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La filtración en medicamentos es una de las técnicas más habituales, es el paso del preparado a través de una membrana porosa, que en función de su estructura es capaz de retener con mayor eficacia una de las fases. El paso de la sustancia que se desea filtrar a través del elemento filtrante se produce generalmente por acción de un gradiente de presión. La operación se realiza normalmente. Dada la gran variedad de situaciones que pueden presentarse, no siempre es fácil decidir el filtro adecuado para la separación que pretendemos.
El medio poroso se denomina “filtro”, “lecho filtrante” o “medio filtrante” y es la barrera que permite el paso del fluido, pero impide el paso de los elementos dispersos. Los sólidos retenidos en el filtro constituyen el residuo, que forma una “torta” en la superficie del filtro. El líquido a filtrar recibe el nombre de “efluente” o “líquido turbio”, y el que pasa a través del filtro se denomina “filtrado”.
La filtración tiene dos objetivos diferentes, dependiendo de qué es lo que queremos recoger, la “torta” o el “filtrado”. Los objetivos son, por una parte, el aislamiento de materiales en suspensión o de precipitados amorfos o cristalinos y por otra la obtención de líquidos ópticamente transparentes, siendo este el objetivo más interesante desde el punto vista de la Tecnología Farmacéutica.
La preparación de muchas de las formas farmacéuticas (jarabes, soluciones oftálmicas, inyectables…) requiere la obtención de líquidos libres de precipitado amorfo o cristalino, residuos coloidales o gotas de líquido sin disolver. También se utiliza la filtración como técnica de esterilización de medicamentos termosensibles y lo detallaremos más adelante.
Fundamentos generales de la retención de partículas por un elemento filtrante
Cribado y adsorción
Básicamente, la retención puede llevarse a cabo mediante: cribado o tamización y la adsorción. El cribado es un fenómeno mecánico: el filtro retiene las partículas cuyo tamaño es superior al de los poros de la retícula. La acumulación de las partículas sólidas provoca, si son muy numerosas, la colmatación que reduce progresivamente el caudal y puede llegar a anular por completo la recuperación del líquido filtrado.
Por otra parte, la adsorción es un fenómeno físico, las partículas son retenidas a lo largo de canalículos que forman los poros, por mecanismos de atracción electrostática o fuerzas de Van der Waals. Las fuerzas electrostáticas pueden intervenir en el proceso, particularmente cuando el elemento que se ha de filtrar está integrado o contiene partículas ionizadas. Al finalizar el proceso hay que verificarlo, que las partículas en suspensión queden retenidas por el filtro y no se retengan los principios activos disueltos en la solución.
Filtración en superficie y en profundidad
Distinguimos la filtración en superficie y en profundidad según el mecanismo de retención que predomine. En la filtración en profundidad, interviene la adsorción, la suspensión penetra por la red porosa hasta que el diámetro de las partículas es mayor que el del canalículo del poro y las partículas quedan retenidas en el interior del canalículo del medio filtrante por adsorción.
Los filtros en profundidad pueden ser de distintos tipos de algodón, lana, papel poroso, porcelana, polímeros plásticos, vidrio y tierra de diatomeas. Estos filtros en profundidad tienen como ventajas, no se colmatan tan rápidamente como los filtros en superficie y además poseen gran capacidad de retención, ya que retienen partículas tanto en superficie como en el interior de la matriz.
Pero también tienen algunos inconvenientes como que absorben líquidos en su interior, también una posible cesión de impurezas al filtrado y el no garantizar una retención absoluta de las partículas cuyo tamaño sea igual a estos filtros, porque no tienen un tamaño de poro perfectamente definido.
Proceso de filtración
En la filtración en superficie, los poros del medio impiden el paso de sólidos por un proceso de cribado, el filtro retiene los sólidos de tamaño superior al de los poros. Este tipo de filtros si tiene un tamaño de poro definido, por lo que garantizan que las partículas de mayor tamaño a la amplitud de malla del filtro no pasen al filtrado. Aunque son filtros de gran porosidad, tienen poco espesor y pueden colmatarse más rápidamente que los filtros en profundidad. La diferencia más importante entre los filtros de superficie y profundidad es su “límite de separación”.
En los filtros de superficie (membranas filtrantes), que tienen un tamaño de poro definido se expresa como un valor absoluto. Al contrario, los filtros en profundidad solo se les asigna un límite de separación nominal. Para la práctica, los filtros de superficie utilizados son “filtros de membrana”, por su reducido espesor (100-150mm). En estos filtros el grado de porosidad y el tamaño de poro se controlan con precisión. Aunque predomina la retención por cribado, también se produce un mecanismo de adsorción.
El rendimiento del filtro depende de las propiedades del fluido a tratar (composición, temperatura, volumen). Además de la permeabilidad de la membrana, condicionada por su morfología, porosidad y densidad de poros. Las principales ventajas de estas membranas filtrantes son las siguientes:
- El tamaño de los poros se controla en el proceso de fabricación, de forma que la eficacia de retención es prácticamente del 100 %.
- La estructura es homogénea y no posee fibras que puedan desprenderse y contaminar el filtrado.
- Se puede determinar su integridad y su tamaño de poro.
- Su espesor es muy pequeño y retienen muy poco líquido en su interior.
- El medio no migra y no contamina el filtrado.
Características de un sistema de filtración
Un buen filtro debe tener una serie de características:
- Poder de retención elevado de partículas o microorganismos.
- Una gran resistencia mecánica y química, para evitar la rotura del filtro durante su utilización.
- Facilidad de desprendimiento de la torta, sobre todo cuando se desea recoger lo retenido en el filtro.
- Tener un elevado caudal de filtración con mínima resistencia al flujo del líquido. El volumen máximo filtrable y el caudal proporciona datos importantes para evaluar el coste y duración de un proceso.
- Permitir que la membrana pueda filtrar un alto volumen de solución antes de colmatarse (volumen máximo filtrable).
- Que durante la filtración no se produzca la extracción de ningún componente del filtro.
- Tener elevado caudal de filtración con mínima resistencia al flujo del líquido.
- Que tenga nula (o la menor posible) capacidad de adsorción de sustancias, así como de componentes de la formulación de bajo peso molecular. Hoy se dispone de filtros de baja capacidad de adsorción de proteínas.
Un modo de filtración se define esencialmente en función de la porosidad del filtro y del caudal de líquido, problema capaz de ser tratado en unas condiciones estandarizadas de trabajo. El caudal o velocidad de flujo (Q) es el volumen de líquido (V) que se filtra por unidad de tiempo (t), tal y como indica la ecuación: Q = V/t Sin embargo, resulta más interesante definir el proceso de filtración en términos de flujo de líquido (J), pues esto tiene en cuenta el área o superficie de filtración (A).
Por ello: J = V/At Entonces el caudal será: Q = J · A El caudal se expresa en unidades de volumen/ tiempo y el flujo en unidades de longitud/tiempo. Teóricamente, puede determinarse también mediante la fórmula de Poiseville: V= NdPr4/8nL.
La industrialización en medicamentos
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