Dalam Reaktor Farmasi dengan Asam Laktat 5% pada suhu 95 derajat, Kelas Titanium manakah (Kelas 1, Kelas 2, atau Kelas 7) yang Menunjukkan Laju Pelindian Ion Logam Terendah Setelah 500 Jam Perendaman?

Asam laktat (CH3CHOHCOOH) pada konsentrasi 5% dan 95 derajat digunakan dalam fermentasi farmasi dan bioproses. Ion logam yang terlarut dari pemanas titanium dapat memicu reaksi yang tidak diinginkan atau mencemari benda halus. Laju pelepasan ion logam (kebanyakan ion titanium (Ti 4+ ) dan sejumlah kecil elemen paduan) bergantung pada stabilitas lapisan pasif. Kelas 1 memiliki film pasif paling seragam dan bebas cacat-dan laju pelindian titanium terendah dengan kandungan besi terendah maksimum 0,12%. Tingkat 2 (0,20-0,30% besi) larut dengan kecepatan 2-3 kali lipat dibandingkan tingkat 1 karena partikel intermetalik kaya besi membentuk sel galvanik lokal. Tingkat 7 (paladium 0,15%) larut pada tingkat menengah 1,5–2 kali tingkat 1 tetapi memasukkan ion paladium sebagai kontaminan yang mungkin tidak dapat diterima untuk beberapa aplikasi farmasi.

Mekanisme Pelarutan Ion Logam Titanium dalam Asam Laktat

Asam laktat adalah asam pereduksi lemah yang secara perlahan melarutkan lapisan pasif titanium. Koneksi galvanik lokal antara partikel intermetalik katodik (Ti2Fe, daerah kaya paladium-) dan matriks titanium anodik mengontrol laju disolusi. Kelas 1 memiliki jumlah partikel kaya besi paling sedikit sehingga menghasilkan lapisan pasif paling seragam dan laju pelarutan paling rendah. Laju pelindian bersifat konstan dan dapat diprediksi dan hal ini memungkinkan-perkiraan jangka panjang mengenai akumulasi ion logam dalam produk obat. Untuk Kelas 2,-partikel Ti2Fe yang kaya akan besi membentuk sel mikro-galvanik yang mendorong disolusi lokal, sehingga meningkatkan laju pelindian secara keseluruhan. Untuk Kelas 7, pengayaan permukaan paladium menurunkan laju pelindian dibandingkan dengan Kelas 2, namun juga menambah kontaminasi logam baru.

Laju Pelindian Ion Logam Kuantitatif Setelah Perendaman 500 Jam

Uji terkontrol dalam asam laktat 5% pada suhu 95 derajat (pH 2,5, deaerasi) selama 500 jam. Pelepasan ion titanium kumulatif untuk berbagai tingkatan titanium. Namun, titanium kelas 1, yang biasanya mengandung 0,05–0,08% besi, melepaskan 0,8–1,2 µg titanium per sentimeter persegi, atau 1,6–2,4 bagian per miliar dalam 1 liter larutan per sentimeter persegi luas permukaan. Tidak ada pelepasan zat besi dari Kelas 1 yang terdeteksi. Titanium tingkat 2 dengan persentase besi rata-rata 0,20% melepaskan 2,0–3,5 µg/cm² titanium dan 0,1–0,3 µg/cm² besi, atau laju pelindian titanium 2–3 kali lipat dari Tingkat 1. Tingkat pelepasan umum titanium dan paladium dari titanium tingkat 7 yang mengandung 0,15 persen paladium dan 0,20 persen besi adalah 1,2 hingga 2,0 ug/cm² titanium dan paladium masing-masing 0,05 hingga 0,10 ug/cm². Paduan titanium kelas 12 dengan 0,3 % molibdenum dan 0,8 % nikel melepaskan 1,5–2,5 µg/cm 2 titanium dan 0,2–0,5 µg/cm 2 gabungan molibdenum dan nikel. Paduan titanium kelas 12 tidak cocok untuk aplikasi farmasi karena masalah toksisitas nikel dan molibdenum.

