Gleichungen, Potenzen, Logarithmen, Vektoren, Funktionen, Ableitungen und Integrale werden an physikalischen Beispielen eingesetzt. Der Schwerpunkt liegt auf Werkzeugen, die später für Bewegung, Transport, Zerfall und Messkurven gebraucht werden.

Zufällige und systematische Fehler, Genauigkeit, Präzision, signifikante Stellen und Fehlerfortpflanzung bestimmen die Aussagekraft eines Ergebnisses. Messreihen werden statistisch ausgewertet, grafisch dargestellt und mit Unsicherheiten berichtet.

Von Waagen, Thermometern und optischen Geräten bis zu elektronischen Sensoren zeigt die Entwicklung physikalischer Messmethoden, wie Arzneimittelprüfung und Produktion entstanden sind. Dabei werden auch Standardisierung, Metrologie und der Übergang zu automatisierten Laboren eingeordnet.

Ort, Weg, Geschwindigkeit und Beschleunigung beschreiben Bewegungen von Körpern und Teilchen. Diagramme und einfache Bewegungsgleichungen werden auf Dosiergeräte, Förderanlagen und fallende Partikel angewendet.

Newtonsche Gesetze, Gewichtskraft, Reibung, Federkraft und Kräftegleichgewicht erklären ruhende und beschleunigte Systeme. Dazu gehören Freikörperbilder sowie Berechnungen an Waagen, Kolben und mechanischen Vorrichtungen.

Arbeit, Energie, Leistung, Impuls und Erhaltungssätze verbinden Kraftwirkungen mit messbaren Änderungen. Anwendungen reichen von Pumpen und Mischern bis zu Stoß- und Fallbelastungen pharmazeutischer Verpackungen.

Drehmoment, Trägheitsmoment, Winkelgeschwindigkeit und Rotationsenergie bestimmen das Verhalten rotierender Systeme. Aus diesen Größen werden Zentrifugalkraft, relative Zentrifugalbeschleunigung und sichere Zentrifugenparameter abgeleitet.

Spannung, Dehnung, Elastizität, Plastizität und Bruch beschreiben feste Werkstoffe. Zug-, Druck- und Biegeversuche helfen bei der Beurteilung von Tabletten, Kapseln, Verpackungen und Gerätebauteilen.

Druck, Dichte, Auftrieb und das hydrostatische Gesetz erklären Flüssigkeiten und Gase im Gleichgewicht. Manometer, Hydrometer und Dichtebestimmungen werden praktisch ausgewertet.

Kontinuitätsgleichung, Bernoulli-Gleichung, Viskosität und Strömungswiderstand beschreiben bewegte Fluide. Laminare und turbulente Strömungen werden für Leitungen, Kanülen, Infusionssysteme und Pumpen berechnet.

Newtonsche und nichtnewtonsche Fließgesetze erfassen das Verhalten von Lösungen, Gelen, Cremes und Suspensionen. Fließkurven, Scherverdünnung, Thixotropie und Viskoelastizität werden mit geeigneten Rheometern bestimmt.

Oberflächenspannung, Grenzflächenenergie, Benetzung und Kapillarität beeinflussen Tropfen, Beschichtungen und poröse Stoffe. Kontaktwinkel und Tensidwirkung werden genutzt, um Benetzung und Ausbreitung gezielt zu beurteilen.

Teilchengröße, Form, spezifische Oberfläche, Packung und Porosität bestimmen das Verhalten pharmazeutischer Pulver. Siebanalyse, Sedimentation, Lichtstreuung und Fließeigenschaften werden für Herstellung und Qualitätskontrolle eingesetzt.

Kolloidale Stabilität entsteht aus Brownscher Bewegung, Oberflächenladung und anziehenden beziehungsweise abstoßenden Kräften. Sedimentation, Aggregation und Zeta-Potential werden auf Suspensionen, Emulsionen und disperse Wirkstoffsysteme bezogen.

Periodische Bewegung, Frequenz, Amplitude, Resonanz und Dämpfung bilden die Grundlage für Wellenphänomene. Schwingende Geräte und einfache Resonanzsysteme werden modelliert und vermessen.

Schalldruck, Frequenzspektrum, Ausbreitung und Impedanz erklären hörbaren Schall und Ultraschall. Anwendungen umfassen Ultraschallreinigung, Homogenisierung, Durchflussmessung und diagnostische Verfahren.

