Online-Messmethoden

Die Durchführung von Messungen an von Reinstwasser mit Online-Analysatoren bietet in der Prozessindustrie zahlreiche Vorteile im Vergleich zu Laboranalysen. Sie macht eine kontinuierliche Überwachung der Wasserqualität in Echtzeit möglich. So kann dadurch schnell auf Veränderungen der Wasserqualität oder Störungen reagiert werden. Die Analyseergebnisse liegen zudem schneller vor. Bei der Online-Analyse wird die Probe automatisch entnommen – die Zeit für den Probentransport ins Labor und für die Analyse entfällt oder wird minimiert. Durch die Automatisierung wird zudem das Risiko aufgrund menschlicher Fehler, die bei Probenahme, Vorbereitung und Analyse auftreten können, minimiert. Das gilt in erhöhtem Maße für Gefahren der Probenverunreinigungen durch äußere Einflüsse beim Betrieb oder aus der Laborumgebung. Nicht zuletzt können die pharmazeutischen Hersteller sicherstellen und belegen, dass sie die regulatorischen Anforderungen an die Reinstwasserqualität erfüllen.

Prozessanalysen von TOC

Mit Prozessanalysatoren wie dem Gerät TOC-1000e von Shimadzu lässt sich Reinstwasser online überwachen. Er wird über einen Bypass mit geringem Fluss an der Reinstwasserleitung angeschlossen und permanent mit frischem Reinstwasser durchströmt. Im Gerät wird zunächst die elektrische Leitfähigkeit des Wassers gemessen – der erste wichtige Parameter zur Bestimmung der Reinheit. Das Wasser fließt durch eine UV-Lampe, die nach der Leitfähigkeitsmessung aktiviert wird. Bei der Bestrahlung des Wassers entstehen reaktionsfähige OH-Radikale, die organische Substanzen zu Kohlenstoffdioxid oxidieren. Dabei wird beim TOC-1000e-Gerät keine herkömmliche quecksilberhaltige UV-Lampe verwendet, sondern es setzt – als erstes System dieser Art – auf die Excimer-Technologie. Hier wird zur UV-Strahlung Xenon statt Quecksilber angeregt, das nicht nur umweltfreundlich, sondern auch energiereicher ist. So wird Strahlung einer Wellenlänge von 172 nm statt 185 nm ausgesandt. Nach der Oxidation löst sich das entstehende Kohlenstoffdioxid in dem Reinstwasser und bildet Hydrogencarbonat-Ionen, die die elektrische Leitfähigkeit des Wassers erhöhen. Durch die Messung der elektrischen Leitfähigkeit vor und nach der Oxidation kann der TOC-Gehalt berechnet werden. Dies ist eine recht schnelle und robuste Methode zur TOC-Bestimmung in Reinstwässern. Eine Messung dauert 2,5 Minuten.

Die Leitwarte

Um eine schnelle Reaktion auf Veränderungen der Reinstwasserqualität zu ermöglichen, werden Ergebnisse der Online-Analysatoren direkt an eine Prozessleitwarte gesendet. Das geschieht etwa mittels Übertragung eines elektrischen Signals (zumeist ein 4- bis 20-mA-Signal). Es gibt aber auch die Möglichkeit, ein Protokoll per Modbus zu senden oder zusätzlich einen täglichen Messreport auf einem Server abzulegen. Darüber hinaus können verschiedene Alarme bei Überschreitung individuell eingestellter Grenzwerte ausgegeben werden.

Regulatorische Anforderungen

Zu den von Arzneibüchern vorgeschriebenen Reinheitskriterien für Reinstwasser kommen weitere Vorgaben zur Qualitätssicherung der Produktionsabläufe. Diese werden in den Grundsätzen und Leitlinien der "Guten Herstellungspraxis" (GMP = Good Manufacturing Practice) formuliert. Diese enthalten neben Angaben zur Qualifizierung und Validierung der Verfahren und Prozesse u. a. auch Vorgaben zum Änderungsmanagement (Change Management). Bezogen auf das Analysensystem müssen alle (Ver-)Änderungen der Methoden und Messbedingungen nachvollziehbar und begründet sein. Systeme sollten daher über eine dezidierte Nutzerverwaltung verfügen, die Anwendern und Anwenderinnen unterschiedliche Nutzungsrechte zuweist. Im TOC-1000e-System z. B. werden zudem alle Eingaben, Änderungen sowie Fehler oder Störungen für eine lückenlose Dokumentation in einem Audit Trail erfasst und gespeichert. Weitergehende Anforderungen an das System, wie die der CFR 21 Part 11, in der die elektronische Signatur zur Freigabe der Daten sowie zur Sicherung der Datenintegrität beschrieben werden, können durch zusätzliche Anbindung an eine Datenbank erfüllt werden.

Fallbeispiel: Überwachung des Reinstwasserkreislaufs

In den Kellerräumen eines pharmazeutischen Herstellerbetriebes stehen eine oder mehrere Anlagen zur Aufreinigung von Rohwasser. Das Rohwasser stammt aus Grundwasserpumpstationen, Brunnen oder dem Trinkwassernetz. Durch unterschiedliche Techniken, wie Umkehrosmose, Ionenaustausch, UV-Bestrahlung, Ultrafiltration oder andere, wird in mehreren Stufen Reinstwasser gewonnen. Zur Herstellung der Arzneimittel wird das Wasser über Ringleitungen durch den Betrieb gepumpt. An den Verbrauchsstellen (Points of Use) wird Reinstwasser entnommen, der Rest fließt über die Ringleitung zurück zur Wiederaufbereitung. Prozessanalysatoren überwachen hier nun engmaschig den Auslass des Reinstwassers an der Reinstwasseranlage – Veränderungen an der Wasserqualität und somit der Anstieg von Kontaminanten werden sofort erkannt und ermöglichen somit schnelles Handeln. Weitere Online-Analysatoren können zudem am Point of Use das entnommene Wasser überwachen, da Verunreinigungen auch aus den Rohren und Leitungen stammen könnten.

Fazit

Die Anforderungen an die Qualitätssicherung und an die Produktionsabläufe in der Herstellung von Arzneimitteln und Wirkstoffen sind hoch. Um die Reinheit des verwendeten Wassers zu belegen, werden u. a. die elektrische Leitfähigkeit und der Gehalt des TOC erfasst. Dazu wird mehr und mehr Prozessanalytik eingesetzt, die eine zeitnahe und kontinuierliche Überwachung möglich macht. Die Verwendung von Online-Analysatoren trägt dazu bei, die Sicherheit und Qualität der Überwachung von Reinstwasser in der pharmazeutischen Industrie zu verbessern.

AUTOR
Sascha Hupach
Produktspezialist TOC
Shimadzu Deutschland, Duisburg
Tel.: 0203/7687-0
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www.shimadzu.de