Pengaruh Konsentrasi Asam Laktat dan Suhu terhadap Laju Pelindian

Laju pelindian meningkat seiring dengan konsentrasi asam dan suhu untuk semua tingkatan. Dalam asam laktat 2% pada suhu 80 derajat, Kelas 1 melepaskan 0,5–0,8 µg/cm² selama 500 jam, Kelas 2 melepaskan 1,2–1,8 µg/cm² dan Kelas 7 melepaskan 0,8–1,2 µg/cm². Kelas 1 melepaskan 0,8–1,2 µg/cm^2, Kelas 2 melepaskan 2,0–3,5 µg/cm^2, dan Kelas 7 melepaskan 1,2–2,0 µg/cm^2 pada asam laktat 5% dan 95 derajat . Kelas 1 melepaskan 1,5-2,5 µg/cm2, Kelas 2 melepaskan 4,0-6,0 µg/cm2 dan Kelas 7 melepaskan 2,5-4,0 µg/cm2 pada asam laktat 10% dan 95 derajat . Kelas 1 dengan asam laktat 5% pada suhu 110 derajat di bawah tekanan melepaskan 2,0-3,0 µg/cm2, Kelas 2 melepaskan 5,0-8,0 µg/cm2 dan Kelas 7 melepaskan 3,0-5,0 µg/cm2. Energi aktivasi untuk pelindian kira-kira 50 kJ/mol untuk semua kelas, yang menunjukkan mekanisme pelarutan dasar yang sama.

Panduan Pemilihan Tingkat Titanium untuk Layanan Asam Laktat Farmasi

Tabel di bawah ini memberikan beberapa arahan mengenai pemilihan kadar titanium berdasarkan batasan ion logam yang diizinkan di dalam produk farmasi dan sensitivitas proses pembuatannya.

Titanium Maksimum yang Diizinkan dalam Produk (ppb/tahun) Maksimum Logam Lainnya yang Diizinkan (ppb) Kadar yang Direkomendasikan Pelepasan Ti yang Diharapkan (µg/cm2/tahun) Permukaan Akhir yang Diperlukan<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 (tidak-kritis) Tanpa batasan Kelas 2 atau Kelas 7 40–80 Teknik Apa Pun Selain Pemilihan Kelas dan Penyelesaian Permukaan

Permukaan akhir tabung mempunyai pengaruh penting terhadap pencucian ion logam. Permukaan yang dipoles secara elektro (Ra < 0,3 µm) mengurangi laju pelindian sebesar 30–50% untuk semua tingkatan karena hilangnya kontaminasi besi permukaan dan pengurangan luas permukaan. Laju pelindian berkurang sebesar 20 hingga 30% dibandingkan dengan permukaan yang ditarik untuk permukaan acar dengan Ra 0,6 hingga 0,8 µm. Ketebalan dinding tidak mempengaruhi laju pelindian per satuan luas tetapi mempengaruhi pelepasan logam total seiring waktu. Laju pelindian menurun seiring berjalannya waktu seiring dengan stabilnya film pasif dan setelah 1000 jam laju pelindian biasanya 30-50% lebih rendah dibandingkan rata-rata awal selama 500 jam. Semua kadar yang dipasivasi sebelumnya dalam asam nitrat 20% pada suhu 50 derajat selama 2 jam menunjukkan penurunan laju pelindian awal sebesar 50-70%.

Spesifikasi Terdidik

Untuk pemanas titanium dalam reaktor farmasi dengan asam laktat 5% pada suhu 95 derajat, titanium kelas 1 harus dipilih untuk barang dengan batas ion logam yang ketat di bawah 10 ppb titanium pada produk akhir. Untuk aplikasi yang tidak terlalu menuntut, grade 2 dengan lapisan akhir yang dipoles secara elektro cocok. Permukaan akhir harus dipoles secara elektro hingga Ra <0,3 µm, dipasivasi sebelumnya dalam asam nitrat 20% pada suhu 50 derajat selama 2 jam. Meminta bukti bahwa kandungan besi kurang dari 0,08% untuk Kelas 1 atau kurang dari 0,15% untuk Kelas 2. Jika Kelas 7 digunakan, selama commissioning, lakukan uji pelindian selama 168 jam dalam asam laktat 5% pada suhu 95 derajat dan evaluasi larutan untuk titanium, besi, dan paladium. Nilai yang dapat diterima adalah Ti < 5 µg/cm2 dan Fe < 0.5 µg/cm2. Insinyur akan memilih Kelas 1 daripada Kelas 2 atau Kelas 7 untuk mendapatkan laju pelindian ion logam terendah untuk layanan farmasi asam laktat panas.