Filtration Pharmaceutique PDF

OPÉRATIONS PHARMACEUTIQUES FILTRATION DES LIQUIDES  PLAN DU COURS I. Définition II. Intérêts III. Principe IV. Types V. Mécanismes de rétention VI. Les filtres VII. Substances filtrantes VIII. Montage de filtration IX. Contrôle de filtration Conclusion  I- DÉFINI...

OPÉRATIONS PHARMACEUTIQUES FILTRATION DES LIQUIDES  PLAN DU COURS I. Définition II. Intérêts III. Principe IV. Types V. Mécanismes de rétention VI. Les filtres VII. Substances filtrantes VIII. Montage de filtration IX. Contrôle de filtration Conclusion  I- DÉFINITION La filtration consiste à retenir, à l’aide d’un réseau poreux, d’une surface filtrante des contaminants particulaires et/ ou microbiens en suspension dans un liquide ou un gaz; Le fluide filtré s’appelle : Filtrat  II- INTERETS Opération essentielle en pharmacie qui permet : ✔Obtenir une solution parfaitement limpide (exempte de particules en suspension) après les dissolutions. ✔Récupérer un précipité par filtration. ✔Vérifier la bonne dissolution du PA en s'assurant de l'absence de particules sur le filtre. ✔Assurer la stérilité de certaines préparations. III- PRINCIPE ▪ Une surface filtrante est une paroi poreuse dont les pores se rejoignent pour former des canalicules, assimilables à des capillaires et dont l’ensemble constitué un réseau. ▪ La rétention des particules se fait essentiellement par un phénomène de criblage ou (tamisage), c.-à-d., par arrêt de toute les particules dont le diamètre est supérieur à celui de pores. ▪ Au cour de la filtration, des particules de taille inferieure sont aussi retenues à l’intérieur des canalicules grâce à des phénomènes physiques d’adsorption.  III- TYPES ⮚ Selon la taille des particules On distingue : ❑ La filtration clarifiante ❑ La microfiltration ❑ L’ultrafiltration ❑ l’osmose inverse Nb : si l’objectif est l’élimination des micro- organisme => Filtration stérilisante. ⮚ Selon la technique utilisée 1-Filtration frontale Ensemble du fluide traverse perpendiculairement le milieu filtrant. Colmatage rapide. Surtout la filtration clarifiante et la microfiltration qui sont mises en œuvre de façon frontale. 2-Filtration tangentielle Consiste à faire passer le fluide tangentiellement à la surface du filtre. C'est la pression du fluide qui permet à celui-ci de traverser le filtre. Le colmatage s'effectue ainsi beaucoup moins vite. Réservée surtout à l’ultrafiltration et l’osmose inverse.  IV- MÉCANISMES DE RÉTENTION 1- Criblage /processus mécanique Le filtre retient les particules dont la taille > à celles des pores des réseaux. Risque de colmatage du filtre => réduire la vitesse de filtration voire l’arrêter. => prévoir une grande surface de filtration ou avoir recours à des préfiltres. 2-Adsorption/phénomène physique Rétention à l’intérieur des canaux de particules de taille < à celle des pores, par interaction physique entre les particules et le matériau constituant le filtre. Elle dépend du débit et de la pression. Risques de compétition entre divers matériaux adsorbables. 3- Impact inertiel Les particules quittent le flux du fluide en raison de leur inertie, et sont retenues dans les recoins de la substance poreuse.  V- FILTRES ⮚ Composés du milieu filtrant poreux + support ⮚ Ont plusieurs formes: membranes, feuille, plaques, cartouche… 1-Types de filtres Filtre en profondeur Épaisseur > mm Obtenu par compactage du matériaux fibreux ou pulvérulents. Rétention se fait principalement par adsorption. 2-Filtres écrans (membrane) Très faible épaisseur ( de 100 à 150 µm) Rétention par criblage , très peu par adsorption Caractérisés par une grande porosité. 2-Caractéristiques physiques des filtres 2-1 Capacité de rétention Correspond au diamètre de la plus grande particule solide qui passe à travers le filtre. pour le criblage -> Diamètre moyen des pores. pour l'adsorption -> Seuil de rétention. Diamètre moyen des pores La porosité est déterminée par la mesure d'une pression, selon la formule suivante : d: diamètre des pores k: cte des conditions opératoires α: tension superficielle du liquide. p: pression Seuil de rétention C'est le diamètre de la plus grande particule sphérique solide qui passe à travers du filtre dans des conditions données.  2-2Débit ✔En théorie le débit peut être exprimé par la loi de Poiseuille : D = N.r4ΔP/ 8ηL N : nombre de canaux L : résistance du filtre exprimée par la longueur des tubes capillaires r : rayon moyen des pores η : viscosité du fluide ΔP : différence de pression entre les 2 faces du filtre. ✔En pratique le débit est déterminé en mesurant le temps que met un volume de liquide pour traverser le filtre.  