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Der Visipro DO Ex ist der erste optische Sauerstoffsensor für den Ex-Bereich.

Bild: Hamilton

Optische Sauerstoffsensoren Vor Oxidation schützen

11.08.2017

Schwefelhaltige Verbindungen setzt die pharmazeutische Industrie vielfach ein. Da diese funktionellen Gruppen aber leicht oxidieren, ist bei der Verfahrensentwicklung der Schutz vor Sauerstoff essentiell. Hierfür gibt es jetzt einen optischen Sauerstoffsensor für den Ex-Bereich.

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Die pharmazeutische Industrie macht sich die unterschiedlichen physiologischen Eigenschaften schwefelhaltiger Verbindungen zunutze und stellt Wirkstoffe zum Bekämpfen zahlreicher Krankheiten her. Sulfonamide, Thioether und Sulfone sind dabei die am häufigsten zu findenden funktionellen Gruppen. Sulfonamide waren die ersten systematisch eingesetzten Antibiotika. Damit legten sie den Grundstein für deren Siegeszug im Kampf gegen Infektionen. Sulfone kommen ebenfalls in vielen Medikamenten zum Einsatz, zum Beispiel als Protonenpumpenhemmer und Antibiotika. Penicilline sind die wohl bekannteste Gruppe der schwefelhaltigen Antibiotika. Sie sind auch Jahrzehnte nach ihrer Einführung immer noch wirksam gegen bakterielle Infektionen, obwohl einige Bakterien mittlerweile Resistenzen gebildet haben.

Oxidation in den Griff bekommen

Eine Eigenschaft der Schwefelkomponenten ist, dass sie leicht mit vorhandenem Sauerstoff reagieren. Die Oxida­tion der Schwefelgruppen führt zu unerwünschten Nebenprodukten und gegebenenfalls zum Verlust ganzer Chargen. Der Schutz der Schwefelgruppen vor Oxidation stellt daher eine große Herausforderung bei der Verfahrensentwicklung dar. Eine Möglichkeit, die schwefelhaltigen Bestandteile vor Oxidation zu bewahren, sind sogenannte Schutzgruppen. Nachteil des Verfahrens ist, dass die Schutzgruppen zu einem späteren Zeitpunkt wieder entfernt werden müssen, um die Funktion des Zielmoleküls gewährleisten zu können. Das ist zeitauf­wändig und geht zu Lasten der Ausbeute. Eine effizientere Möglichkeit ist, den Sauerstoffgehalt im Reaktor zu reduzieren.

Zum Überwachen des Sauerstoffgehalts in chemischen und pharmazeutischen Prozessen werden heute vielfach traditionelle, amperometrische Sauerstoffsensoren eingesetzt – vor allem dann, wenn sich die Herstellung der Wirkstoffe in einem explosionsgefährdeten Bereich befindet. Allerdings sind mit dem Einsatz von amperometrischen Sauerstoffsensoren eine zeitraubende Wartung und Instandhaltung verbunden, da regelmäßig Elektrolyt nachgefüllt und über mehrere Stunden polarisiert werden muss. Ohne sorgfältige Vorbereitung der Sensoren ist eine zuverlässige Messung des Sauerstoffgehalts nicht möglich.

Optische Sauerstoffsensoren, die auf dem Prinzip der Fluoreszenzlichtschwächung beruhen, waren für diese Anwen­dungen bislang nicht verfügbar. Ihre elektrische Leistungsaufnahme hatte eine Zulassung für explosionsgefährdete Bereiche verhindert. Durch die Entwicklung optischer Sauerstoffsen­soren mit sehr niedriger Leistungsaufnahme bei gleichbleibender Empfindlichkeit und gleichbleibendem Messbereich, konnten die Sensoren eine Atex- beziehungsweise IECEx-Zulassung erhalten. Damit stehen für die oben genannte Anwendung auch die Vorteile der optischen Sensoren zur Verfügung: sofortige Einsatzbereitschaft ohne zeitraubende Polarisation und einfache Bedienung und Wartung. Das Auffüllen von Elektrolyt und Polieren der Platinelektrode entfallen gänzlich.

Die einzigen Ersatzteile, die benötigt werden, sind eine neue Sensorkappe und ein O-Ring, die sich innerhalb kürzester Zeit wechseln lassen. Der Zeitpunkt dafür kann über die integrierte Sensordiagnostik und Bluetooth-Schnittstelle mittels geeignetem Smartphone oder Tablet abgefragt werden. Ein Qualitätsindikator liefert die benötigte Information. Damit lassen sich Wartungen besser planen und auf ein Minimum reduzieren.

Höhere Wirkstoffausbeute

Der Einsatz des Visipro DO Ex, dem ersten optischen Sauer­stoffsensor für den Ex-Bereich, konnte bei einem für schwefelhaltige Wirkstoffe bekannten, spanischen Hersteller von Active Pharmaceutical Ingredients (API) die Zuverlässigkeit der Messung erhöht, die Wirkstoffausbeute gesteigert und die Handhabung vereinfacht werden. Durch den eingebauten Mikro-Transmitter war es zudem möglich, den Prozess im Labormaßstab platzsparend zu optimieren und auf die Pilotanlage zu übertragen. Ein und dieselbe Technologie über alle Stufen hinweg einsetzen zu können ist eine Grundbedingung vieler Kunden, um Einflüsse unterschiedlicher Messtechnologien auf die Ergebnisse ausschließen zu können. Explo­sionsgefährdete Bereiche sind in der chemischen und pharmazeutischen Industrie häufig zu finden. Die Verwendung von optischen Sauerstoffsensoren mit entsprechender Zulassung erleichtert Anlagebetreibern, hohe Ausbeuten sicherzustellen und vermeidet den Verlust von Chargen.

Da die Technologie ohne zusätzliche Schutzgehäuse und Transmitter auskommt, kann sie auch bei beengten Platzverhältnissen zum Einsatz kommen. Anlagen können dadurch kompakter gebaut werden, ohne auf den Komfort von Vor-Ort-Anzeigen verzichten zu müssen, denn Smartphone oder Tablet übernehmen deren Funktion wie Kalibration und Konfiguration. Damit ist diese Technologie sowohl für Anlagenbauer als auch für Endkunden eine interessante Option.

Weitere Informationen zu Hamilton finden Sie im Business-Profil auf Seite 34.

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