TOC-Prozessanalytik für Reinstwasser: Kontinuierliche Qualitätskontrolle in der Arzneimittelproduktion
Reinstwasser in der Arzneimittelherstellung erfordert höchste Qualitätsstandards. TOC-Prozessanalysatoren wie der TOC-1000e überwachen kontinuierlich die Wasserreinheit durch UV-Oxidation und direkte Leitfähigkeitsmessung. Die Bypass-Anbindung an Reinstwasseranlagen ermöglicht Echtzeit-Analysen ohne Kontamination. Mit flexiblen Messzyklen, GMP-konformer Dokumentation und digitaler Datenintegration gewährleisten diese Systeme lückenlose Qualitätskontrolle für pharmazeutische Produktionsprozesse.
Autor: Sascha Hupach, Shimadzu Deutschland
Echtzeit-Überwachung von Wasserqualität durch UV-Oxidation und Leitfähigkeitsmessung nach GMP-Standards
Pharmaunternehmen richten ihre Produktionsprozesse nach den Vorgaben der aktuellen Arzneibücher und den Qualitätsstandards der „Guten Herstellungspraxis“ (Good Manufacturing Practice, GMP) aus. Ein wirksames Qualitätsmanagementsystem sichert die Arzneimittelqualität und schützt die Patienten. Dazu gehören auch analytische Methoden, die die Reinheit von Medien wie Wasser überwachen. Die Arzneibücher definieren verschiedene Wassertypen, etwa Aqua purificata, und legen Grenzwerte für spezifische Parameter fest.
Um Wasser in der erforderlichen Reinheit bereitzustellen, kommen Verfahren wie Umkehrosmose, Ultrafiltration, Destillation oder Ionenaustausch zum Einsatz – oft in Kombination. Große Reinstwasseranlagen reinigen das Wasser zentral. Ringleitungen verteilen es durch den Produktionsbetrieb, überschüssiges Wasser fließt zurück in die Anlage. An Entnahmestellen (Points of Use) steht das Wasser für die Medikamentenherstellung bereit.
Zur Kontrolle entnimmt man Wasserproben und analysiert sie im Labor. Ergänzend dazu gewinnen Prozessanalysatoren an Bedeutung. Diese Geräte werden über einen Bypass an die Wasseranlage, die Ringleitung oder einen Point of Use angeschlossen. Ein Teilstrom des Wassers fließt kontinuierlich durch den Analysator, der die Wasserqualität in Echtzeit überwacht.
TOC-Prozessanalytik
Ein Beispiel für ein solches System ist der TOC-1000e von Shimadzu. Er misst die TOC-Konzentration und die elektrische Leitfähigkeit mithilfe von UV-Oxidation und direkter Leitfähigkeitsmessung. Dabei leitet das System einen Teilstrom des Reinstwassers durch den Analysator. Zunächst passiert das Wasser eine UV-Lampe, die zu Beginn ausgeschaltet bleibt. Anschließend misst eine Zelle die Basisleitfähigkeit des Wassers, indem sie die vorhandenen Ionen im Leitwert erfasst.
Danach stoppt das System den Wasserstrom und schaltet die UV-Lampe ein. Das UV-Licht erzeugt OH-Radikale, die organische Substanzen in Kohlenstoffdioxid umwandeln. Dieses löst sich im Wasser und erhöht als Hydrogencarbonat-Ion die Leitfähigkeit. Nach 70 s wird der Wasserstrom wieder in Bewegung gesetzt – die Probe passiert schließlich die Messzelle, und der erhöhte Leitwert wird erfasst. Aus der Differenz der beiden Leitfähigkeiten kann nun die TOC-Konzentration berechnet werden.
Anbindung an das Leitsystem
Die Bypass-Anbindung verhindert Verunreinigungen durch die Umgebung oder Luft – ein klarer Vorteil gegenüber Laboranalysen, da sie Fehlerquellen minimiert. Der TOC-Messbereich reicht von 0,1 µg/l bis 2.000 µg/l, der Leitfähigkeitsbereich von 0,023 µS/ cm bis 206 µS/ cm. Mit weniger als 3 kg Gewicht ist das kompakte Gerät leicht und flexibel einsetzbar – es passt hinter ein DIN-A4-Blatt.
Die Messzyklen lassen sich flexibel einstellen, von wenigen Minuten bis zu mehreren Stunden. Das kürzeste Intervall ermöglicht eine Analyse alle 2,5 min wodurch das Reinstwasser lückenlos überwacht werden kann. Die Analysedaten werden entweder über Modbus oder als analoges Signal (4...20 mA) an eine Prozessleitwarte ausgegeben. Alarme lassen sich bei Grenzwertüberschreitungen aktivieren.
Der TOC-1000e verfügt über einen internen Speicher, der per USB-Schnittstelle ausgelesen werden kann. Eine LAN-Schnittstelle ermöglicht den Zugriff auf die Daten über PC oder Tablet – ein Webbrowser genügt. Alternativ lassen sich die Daten als Datei herunterladen, auf einem USB-Stick speichern oder direkt im PDF-Format ausdrucken. Tagesberichte zur Wasserqualität können im PDF-Format erstellt werden.
Im regulierten Umfeld der Pharmaindustrie sind die Validierung der Systeme, die lückenlose Dokumentation und die Datenintegrität entscheidend. Die eTOC-Serie erfüllt mit Benutzerverwaltung und Audit-Trail alle Anforderungen der GMP und GLP (Good Laboratory Practice). Zudem lassen sich die Geräte mit der LabSolutions-Software von Shimadzu verbinden, die die in CFR 21 Part 11 geforderte Datenintegrität sicherstellt und digitale Signaturen für die Datenfreigabe ermöglicht.
Fazit
Reinstwasser, das etwa für die Arzneimittelherstellung genutzt wird, muss höchsten Qualitätsstandards genügen. Eine kontinuierliche Überwachung ist daher unverzichtbar. TOC-Wert und Leitfähigkeit lassen sich mit einem Prozessanalysator schnell, präzise und in Echtzeit messen.
Sascha Hupach
Shimadzu Deutschland
© Shimadzu
Dieser Beitrag ist in CITplus 9/2025 erschienen
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