Temperatur, Wärmemenge, Wärmekapazität, Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung bestimmen thermische Prozesse. Kalorimetrische Messungen und Wärmebilanzen werden auf Lagerung, Kühlung und Erwärmung übertragen.

Innere Energie, Entropie, Enthalpie und freie Energie erklären Richtung und Grenzen physikalischer Prozesse. Die Hauptsätze werden auf Zustandsänderungen, Mischungen und pharmazeutische Stabilitätsfragen angewendet.

Mikroskopische Teilchenbewegung verbindet Temperatur, Druck und makroskopische Stoffeigenschaften. Gasgesetze, Boltzmann-Verteilung und statistische Schwankungen liefern Modelle für molekulare Systeme.

Schmelzen, Erstarren, Verdampfen, Sublimieren und polymorphe Umwandlungen werden mit Phasendiagrammen beschrieben. Das ermöglicht die Beurteilung von Kristallformen, Lösungsmitteln, Gefriertrocknung und Lagerbedingungen.

Brownsche Bewegung, Ficksche Gesetze, Osmose und Permeabilität erklären den Transport durch Flüssigkeiten und Membranen. Diffusionskoeffizienten und Freisetzungsprofile werden aus Messdaten bestimmt.

Auflösung, Stoffübergang und Grenzschichten bestimmen, wie schnell ein Wirkstoff in Lösung geht oder aus einer Arzneiform freigesetzt wird. Modelle werden mit Dissolutionskurven verglichen und auf Tabletten, Gele und Membransysteme angewendet.

Elektrische Ladung, Coulomb-Kraft, Feld, Potential und Spannung erklären elektrostatische Wechselwirkungen. Kondensatoren, Dielektrika und elektrostatische Aufladung von Pulvern und Verpackungen dienen als Anwendungen.

Strom, Widerstand, Leistung sowie Reihen- und Parallelschaltungen bilden die Grundlage elektrischer Messgeräte. Einfache Schaltungen werden aufgebaut, geprüft und mit den Kirchhoffschen Regeln berechnet.

Magnetfelder, Lorentzkraft und elektromagnetische Induktion erklären Motoren, Spulen und magnetische Sensoren. Der Stoff bereitet außerdem auf Kernspinresonanz und bildgebende Magnetverfahren vor.

Leitfähigkeit, Elektrodenpotentiale, Referenzelektroden und ionenselektive Elektroden verbinden Elektrizität mit Lösungen. pH-, Leitfähigkeits- und potentiometrische Messungen werden kalibriert, durchgeführt und auf Störquellen geprüft.

Reflexion, Brechung, Linsen und Abbildungsgleichungen erklären die Funktion optischer Instrumente. Brennweite, Vergrößerung und Abbildungsfehler werden an Lupen, Kameras und Refraktometern untersucht.

Interferenz, Beugung, Polarisation und Kohärenz zeigen den Wellencharakter des Lichts. Beugungsmuster, Auflösungsgrenzen und polarimetrische Messungen werden quantitativ ausgewertet.

Beleuchtung, Kontrast, numerische Apertur und Auflösung bestimmen die Qualität mikroskopischer Bilder. Hellfeld-, Phasenkontrast-, Fluoreszenz- und konfokale Mikroskopie werden für Partikel, Zellen und Arzneistoffkristalle eingesetzt.

Photonen, Wellenfunktionen, quantisierte Energieniveaus und der Aufbau von Atomen und Molekülen erklären, warum Stoffe Licht aufnehmen oder abgeben. Diese Modelle schaffen die Voraussetzung für Spektroskopie und moderne Materialanalyse.

Absorption, Transmission, Emission und Fluoreszenz werden mit elektronischen Übergängen verbunden. UV/Vis- und Fluoreszenzmessungen dienen zur Konzentrationsbestimmung, Identitätsprüfung und Verfolgung molekularer Wechselwirkungen.

Molekülschwingungen erzeugen charakteristische Infrarot- und Raman-Spektren. Probenvorbereitung, Spektreninterpretation und chemische Bildgebung werden zur Stoffidentifikation und Prozesskontrolle genutzt.

Kernspin, Resonanz, chemische Verschiebung und Relaxation bilden die physikalische Basis der NMR. Ein- und mehrdimensionale Spektren werden für Strukturaufklärung, Reinheitsprüfung und quantitative Analysen eingeordnet.

