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Leitfähigkeitsmesszelle Neue Vier-Elektroden-Leitfähigkeitsmesszelle für Reinigungsprozesse in der Pharmaindustrie

Redakteur: Dr. Jörg Kempf

Die wichtigste Messgröße im CIP-Reinigungsprozess ist die Leitfähigkeit. Gängige Kontrollverfahren basieren auf Zwei-Elektroden- oder induktiver Messtechnik. Lesen Sie, wie sich dank Vier-Elektroden-Technik Anschaffungs-, Validierungs- und Wartungskosten reduzieren lassen.

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Leitfähigkeitsmessbereiche der konduktiven und der induktiven Messtechnik (Bild: Jumo)
Leitfähigkeitsmessbereiche der konduktiven und der induktiven Messtechnik (Bild: Jumo)

Die CIP (Cleaning-in-Place)-Reinigung zählt in Pharmaanlagen zu den Standard-Reinigungsmethoden. Insbesondere bei der Herstellung flüssiger oder pastöser Wirkstoffe ist sie ein Muss. Im typischen CIP-Prozess werden die Rohrsysteme mit Lauge und Säure gereinigt und anschließend – je nach Anwendung – mit einem Desinfektionsmittel desinfiziert, bevor im letzten Schritt mit Reinwasser gespült wird. Sind in der Anlage keine Laugen- oder Säurereste mehr vorhanden, ist die Reinigung abgeschlossen. Dies wird über die Messung der Leitfähigkeit zuverlässig festgestellt.

Der Unterschied zur herkömmlichen CIP-Reinigung besteht im Pharmabereich im Spülen (Rinse-Prozess) mit Reinwasser, das eine Leitfähigkeit von etwa 1 µS/cm aufweist. In diesem niedrigen Messbereich arbeitet ein normalerweise für die CIP-Reinigung eingesetztes induktives Messsystem nicht mehr sicher. Zusätzlich zur induktiven Messung ist daher noch eine konduktive Messung nötig, um die Leitfähigkeit verlässlich bestimmen zu können. Daraus resultieren erhöhte Anschaffungs-, Validierungs- und Wartungskosten.

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Die Vier-Elektroden-Technik

Der große Vorteil der Vier-Elektroden-Technik liegt darin, dass mit nur einer Messzelle ein sehr großer Leitfähigkeitsmessbereich von einigen µS/cm bis zu mS/cm abgedeckt wird. Die konduktiven Vier-Elektroden-Leitfähigkeitsmesszellen Jumo tecLine Lf-4P besitzen zwei Elektrodenpaare. Am äußeren Elektrodenpaar (siehe Bild Messprinzip, gelb dargestellt) legt der Messumformer (z.B. Jumo Aquis 500 CR – Messumformer/Regler für Leitfähigkeit) einen Wechselstrom an. An den inneren Elektroden (blau) fällt – abhängig von der Leitfähigkeit des Messstoffes – eine Spannung an.

Der angeschlossene Messumformer erfasst die Spannung und berechnet daraus in Verbindung mit dem vorgegebenen Strom den Wert der elektrolytischen Leitfähigkeit. Funktionsbedingt sind Speisung und Messung getrennt. Gegenüber der herkömmlichen Zwei-Elektroden-Messtechnik treten Polarisationseffekte in den Hintergrund, und Zuleitungswiderstände werden prinzipbedingt weitgehend kompensiert. „Auch durch Verschmutzungen oder Beläge verfälschte Messergebnisse verringern sich dank der Vier-Elektroden-Technik, was zu verlässlicheren, qualitativ hochwertigeren Ergebnissen führt“, betont Dipl.-Ing. Christina Hoffmann, Branchenmanagerin Pharma & Food bei Jumo.

Die Messzelle Jumo tecLine Lf-4P besteht aus einem robusten PEEK-Kunststoffkörper, in den frontseitig Elektroden aus Edelstahl 1.4435 (316L) eingelassen sind. Als Prozessdichtung ist standardmäßig ein O-Ring aus EPDM vorgesehen. Alle Materialien sind physiologisch unbedenklich und FDA-konform (FDA: U. S. Food and Drug Administration).

Die Medien berührenden Oberflächen weisen eine Rauigkeit von ≤ 0,8 µm auf. Der in die Messzelle integrierte, schnell ansprechende Pt1000-Temperatursensor liefert zusätzlich Informationen zur Prozesstemperatur. Die Lieferung der Messzelle erfolgt inklusive Qualitätszeugnis (Oberflächenrauigkeit, exakte Zellenkonstante, FDA-Bestätigung der Materialien).

Fazit: Durch den Einsatz der Vier-Elektroden-Technik von Jumo mit einem Messbereich über viele Dekaden kann bei der CIP-Reinigung in der pharmazeutischen Industrie eine Messstelle eingespart werden, wodurch sich die Anschaffungs- und Installationskosten einer CIP-Anlage verringern. Das größere Einsparpotenzial liegt allerdings bei den Kosten für Validierung und Wartung. Auf Grundlage der GMP (Good Manufacturing Practice) sind beide notwendig, aber auch sehr zeitintensiv. Bei Verwendung der neuen Vier-Elektroden-Messtechnik muss lediglich eine Messstelle validiert und gewartet werden. Dies spart Zeit und reduziert somit die Betriebskosten der Anlage.

* Der Beitrag basiert auf einem Vortrag von Dipl.-Ing. Christina Hoffmann, Branchenmanagerin Pharma & Food, Jumo GmbH & Co. KG, Fulda.

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