Come è risaputo, l’acqua costituisce un ottimo substrato per la crescita, lo sviluppo e la riproduzione di numerose forme microbiche e miceti, perciò, l’acqua che verrà utilizzata per scopi industriali, chimici, farmaceutici o alimentari dovrà rispecchiare delle caratteristiche che ne garantiscano la salubrità ed un’assenza totale (o quasi) di contaminanti, al fine di permetterne l’uso per i fini cui è destinata.
I trattamenti di purificazione o depurazione delle acque sono molteplici e tutti differenti tra loro, poiché differente sarà il fine ultimo del substrato stesso e, a seconda dell’utilizzo finale, l’acqua dovrà rispettare dei valori tabellati, per quanto concerne, per esempio, la presenza di sali minerali, la quota di gas disciolti, etc.
Il primo metodo di depurazione delle acque è sicuramente:
a) trattamento di DISTILLAZIONE SEMPLICE: il quale restituisce un acqua utilizzabile per fini alimentari, industriali e farmaceutici, anche se, se quest’ultima dovesse essere effettivamente destinata ad un preparato medicinale, sicuramente non potrà essere adoperata come veicolo per un preparato iniettabile.
L’acqua quindi viene introdotta all’interno di un distillatore, si porta alla T di evaporazione, il pallone di reazione è collegato ad una camicia refrigerante dove scorre acqua raffreddata a T inferiori a quella ambientale, comprese tra 10 e 15°C, quindi andrà a condensare all’interno del pallone di raccolta. L’impianto di distillazione è costituito interamente in vetro ad alta resistenza idrolitica e con un sistema (trappole) che impedisce al vapore di trasportare particelle in sospensione o materiale estraneo all’interno dell’ambiente dove si andrà a raccogliere il distillato finale. Dal distillato vengono eliminate il 5-10% delle frazioni di testa ed il 10-20% del prodotto di coda, i quali possono contenere impurezze bassobollenti o altobollenti che contaminerebbero il prodotto finale.
Questo tipo di acqua, in Farmacopea Ufficiale, va sotto la dicitura di “acqua depurata” ed è da non confondere dall’acqua p.p.i., la quale richiede criteri più severi di purificazione. È comunque utilizzabile ai fini alimentari ed industriali, ma anche per preparati farmaceutici per uso orale o topico.
b)ACQUA DEMINERALIZZATA: per andare ad eliminare eventuali sali minerali disciolti all’interno del nostro veicolo idrofilo si procede secondo un trattamento a step. Il primo passaggio prevede il passaggio della soluzione da trattare in filtri, con pori micrometrici a granulometria decrescente, costituiti da Alluminio Solfato o Potassio Solfato. Il solfato in acqua subisce idrolisi dando appunto vita ad idrossidi che precipitano a livello del filtro e creano delle vere e proprie membrane che impediscono il passaggio a materiale contaminante grossolano. Il processo di demineralizzazione vera e propria viene effettuato attraverso l’uso di resine a scambio ionico, quindi cationico o anionico. Le resine a scambio anionico attrarranno appunto anioni disciolti in soluzione, i quali andranno a sostituire gruppi ossidrilici legati alla resina stessa, la quale è costituita da sali di ammonio primario, secondario, terziario o quaternario. Le resine a scambio cationico sono prevalentemente costituiti da gruppi funzionali acidi, capaci di donare un protone H+ alla soluzione e di prelevarne cationi monovalenti (Na, K) disciolti in essa, poiché presenta gruppi solfati (R-SO3-H), metilsolfati (R-CH2-SO3H), carbossilici, (R-COOH) fenolici (Ph-OH). Grazie a questo trattamento, quello che in realtà avviene è il classico fenomeno di “addolcimento delle acque”, dove viene ridotta appunto la durezza dell’acqua per allontanamento di sali “duri” di Ca e Mg. Al termine del trattamento di demineralizzazione, le resine verranno ad essere rigenerate utilizzando, ad esempio, per quanto riguarda quelle cationiche, utilizzando una soluzione acida molto concentrata (HCl in acqua a concentrazioni molari elevate). Anche in questo caso, per quanto riguarda l’uso farmaceutico, quest’acqua verrà definita “acqua depurata F.U.” e potrà essere utilizzata per preparati per uso esterno o orale.
