Freisetzungsraten

Freisetzungsraten bezeichnet die Geschwindigkeit, mit der ein Stoff aus einem System in ein umliegendes Medium freigesetzt wird. Sie sind eine zentrale Größe in Bereichen wie Pharmazie, Umweltwissenschaften und Materialwissenschaft und hängen von der Beschaffenheit des Trägers, dem freigesetzten Stoff sowie von Umweltbedingungen ab.

In der Pharmazie beschreiben Freisetzungsraten, wie schnell ein Wirkstoff aus einer Darreichungsform freigesetzt wird. Häufig werden Null- oder Erstordnungsmodelle sowie Diffusionsmodelle verwendet, zum Beispiel das Higuchi-Modell oder das Korsmeyer–Peppas-Modell. Die Raten werden üblicherweise als Masse pro Zeit (z. B. mg/h) oder als freigesetzter Anteil pro Zeit angegeben. Zur Bestimmung dienen in vitro Freisetzungstests, oft unter kontrollierten Temperaturen und Medienbedingungen.

In der Umweltforschung beziehen sich Freisetzungsraten auf die Freisetzung von Kontaminanten aus Böden, Sedimenten oder Geomembranen in Wasser oder Luft. Hierbei werden oft Parameter wie Masse pro Zeit oder Masse pro Fläche pro Zeit angegeben (z. B. mg/m2·d). Wichtige Einflussfaktoren sind Diffusion, Advektion, sorption, Abbauprozesse und physikalische Barrieren.

Auch in der Material- und Verpackungstechnik spielen Freisetzungsraten eine Rolle, etwa bei Gas- oder Lösungsmittelabgaben aus Polymerschichten, Katalysatoren oder Implantaten. Oft wird eine kontrollierte Freisetzung angestrebt, z. B. durch Diffusionsbarrieren, Matrixmaterialien oder Gehäusekonstruktionen. Messungen erfolgen durch in vitro Freisetzungstests oder analytische Nachweisverfahren.

Zur Modellierung greifen Wissenschaftler auf das Ficksche Diffusionsgesetz und gängige Release-Formeln zurück. Praktisch wird die kumulierte Freisetzung M(t) gemessen und daraus die Freisetzungsrate dM/dt abgeleitet. Wichtige Einflussfaktoren sind Temperatur, Medium, Löslichkeit des Stoffes, Matrixstruktur, Partikelgröße und Wechselwirkungen mit dem Trägermaterial.