VI- SUBSTANCES FILTRANTES 1-Fibres de cellulose ⮚ les plus utilisées. ⮚ Retirées du coton, des déchets textiles, de divers tissus végétaux. ⮚ Ont plusieurs présentations : fibres de coton, tissus de coton, plaques, disques et papiers filtrants de toutes formes et épaisseurs. ⮚ Utilisés secs ou imprégnés d’eau ⮚ Les filtres de cellulose sont stérilisables par la vapeur d’eau. 2- Fibres de laine ⮚ Constituent des réseaux moins serrés, qui permettent des filtrations à grand débit. 3- Filtres de matière plastique ⮚ I l s’agit de polyamides, polyuréthannes, polyesters.. ⮚ Très résistantes, faciles à confectionner ⮚ Cèdent peu de fibres par entrainement. ⮚ Certains d’entre eux sont stérilisables. ⮚ Lorsque les matières plastiques sont jointes à la cellulose, on obtient des papiers enduits. 4- Membranes organiques ⮚Constituées par des dérivés de la cellulose : essentiellement l’ester de cellulose. ⮚Très utilisées pour la filtration stérilisante et pour la filtration clarifiante. ⮚Diamètre des pores bien défini. ⮚Assurent un débit très élevé (porosité peut atteindre 80 %.) ⮚La rétention essentiellement par criblage. ⮚Stérilisables par la chaleur humide à 120°C. ⮚Assez minces, assez fragiles, et nécessitent un support rigide pour la filtration. 5- Verre fritté ▪ Très employés en filtration, du fait de leur inertie chimique. ▪ Réseau rigide, poreux, de charge électrique négative. ▪ Constitué par soudure entre elles de particules de verre dont le calibre conditionne la porosité. ▪ Préparation - Pulvérisation du verre neutre. - Calibrage de la poudre par tamisage ou sédimentation. - Tassage de la poudre dans des moules en inox. - Chauffage dans un four à t° légèrement < tf du verre. - Les particules se soudent les unes aux autres par fusion partielle laissant des espaces de dimension déterminée. 7- Les adjuvants de la filtration (poudres filtrantes) - Les filtres fibreux ou rigides peuvent être surmontés par une couche poreuse de poudre qui facilite le dépôt des impuretés et évite le colmatage des fibres. Exemples la poudre de charbon le kaolin les fibres de verre la terre d’infusoire. Inconvénient Risques de rétention des PA dissous. VII- MONTAGE DE FILTRATION 1-Filtration par gravité Passage du liquide à travers le filtre par simple gravité. Filtration classique sur papier dans un entonnoir. La pression est due à la hauteur du liquide qui surmonte le filtre. 2- Filtration sous pression - Faire arriver le liquide sous pression - Augmenter la pression au dessus du filtre à l’aide d’air ou de gaz inerte comprimé. ❑ Filtres cartouche ❑ Filtres membrane ❑ Essoreuses Action d’une force centrifuge pour accélérer l’opération ❑Les filtres presses ⮚ utilisés en industrie ⮚ Ont une grande surface filtrante => traitement de grand volume ⮚ Constitués par la juxtaposition de plateaux et des réseaux filtrants maintenus par un système de serrage 3- Par dépression (Sous vide) ❑Filtre de type Büchner ✔ En porcelaine, de forme cylindrique avec un tamis à gros trous, on place dessus un filtre circulaire en papier, suffisamment grand pour couvrir la ✔ totalité Faire ledu tamis. vide en aval du filtre de sorte que le liquide soit aspiré. ❑Filtre en verre fritté ✔Il s’agit d’un entonnoir en verre qui contient un disque en verre fritté, de porosité fixée.  VIII- CONTRÔLE DE LA FILTRATION 1- Avant la filtration Essais d’intégrité des filtres ❖ Point de bulle Pression d’air qui permet l’expulsion du liquide des pores les plus gros d’un filtre préalablement mouillé. Dans la pratique, il se traduit par l’apparition d’un « train de bulles » ❖Test de diffusion Appliquer une pression cte (P < point de bulle) sur le filtre mouillé Mesure du débit d’air.  Cette mesure du débit est basée sur la loi de Fick: D: Diffusivité de du gaz dans le liquide de mouillage ΔP: pression différentielle entre l’amont et l’aval de la mb K: facteur de tortuosité L: épaisseur de la mb S: surface du filtre H: Coef de Henry En figeant les paramètre, D, ΔP,S: Q α K -> géométrie des pores L -> épaisseur de la mb Ce sont les paramètres clés d’une membrane de filtration microporeuse.  2- Pendant la filtration Mesure du débit - Vérification de la pression en amont et en aval du filtre: Permet de visualiser: ✔ le colmatage ( augmentation de ΔP ). ✔l’altération du filtre (chute de ΔP).  3- Après la filtration ▪ Vérification du point de bulle. ▪ Absence de particules en suspension. ▪ Non adsorption du PA par le filtre (dosage). ▪ Recherche des impuretés solubles pouvant être apportées par les filtres.  Conclusion ⮚ La filtration est une opération qui a énormément évolué, du fait des progrès techniques et des découvertes de très nombreux matériaux filtrants. ⮚ Des fabricants de dimensions internationales mettent actuellement à notre disposition des gammes de filtres capables de résoudre tous nos problèmes de purification de fluides, ce qui est dans le domaine de la recherche et de la production pharmaceutique.