Ionisation, Massen-Ladungs-Verhältnis und Flugbahnen geladener Teilchen erklären massenspektrometrische Geräte. Auflösung, Isotopenmuster und gekoppelte Trennverfahren werden für Identifikation und Spurenanalyse genutzt.

Kristallgitter, Bragg-Gleichung und Röntgenbeugung verbinden mikroskopische Ordnung mit messbaren Beugungsbildern. Kristallformen, Polymorphe und Strukturreinheit pharmazeutischer Feststoffe werden damit beurteilt.

Radioaktiver Zerfall, Halbwertszeit, Aktivität und Wechselwirkungen ionisierender Strahlung werden quantitativ behandelt. Dosimetrie, Abschirmung, Kontaminationskontrolle und sichere Arbeit mit radioaktiven Stoffen stehen im Mittelpunkt.

Röntgenbildgebung, Computertomografie, Magnetresonanztomografie, nuklearmedizinische Verfahren und Ultraschall werden über ihre jeweiligen physikalischen Signalquellen verglichen. Bildkontrast, räumliche Auflösung, Dosis und typische Arzneimittelbezüge wie Kontrastmittel und Radiopharmaka werden bewertet.

Sensoren wandeln Temperatur, Druck, Licht, Masse oder chemische Signale in elektrische Daten um. Empfindlichkeit, Messbereich, Drift, Rauschen und Ansprechzeit helfen bei der Auswahl passender Messfühler.

Verstärker, Analog-Digital-Wandlung, Abtastrate, Filterung und Fourier-Analyse machen Rohsignale auswertbar. Messdaten werden erfasst, von Störungen bereinigt und ohne Verlust wichtiger Information dokumentiert.

Kalibrierung, Rückführbarkeit, Geräteeignung und Messsystemanalyse sichern belastbare Ergebnisse. Qualifizierung, computergestützte Systeme, Datenintegrität und relevante GMP-Anforderungen werden an pharmazeutischen Geräten umgesetzt.

Mikrokanäle nutzen laminare Strömung, Diffusion und Kapillarkräfte für Analysen mit kleinsten Probenmengen. Lab-on-a-Chip-Systeme, Organ-on-a-Chip-Modelle und mikrofluidische Arzneistofftests werden entworfen und beurteilt.

Größe, Form, Oberflächenchemie und Selbstorganisation bestimmen Transport und Freisetzung auf der Nanoskala. Lipidnanopartikel, polymere Nanoträger und physikalische Charakterisierungsmethoden werden im Hinblick auf Stabilität und biologische Barrieren bewertet.

Kryogene Probenpräparation, Elektronenoptik und Einzelpartikelrekonstruktion ermöglichen hochaufgelöste Strukturen biologischer Makromoleküle. Auflösung, Bildartefakte und der Nutzen der Kryo-Elektronenmikroskopie für die Wirkstoffentwicklung werden behandelt.

Kontinuierliche Messungen von Druck, Durchfluss, Temperatur und Spektren ermöglichen die Steuerung laufender Herstellungsprozesse. Prozessanalysentechnik, Echtzeitfreigabe und Regelkreise werden an Mischen, Granulieren, Trocknen und Tablettieren angewendet.

Tragbare und implantierbare Sensoren erfassen elektrische, optische, mechanische oder thermische Körpersignale. Messartefakte, Energieversorgung, Hautkontakt, Datenqualität und Anwendungen bei Therapiebegleitung und Arzneimittelgabe werden geprüft.

Numerische Modelle lösen Transport-, Strömungs-, Wärme- und Strukturprobleme, die analytisch nicht mehr handhabbar sind. Simulationen und digitale Zwillinge werden mit Messdaten abgeglichen, auf Sensitivität geprüft und für Prozessentscheidungen verwendet.

Ein vollständiger Auftrag wird von der pharmazeutischen Fragestellung über Methodenwahl, Probenplan, Kalibrierung und Messung bis zur Unsicherheitsbewertung und Freigabe verfolgt. Abweichungen, Wiederholungsmessungen, Dokumentation und die verständliche Übergabe des Ergebnisses gehören zum Ablauf.

Berufsbilder in Qualitätskontrolle, Entwicklung, Produktion, Messtechnik, Zulassung und Forschung werden mit ihren typischen Aufgaben verbunden. Geeignete Praktika, Projektportfolios, Gerätekompetenzen, Zertifikate und Wege zum fachlichen Aktualisieren helfen bei der Planung des nächsten Schritts.