GMP-konforme Pharmafertigung

Alle unter normalen Bedingungen vorkommenden Gase können Wasserdampf enthalten. Je nach Anlage und Verfahren kann dies Gefahr, vorzeitigen Verschleiß, mangelnde Produktqualität und insgesamt eine schlechte Effizienz bedeuten. Daher kommt der Überwachung des Feuchtegehalts der Gase, in den entsprechenden Anlagen, eine besondere Bedeutung innerhalb der GMP-konformen Pharmafertigung zu. Generell verhält sich Wasserdampf ähnlich wie das Gasmedium, in dem er sich befindet. Die grundlegenden Gas-Gesetze gelten. Im Unterschied zu den meisten Teilkomponenten der Gase kann Wasserdampf aufgrund geänderter Temperaturen oder geänderten Drucks verhältnismäßig leicht kondensieren und so negativ auf die Anlagen, sowie die jeweiligen Prozesse und Produkte wirken. Auch müssen manche chemische Reaktionen trocken, also frei von Wasser, durchgeführt werden.

Zur Bestimmung des Wasserdampfgehalts wird häufig der Taupunkt herangezogen. Der Taupunkt ist die Temperatur, bei der Kondensation auftritt, wenn ein Gas bei konstantem Druck gekühlt wird. Effektiv ist der Taupunkt (oder Frostpunkt) eine gebräuchliche Absolutgröße die den Wasserdampfdruck eines Gases verlässlich beschreibt. Da der Taupunkt druckabhängig ist, spricht man von einem Drucktaupunkt.

Für die Überwachung des Feuchtegehalts werden zwei Verfahren favorisiert: die optische Messung des Taupunktes und die Messung des Taupunktes im kapazitiven Taupunktsensor.

Das ist auch das grundlegende Prinzip des Optidew-Taupunktspiegelsensors von Michell Instruments. Er basiert auf der Kühlung eines Metallspiegels über ein thermoelektrisches Peltierelement. Am optisch überwachten Spiegel wird der Taupunkt und die zugehörige Spiegeltemperatur mit einem Präzisions-Pt100 hochgenau und kontinuierlich gemessen. Der kompakte Hygrometer arbeitet intern nach dem direkten, hysterese- und driftfrei messenden Tauspiegelprinzip. Er bietet High-Performance-Taupunktmessung im 4…20 mA-Transmitterformat, kombiniert mit einfachen Integrationsmöglichkeiten in bestehende Messtechnikumgebung. Konzipiert ist der Optidew für typische Anwendungen in lufttechnischen Anlagen, Klimatisierung von Reinsträumen, Regelung von Klimaschränken und Simulationsanlagen und überall, wo höchste Präzision zu wirtschaftlichen Kosten gefordert ist. Eine Besonderheit ist die hohe Unempfindlichkeit gegen prozessbedingte Kontamination.

Kapazitive Taupunktsensoren benutzen als Messfühler einen elektrischen Kondensator, bei dem sich die Folie zwischen den beiden Metallplatten oder -folien, das sogenannte Dielektrikum, hygroskopisch zeigt und hierdurch seine dielektrische Eigenschaft ändert. Als Folge der geänderten dielektrischen Eigenschaft ändert sich die Kapazität des Kondensators, die letztendlich gemessen wird. Diese Anordnung wird auf einem robusten keramischen Träger eingebettet. Kapazitive Sensoren wie der Ceramic Dewpoint-Sensor von Michell Instruments sind weniger genau als Taupunktspiegelsensoren, aber dafür deutlich preisgünstiger. Sie empfehlen sich daher besonders dort, wo eine größere Anzahl von Sensoren benötigt wird.

Die Grenzen dieser Sensoren liegen im Einsatzbereich, hier sind die Umgebungstemperaturen von zentraler Bedeutung,und in der Genauigkeit.

Optische Taupunktsensoren wie der Optidew lassen sich bei Taupunkttemperaturen etwa zwischen -110 und +100 °C (< 10 ppbV bis 100 % V/V) betreiben, kapazitive Systeme wie der Michell-Keramik-Taupunktsensor liefern etwa zwischen –120 und +20 °C (<10 ppbV bis 25,000 ppmV) gute Werte. Deutlicher ist der Unterschied in der Messgenauigkeit bzw. der Reproduzierbarkeit der Messung. Die Genauigkeit des kapazitiven Sensors liegt bei ±1 bis 2 °C tp, beim optischen Taupunktsensor Optidew liegt die Genauigkeit bei ±0,1 bis 0,2 °C tp. Aus den elementaren Größen Taupunkt und Temperatur lassen sich alle feuchterelevanten Größen ableiten. So wird im Pharmabereich häufig der Parameter der relativen Feuchte in % rF herangezogen und direkt ausgewertet.

Die Genauigkeit und die damit notwendige Kalibrierung ist ein wichtiges Glied im Bereich der für die Pharmaindustrie wichtigen GMP-konformen Fertigung. Ohne exakte Messungen ist die Rückführbarkeit, die geforderte Traceability des Prozesses, genau so, wie die Einhaltung internationaler Standards unmöglich.

Zur Kalibrierung der Messeinrichtungen gibt es verschiedene Vorgehensweisen. Allen Verfahren liegt das gleiche Prinzip zu Grunde, der Prozess des Vergleiches eines Messgerätes gegen ein rückführbares Referenzmessgerät der selben Messgröße.

In der Praxis besteht eine Kalibriereinrichtung für Feuchtesensoren aus drei grundlegenden Komponenten: einem Feuchtegenerator, einer Testkammer, in die die zu kalibrierenden Sensoren eingebracht werden, und einem möglichst genau arbeitenden Sensor für die Referenzmessung. Neben den stationären Kalibriereinrichtungen werden portable Systeme immer beliebter.

Besonders praktisch sind integrierte Geräte wie der Opti-Cal von Michell Instruments. Er kombiniert den Feuchtegenerator mit einem integrierten Taupunktspiegel-Hygrometer zur Referenzmessung. Die Funktionsweise und die Vorteile, wie die direkte, hysterese- und driftfreie Messung des im Gerät integrierten Taupunktspiegel-Hygrometers, wurden zuvor anhand des Optidew-Sensors vorgestellt. Der integrierte Feuchtegenerator und die ebenfalls integrierte Testkammer können, je nach gewünschtem Einsatzfeld, sowohl in der Temperatur, als auch in der relativen Feuchtigkeit (% rF) über einen weiten Bereich variiert werden. Die erfolgte Kalibrierung ist, wie gefordert, auf internationale Standards rückführbar. Durch den breiten Einsatzbereich und durch die Portabilität wird der positive Gesamteindruck dieses Systems insgesamt abgerundet.

Portable Geräte haben allgemein den Vorteil, dass sie sich sowohl für die Kalibrierung innerhalb der Labore, als auch zur mobilen Kalibrierung eignen. Sensoren können durch portable Systeme vor Ort einfacher und schneller gewartet und geprüft werden. Das senkt die Kosten und erhöht die Performance des Gesamtprozesses.

cav 488