c)DEGASAMENTO di acque: il processo di dissoluzione di un gas all’interno di un liquido è regolato dalla Legge di Henry, la quale afferma che la frazione molare del gas che dissolve nel liquido dipende dal prodotto di due parametri, la Pressione “P” con cui il gas insiste sul solvente e dal coefficiente di solubilità “sigma”, il quale è un coefficiente che varia da gas a gas e dal tipo di interazione solvente e gas che si deve andare ad instaurare. I gas sono sistemi per definizione molto “disordinati”, con un parametro di interazione praticamente nullo. L’interazione gas-solvente è un processo esotermico poiché, ciò che si va a formare ha un grado di “ordine” maggiore rispetto al sistema non solvatato. Questa energia in surplus che costituisce le particelle di gas libere viene dissipata tramite liberazione di calore che viene ceduto alla soluzione. Secondo il Principio di Le Chatelier, quindi, andando ad aumentare la T del sistema, si sposterà l’equilibrio verso sinistra e quindi il gas diffonderà verso l’esterno, rompendo le interazioni con le molecole di solvente. Degasare una soluzione, soprattutto se questa dovrà avere un utilizzo alimentare, industriale e/o farmaceutico vuol dire aumentare la stabilità della stessa, poiché il gas all’interno può sviluppare:
-fenomeni ossidativi (vedi O2)
-diminuire il pH della stessa
-produrre fenomeni di instabilità delle sospensioni (fluttuazioni di particelle sospese)
-produrre effervescenza (bicarbonati in soluzioni acide si convertono in acqua e CO2).
d)OSMOSI INVERSA: l’osmosi inversa sfrutta in maniera particolare il processo osmotico diretto, il quale, definisce quel fenomeno per cui, avendo un sistema contenente in un compartimento 1 solo solvente ed in un compartimento 2 una soluzione (solvente + soluto), secondo il potenziale chimico dei costituenti dei due compartimenti, ci sarà un aumento del volume del compartimento contenente la soluzione per passaggio di solvente dal C1 al C2, che andrà così a diluirlo. L’osmosi inversa invece sfrutta questo fenomeno chimico-fisico, però al contrario, ovvero, applicando una pressione maggiore a quella che produce il solvente puro che insiste sulla membrana semipermeabile che separa i due compartimenti, si otterrà un passaggio dal C2 verso il C1, e la Pressione Osmotica sarà proprio la Pressione Idrostatica prodotta dal volume d’acqua che si forma dopo un certo tempo. In questo modo il C1 si arricchirà di solvente puro, mentre il C2 si impoverirà di solvente il quale, per pressione, verrà costretto a passare nell’altro comparto, secondo un processo che inverte la natura dello stesso, ovvero quello di passare da un sistema a concentrazione minore verso uno a concentrazione maggiore, al fine di diluirlo.
e)BIDISTILLAZIONE: questo metodo è l’unico riconosciuto in Farmacopea Ufficiale, per ottenere acqua sterile ed utilizzabile per preparati farmaceutici che richiedono sterilità, come le forme iniettabili. Molto spesso, le acque non trattate con questo metodo, contengono pirogeni, sostanze rilasciate dalle forme microbiche, come gli LPS (lipopolisaccaridi), capaci di alterare il set-up termico ipotalamico ed indurre febbre ed altri fenomeni flogistici a livello corporeo. I pirogeni resistono alla maggior parte dei trattamenti enunciati precedentemente e quindi la loro eliminazione potrà avvenire solamente tramite trattamento di acque per bidistillazione. Questo processo prevede che, l’acqua venga distillata in impianto di distillazione, utilizzando un forte ossidante, come ad esempio il permanganato (KMnO4) capace di ossidare l’eventuale contaminante organico presente (di derivazione microbica). Il tutto avviene in ambiente acido per mantenere lo stato d’ossidazione massimo del manganese stesso, che permette il processo ossidativo. Spesso viene utilizzato l’Acido Solforico per produrre l’ambiente acido e neutralizzare le scorie organiche liberate sotto forma di NH3 dal processo ossidativo; viene sconsigliato invece l’utilizzo di HCl poiché il cloruro di ammonio che si formerebbe sarebbe difficile da allontanare dall’impianto di distillazione. Il distillato non costituisce l’acqua finale, bensì dovrà essere ritrattato, in presenza di Ba(OH)2, idrossido di bario. L’idrossido di Bario permette di sequestrare tutto il materiale organico ossidato sotto forma di CO2 e di precipitarlo in BaCO3, Carbonato di Bario, insolubile in acqua. Il distillato verrà opportunamente filtrato, mentre il precipitato solido viene allontanato e scartato dal bacino di raccolta.
In questo modo si otterrà acqua sterile che potrà essere utilizzata per preparare forme farmaceutiche sterili o in tutti i quei casi si voglia disporre di un veicolo disperdente esente da contaminanti microbici e non.
Dott Pietro Amico