Experimentelle und theoretische Untersuchungen zur Adsorption von Inhalationsanästhetika im Spurenbereich

Bucher, Dirk GND

Ziel der vorliegenden Arbeit war die systematische Untersuchung der Adsorption der Inhalationsanästhetika Desfluran, Isofluran und Sevofluran im Spurenbereich (< 1000 ppm). Um ein tieferes Verständnis für die zugrundeliegenden Mechanismen zu schaffen, wurden die Ergebnisse dieser halogenierten Ether systematisch mit Ad- und Desorptionsversuchen ausgewählter nicht halogenierter Referenzmoleküle (Diethylether, Methylpropylether und Methyl-tert-Butylether) verglichen.</br> Die Ad- und Desorptionsmessungen erfolgten an einer gravimetrischen Versuchsanlage auf Basis zweier Magnetschwebewaagen. Durch die Erweiterung der bestehenden Versuchsanlage um eine selbst entworfene Kondensations-Bubbler-Einheit und einen GC MS war es erstmals möglich, die Spurenadsorption von Inhalationsanästhetika bei konstanter relativer Feuchte zu betrachten.</br> Die Sorptionsmessungen wurden an zwei Aktivkohlen, einem Zeolith 13X und zwei MFI-Zeolithen untersucht. Angelehnt an die praktische Anwendung in der Aufbereitung von Raumluft in Operationssälen und Aufwachräumen wurde der Konzentrationsbereich von 50 – 1000 ppm bei 25 °C und einem Druck von 1 bar analysiert.</br> Anschließend wurde jeweils die Desorption der beladenen Adsorbentien in reinem Stickstoff vermessen, indem stufenweise verschiedene Temperaturen angefahren wurden. Zusätzlich wurde in feuchter Atmosphäre gemessen, um den Einfluss der Koadsorption von Wasser auf die Kapazität der Anästhetika zu untersuchen.</br> Die Gemischisothermen wurden bei einer relativen Feuchte von 50 % und 60 % aufgenommen. Neben dem Vergleich mit den Reinstoffisothermen wurde zudem versucht, die Gemischisothermen durch Modellierung mit der IAST auf Basis der jeweiligen Reinstoffisothermen zu berechnen.</br> Ein weiterer Aspekt dieser Arbeit war die Charakterisierung von neuartigen Adsorbentien, die von den Projektpartnern der Universitäten Hamburg und Leipzig synthetisiert wurden. Für eine einfache Selektion vielversprechender Proben wurde unter Verwendung einer thermogravimetrischen Analyseeinheit eine Screening-Methode für Isofluran entwickelt. Die mit der höchsten Kapazität ausgestatteten Proben wurden im nächsten Schritt analog zu den kommerziellen Adsorbentien untersucht.</br> Die Experimente zeigen, dass für die klinische Anwendung der stark dealuminierte Zeolith HCZP800E, dessen Adsorptionsleistung für Isofluran durch die untersuchte Feuchtigkeit der Raumluft nicht vermindert wird, zu empfehlen ist.</br> Technisch geeignet und ökonomisch attraktiv sind auch Aktivkohlen, die als kostengünstiges Massenprodukt in der VOC Aufreinigung verwendet werden.

The aim of this thesis was the systematic investigation of the adsorption of inhalation anaesthetics desflurane, isoflurane and sevoflurane at trace level concentration (< 1000 ppm).</br> In order to gain a deeper understanding of the underlying mechanisms, adsorption and desorption experiments of the halogenated ethers were systematically compared with selected non halogenated reference molecules (diethyl ether, methyl propyl ether and methyl tert-butyl ether).</br> The adsorption and desorption measurements were carried out on a gravimetric experimental plant based on two magnetic suspension balances. The extension of the existing plant by a self-designed condensation bubbler unit and a GC MS made it possible for the first time to observe the trace level adsorption of inhalation anaesthetics at constant relative humidity.</br> Sorption was investigated on two activated carbons, one zeolite 13X and two MFI zeolites. The concentration range of 50 – 1000 ppm at 25 °C and a pressure of 1 bar was analysed based on the practical application in the treatment of room air in operating theatres and recovery rooms.</br> Subsequently, desorption of the loaded adsorbents in pure nitrogen atmosphere was measured by gradually approaching different temperatures. Furthermore, measurements were carried out in humid atmosphere to investigate the influence of the coadsorption of water on the capacity of the anaesthetics. The mixture isotherms were determined at a relative humidity of 50 % and 60 %. In addition to the comparison with the pure substance isotherms, an attempt was made to calculate the mixture isotherms by modelling with the IAST based on the respective pure substance isotherms.</br> Another aspect of this work was the characterisation of novel adsorbents synthesised by the project partners of the universities of Hamburg and Leipzig. For a simple selection of promising samples, a screening method using a thermogravimetric analysis unit was developed. Samples with the highest capacity were then analysed analogously to commercial adsorbents.</br> The experiments show that the highly dealuminised zeolite HCZP800E whose adsorption capacity for isoflurane is not reduced by the investigated humidity of the room air is recommended for clinical application.</br> Activated carbons which are used as an inexpensive mass product in VOC purification are also technically suitable and economically attractive.

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Bucher, D., 2020. Experimentelle und theoretische Untersuchungen zur Adsorption von Inhalationsanästhetika im Spurenbereich. https://doi.org/10.17185/duepublico/71302
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