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Grenzfläche

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Kontaktbereich zwischen Medium und Berandung von Rohr- und Behälterwänden.

Der Kontakt des flüssigen oder gasförmigen Mediums mit der festen Berandungsfläche bildet als Grenzfläche eine typische Grenzschicht einer endlichen Dicke aus, die spezielle thermische Übergangs- und Strömungsmechanismen aufweist. Die Grenzfläche mit der Grenzschicht aus flüssigem oder gasförmigem Medium ist eine relative Ruhezone für das berührende Medium, in der sowohl eventuelle Korrosionsprozesse (Korrosion) als auch Adsorptions- bzw. Anlagerungsprozesse (Adsorption, Anlagerung durch z. B. Kristallisationen des Mediums auf der festen Oberfläche) stattfinden können.

Anlagerungs- oder Kontaminationsvorgänge an der Berandungsfläche hängen von der Qualität der Berandungsfläche (Topographie, Morphologie, Energieniveau) und vor allem auch von der Art und der Größe (Tab. G 4) der Partikel bzw. der sich bildenden Kristalle aus dem Medium sowie von den prinzipiell möglichen Haftkraftwirkungen (Haftkräfte, Tab. G 5) zwischen Partikel und Wand ab.

Partikelarten sind beispielsweise: hydrophile Partikel (polar), hydrophobe Partikel (unpolar), ladungsneutrale Partikel, geladene (anionische oder kationische) Partikel, Ionen.

Sind Grenzflächen mit strömenden Flüssigkeiten oder Gasen belegt, so bilden sich stets hydraulische Grenzschichten aus, deren Eigenschaften von den Strömungseigenschaften des flüssigen / gasförmigen Mediums bestimmt werden. Die (hydraulische) Grenzschicht auf festen Wand- oder Grenzflächen ist mit Dicken von ca. 10–300 µm je nach berührendem Medium (Viskosität) und Oberflächenrauheit (Rauheit) der Wandfläche bzw. Strömungsbedingung (turbulente Strömung oder laminare Strömung) anzusetzen (siehe auch Biofilm).

Grenzflächen haben aus pharmazeutischer Sicht immer dann eine Bedeutung, wenn disperse Systeme (Dispersion) betrachtet werden. Bei dispersen Systemen besteht immer eine Grenzfläche zwischen der dispergierten Phase und dem Dispersionsmedium. Je kleiner der mittlere Teilchendurchmesser der dispersen Phase ist, desto schneller oder bevorzugter lagern sich Teilchen unter Entropiegewinn (Entropie) zusammen; dieser Vorgang beschleunigt sich mit abnehmender Teilchengröße. Eine definierte Teilchengröße ist oft für die Wirkung eines Arzneimittels von großer Wichtigkeit. Aus diesem Grund müssen disperse Systeme unter Verringerung der Grenzflächenenergie z. B. mit Emulgatoren stabilisiert werden.

Grenzflächen beeinflussen auch das Lösungsverhalten, insbesondere die Lösungsgeschwindigkeit, von Substanzen maßgeblich. Die Lösungsgeschwindigkeit verhält sich umgekehrt proportional zum mittleren Teilchendurchmesser (also proportional zur Größe der Grenzfläche), kleine Teilchen lösen sich also schneller als große. Dieser Effekt wird pharmazeutisch zur Verbesserung der Lösungsgeschwindigkeit durch den Einsatz mikronisierter Substanzen (Mikronisierung) oder zur Erzielung eines Depoteffektes, beispielsweise beim parenteralen (Parenteralia) Einsatz von Kristallsuspensionen, also schwerlöslicher Salze von Arzneistoffen, genutzt.

Tab. G 4: Beispiele für Partikel und deren Größen.
Partikel Partikelgröße
Ionen 0,0004 µm
Protein (Eiweiß) 0,003–15 µm
Mikroorganismen
(Bakterien, Keime)
1–6 µm
Caseinmicellen 0,02–0,15 µm
Hefen 5–10 µm
Fette (kugelig) 2–15 µm
Staub 20–60 µm
Kohlenhydrate (Zucker) 2–5 µm
Tab. G 5: An Grenzflächen wirkende Haftkräfte und deren Reichweiten.
Haftkraft Reichweite
Van-der-Waals-Kräfte bis 50 µm, wobei Wirkung ab > 0,05 µm drastisch abfällt
Wasserstoffbrücken
als permanente Dipole
bis 10 µm
Elektrostatische Kräfte bis (5) … 20 µm
Kapillarkräfte bis (1) … 2 µm
Festkörperbrücken-
bindung
Gewichtskräfte

© 2013 – ECV – Lexikon der Pharmatechnologie

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