95 度で 5% の乳酸を含む医薬品反応器内で、500 時間の浸漬後に最も低い金属イオン浸出率を示すチタン グレード (グレード 1、グレード 2、またはグレード 7) はどれですか?

濃度 5%、温度 95 度の乳酸 (CH3CHOHCOOH) は、医薬品の発酵やバイオプロセスに利用されます。チタンヒーターから溶け出した金属イオンは、望ましくない反応を促進したり、デリケートなアイテムを汚したりする可能性があります。金属イオン (主にチタン イオン (Ti 4+ ) と少量の合金元素) が浸出する速度は、不動態層の安定性に依存します。グレード 1 は、最も均一で欠陥のない不動態皮膜と、鉄含有量が最大 0.12% と最も低いチタン浸出率を特徴とします。{8}}グレード 2 (0.20-0.30% 鉄) は、鉄が豊富な金属間化合物粒子が局所的なガルバニックセルを確立するため、グレード 1 の 2 ～ 3 倍の速度で浸出します。グレード 7 (パラジウム 0.15%) は、グレード 1 の 1.5 ～ 2 倍の中間の速度で浸出しますが、一部の製薬用途では許容できない可能性がある汚染物質としてパラジウム イオンを導入します。

チタン金属イオンの乳酸への溶解機構

乳酸は弱還元酸であり、チタン不動態皮膜をゆっくりと溶解します。陰極の金属間化合物粒子（Ti2Fe、パラジウム-が豊富な領域）と陽極のチタンマトリックス間の局所的な電気接続により、溶解速度が制御されます。グレード 1 は鉄に富む粒子の量が最も少なく、最も均一な不動態皮膜と最も低い溶解速度をもたらします。浸出速度は一定で予測可能であるため、医薬品中の金属イオンの蓄積を長期的に予測できます。-グレード 2 では、Ti2Fe の鉄-が豊富な粒子が微小ガルバニ電池を形成し、局所的な溶解を促進し、その結果全体的な浸出速度が増加します。グレード 7 では、パラジウムの表面濃縮によりグレード 2 と比較して浸出速度が減少しますが、新たな金属汚染も追加されます。

500時間浸漬後の定量的金属イオン浸出率

5% 乳酸、95 度 (pH 2.5、脱気) で 500 時間の対照試験。さまざまなチタングレードの累積チタンイオン放出量。しかし、グレード 1 チタンは通常 0.05 ～ 0.08% の鉄を含み、表面積 1 平方センチメートルあたり 1 リットルの溶液中に 1 平方センチメートルあたり 0.8 ～ 1.2 μg のチタン、または 1.6 ～ 2.4 ppb のチタンを放出します。グレード 1 からの鉄放出は検出されませんでした。鉄の平均割合が 0.20% のグレード 2 チタンは、2.0 ～ 3.5 μg/cm2 のチタンと 0.1 ～ 0.3 μg/cm2 の鉄を放出します。または、グレード 1 の 2 ～ 3 倍のチタン浸出率です。 0.15 パーセントのパラジウムと 0.20 パーセントの鉄を含むグレード 7 チタンからのチタンとパラジウムの典型的な放出率は、1.2 ～ 2.0 μg/cm2 チタンです。パラジウムはそれぞれ 0.05 ～ 0.10 ug/cm² です。 0.3 % モリブデンと 0.8 % ニッケルを含むグレード 12 チタン合金は、1.5 ～ 2.5 μg/cm 2 のチタンと、モリブデンとニッケルの合計 0.2 ～ 0.5 μg/cm 2 を放出しました。グレード 12 チタン合金は、ニッケルとモリブデンの毒性の問題により、医薬品用途には適していません。

乳酸濃度と温度が浸出速度に及ぼす影響

浸出率は、すべてのグレードで酸濃度と温度とともに増加します。 80 度の 2% 乳酸では、グレード 1 は 500 時間で 0.5 ～ 0.8 μg/cm 2 を放出し、グレード 2 は 1.2 ～ 1.8 μg/cm 2 を放出し、グレード 7 は 0.8 ～ 1.2 μg/cm 2 を放出します。 5% 乳酸および 95 度で、グレード 1 は 0.8 ～ 1.2 μg/cm^2、グレード 2 は 2.0 ～ 3.5 μg/cm^2、グレード 7 は 1.2 ～ 2.0 μg/cm^2 を放出します。 10% 乳酸および 95 度で、グレード 1 は 1.5 ～ 2.5 μg/cm2、グレード 2 は 4.0 ～ 6.0 μg/cm2、グレード 7 は 2.5 ～ 4.0 μg/cm2 を放出します。圧力下、110 度で 5% 乳酸のグレード 1 は 2.0 ～ 3.0 μg/cm2 を放出し、グレード 2 は 5.0 ～ 8.0 μg/cm2 を放出し、グレード 7 は 3.0 ～ 5.0 μg/cm2 を放出しました。浸出の活性化エネルギーはすべてのクラスでおよそ 50 kJ/mol であり、同じ基本的な溶解メカニズムを意味します。

医薬品乳酸菌サービス向けチタングレード選択ガイド

以下の表は、医薬品内の許容される金属イオンの制限と製造プロセスの感度に基づいて、チタンのグレードを選択する際の方向性を示しています。

製品に許容されるチタンの最大量 (ppb/年) その他の金属の最大許容量 (ppb) 推奨グレード 予想されるチタン放出量 (μg/cm2/年) 必要な表面仕上げ<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 (非-) 制限なし グレード 2 またはグレード 7 40–80 グレードの選択と表面仕上げを超えるあらゆるエンジニアリング

チューブの表面仕上げは、金属イオンの浸出に重要な影響を与えます。電解研磨された表面 (Ra < 0.3 µm) は、表面の鉄汚染が除去され表面積が減少するため、すべてのグレードで浸出率が 30 ～ 50% 減少します。 Ra が 0.6 ～ 0.8 μm の酸洗表面では、浸出率が引抜表面と比較して 20 ～ 30% 減少します。壁の厚さは単位面積あたりの浸出率には影響しませんが、時間の経過とともに金属の総放出量に影響します。不動態皮膜が安定するにつれて浸出速度は時間とともに低下し、1000 時間後の浸出速度は通常、500 時間にわたる初期の平均よりも約 30-50% 低くなります。 20% 硝酸中で 50 度、2 時間事前不動態化処理を施したすべてのグレードで、初期浸出率が 50 ～ 70% 減少します。

知識に基づいた仕様

95 度の 5% 乳酸を含む医薬品反応器内のチタン ヒーターの場合、最終製品のチタン 10 ppb 未満という厳しい金属イオン制限のある製品にはグレード 1 チタンを選択する必要があります。それほど要求の厳しい用途には、電解研磨仕上げのグレード 2 が適しています。表面仕上げは Ra < 0.3 µm まで電解研磨し、20% 硝酸中で 50 度で 2 時間、事前に不動態化処理します。-鉄含有量がグレード 1 の場合は 0.08% 未満、グレード 2 の場合は 0.15% 未満であることの証明を要求します。グレード 7 を使用する場合は、試運転中に 95 度の 5% 乳酸中で 168 時間の浸出試験を実施し、溶液のチタン、鉄、パラジウムを評価します。許容値は Ti < 5 μg/cm2 および Fe < 0.5 μg/cm2 です。エンジニアは、ホット乳酸製薬サービスで最も低い金属イオン浸出率を得るために、グレード 2 またはグレード 7 よりもグレード 1 を選択します。