)**: porézny materiál schopný zachytávať pevné častice. > **Filtračný koláč**: nahromadené pevné častice na filtri. > **Filtrát**: číra kvapalina získaná prechodom cez filtračné médium. ## Rozdelenie technologických procesov pri spracovaní kvapalných disperzií - Filtrácia - Lisovanie - Odstred'ovanie (sedimentácia, centrifugácia) ### Kedy ktorú metódu zvoliť | Vlastnosť disperzie | Navrhovaná metóda | Poznámka | |---|---:|---| | Podiel pevných častíc < 5% | Filtrácia | Efektívna pri nízkom obsahu častíc | | Vysoký obsah pevných častíc | Sedimentácia alebo odstreďovanie | Predfiltrácia alebo predbežné zhutnenie často potrebné | | Potreba rýchlej separácie malých častíc | Centrifugácia | Rýchle a presné frakcionovanie | | Oddelenie kvapaliny z viskózneho koláča | Lisovanie | Mechanický tlak znižuje objem kvapaliny | ## FILTRÁCIA ### Princip a mechanizmy Filtrácia je proces separácie pevnej fázy z kvapaliny alebo plynu zachytávaním pevnej suspendovanej zložky v poróznom médiu. Zachytávacie mechanizmy: - **Straining (zachytávanie častíc)**: mechanické zachytenie častíc väčších než póry filtra. - **Impingement (zrážka s prepážkou)**: náraz častíc o štruktúru filtra. - **Entanglement (zamotanie do vláknitej štruktúry)**: zachytenie v sieťovej alebo vláknitej matrici. - **Adhézia**: priľnutie častíc k povrchu filtra spôsobené adhéznymi silami. ### Sily poháňajúce prietok cez filter - **Gravitačná filtrácia**: kvapalina prúdi pôsobením zemskej tiaže. - **Vákuová filtrácia**: znížený tlak pod filtračnou prepážkou urýchľuje prietok. - **Tlaková filtrácia**: zvýšený tlak nad prepážkou tlačí kvapalinu cez filter. - **Odstredivá filtrácia**: využitie odstredivej sily pri rotácii. > Did you know that prietok kvapaliny cez kapiláru alebo póry závisí silne od rozmerov pórov a viskozity kvapaliny? ### Kvantitatívny vzťah prietoku Objemový prietok $Q$ závisí od priemeru pórov $r$, viskozity $


$ a hrúbky filtra $l$. V ideálnom modeli rúrkového prietoku platí vzťah $$ Q = \frac{\pi P r^{4}}{8 \eta l} $$ kde $P$ je rozdiel tlakov nad a pod filtračnou prepážkou a $\eta$ je viskozita. Tento vzťah ukazuje, že prietok rastie s $r^{4}$ a klesá so zvyšujúcou sa viskozitou a hrúbkou filtra. ### Faktory zlepšujúce výkon filtrácie - Zvýšenie plochy filtra (viacero filtrov) - Zvýšenie tlaku nad filtračnou prepážkou - Zníženie tlaku pod filtračnou prepážkou (vákuum) - Zníženie viskozity (napr. zvýšenie teploty) - Zníženie hrúbky filtračnej prepážky alebo vytvorenie predfiltračného koša ### Filtračné zariadenia a materiály - Periodické vs. kontinuálne zariadenia - Filtračná prepážka + nosná konštrukcia + prídavné zariadenia (výveva, kompresor) Materiály filtračnej prepážky: - Jemne zrnité a práškové látky: piesok, mastenec, aktívne uhlie, CaCO_{3}, kremičitany - Vata: celulózové vlákna pre hrubé disperzie - Filtračný papier: celulóza bez rozpustných zvyškov, kruhový tvar pre lieviky a Buchnerov lievik - Keramické prepážky: frity a sintre (často vákuová filtrácia) - Membránové filtre: polyméry ako PVP, polyamid, octan celulózy Fun fact: Membránové filtre s veľkosťou pórov 0,22 \text{ µm} sa často používajú na sterilizáciu parenterálnych roztokov odstránením baktérií bez tepelného ošetrenia. ## LISOVANIE ### Princip Lisovanie je mechanická metóda, pri ktorej vonkajšia tlaková sila zmenšuje priestor vyplnený kvapalinou a tak oddelí kvapalnú fázu od pevnej. Môže byť použité za studena alebo pri zvýše