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技術(shù)文章

凍干機(jī)凍干過(guò)程的幾個(gè)關(guān)鍵概念
     一、共晶溫度
 
幾種物質(zhì)組成的混合溶液，在凍結(jié)過(guò)程中，開(kāi)始時(shí)某些組分結(jié)晶析出， 使剩下的溶液濃度發(fā)生變化。當(dāng)達(dá)到某一溫度或溫度區(qū)域時(shí)，其液態(tài)和所形成的固態(tài)中的組分完全相同，這時(shí)的溶液稱為共晶溶液，這時(shí)的溫度或溫度區(qū)間稱為該溶液的共晶點(diǎn)或共晶區(qū)，也稱為完全固化溫度，它是產(chǎn)品在冷卻過(guò)程中從液態(tài)結(jié)束轉(zhuǎn)向固態(tài)的高溫度。共晶溫度為??干過(guò)程中預(yù)凍應(yīng)達(dá)到的高溫度，一般預(yù)凍過(guò)程應(yīng)低于其共晶溫度10-20℃。
 
二、共溶溫度
 
固態(tài)混合溶液在升溫融化過(guò)程中，當(dāng)達(dá)到某一溫度時(shí)，固體中開(kāi)始出現(xiàn)液態(tài)此溫度稱為溶液的共溶點(diǎn)，或稱開(kāi)始溶化溫度。它是產(chǎn)品升溫過(guò)程中從固態(tài)開(kāi)始出現(xiàn)液態(tài)的溫度。在一次干燥中物料凍結(jié)層溫度一定要低于共溶點(diǎn)。
 
共晶點(diǎn)的測(cè)定有電阻測(cè)定法、熱差分析測(cè)定、低溫顯微鏡直接觀察、數(shù)字公式計(jì)算測(cè)定。 溶液凍結(jié)過(guò)程中，由于離子的漂移率隨溫度的下降而逐步降低，電阻增大，只要有液體存在，電流就可流動(dòng)，一旦全部?jī)鼋Y(jié)，帶電離子不能移動(dòng)，電阻會(huì)忽然增大，根據(jù)這個(gè)原理，測(cè)出溶液的共晶點(diǎn)。
 
三、塌陷溫度
 
凍干時(shí)物料中的冰晶消失，原先為冰晶所占據(jù)的空間成為空穴，因此凍干層呈多孔蜂窩狀海綿體結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)與溫度有關(guān)。當(dāng)蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的固體基質(zhì)溫度較高時(shí)，其剛性降低。當(dāng)溫度達(dá)到某一臨界值時(shí)，固體基質(zhì)的剛性不足以維持蜂窩狀結(jié)構(gòu)，空穴的固形物基質(zhì)壁將發(fā)生塌陷，原先蒸汽擴(kuò)散的通道被封閉，此臨界溫度稱為凍干物料的崩潰溫度或塌陷溫度。
 
四、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度
 
當(dāng)溫度降低時(shí)，液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)，有兩種不同狀態(tài)-晶態(tài)和非晶態(tài)。在非晶態(tài)固體材料中，原子、離子或分子的排列是無(wú)規(guī)則的。因?yàn)槿藗円蚜?xí)慣將融化物質(zhì)在冷卻過(guò)程中不發(fā)生結(jié)晶的無(wú)機(jī)物質(zhì)稱為玻璃，所以后來(lái)逐見(jiàn)地將其他非晶態(tài)均稱為玻璃態(tài)。由于在藥品凍干中要求更加嚴(yán)格，希望藥品在凍干過(guò)程中處于玻璃化溫度以下。但這里玻璃化轉(zhuǎn)變溫度不是指完全的玻璃化，因?yàn)橥耆牟ＡЩ侵刚麄€(gè)樣品都形成了玻璃態(tài)，實(shí)現(xiàn)完全玻璃化要求極高的降溫速率，幾乎是不可能的。凍干過(guò)程的玻璃化溫度指大凍結(jié)濃縮液的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。因?yàn)樵趦鼋Y(jié)過(guò)程中隨著冰晶的析出，剩余溶液的濃度逐漸增加，當(dāng)達(dá)到一定濃度時(shí)，剩余的水分不再結(jié)晶，此時(shí)的溶液達(dá)到大凍結(jié)濃縮狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的溫度稱為大凍結(jié)濃縮液的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度
 
五、凍干的三個(gè)關(guān)鍵要素
 
1、**
 
確定**是關(guān)鍵的步驟。
 
溶液的組成關(guān)系到冷凍、升華等步驟的實(shí)施。
 
**包括：
 
活性成分；賦形劑；工藝用水。
 
2、重要的熱力學(xué)性能:(凍干工藝曲線)
 
過(guò)冷的程度；結(jié)晶的程度；崩解溫度或共晶溫度；亞穩(wěn)狀態(tài)間隙物
 
質(zhì)的相變化；溶液的結(jié)晶熱；間隙物質(zhì)的熔化溫度。
 
3、好的凍干機(jī)
 
滿足GMP要求；；能量隨意調(diào)節(jié)；重演性強(qiáng)。
 
六、凍干曲線的制定
 
凍干曲線是表示凍干過(guò)程中產(chǎn)品的溫度、壓力隨時(shí)間而變化的曲線。凍干曲線的形狀與產(chǎn)品的性能、裝量的多少、分裝容器的種類、設(shè)備條件等許多因素有關(guān)。制定凍干曲線，主要確定以下參數(shù)：
 
1、預(yù)凍速率
 
預(yù)凍速率的快慢，對(duì)產(chǎn)品中晶粒的大小、活菌的存活率和升華速率有直接影響。慢凍晶粒大，產(chǎn)品外觀粗糙，不易損傷活菌，但升華速率快。速凍晶粒小，產(chǎn)品外觀細(xì)膩，升華速率慢。
 
2、預(yù)凍溫度
 
制品溫度應(yīng)低于其共溶點(diǎn)5-10℃。
 
3、預(yù)凍時(shí)間
 
預(yù)凍所需時(shí)間要根據(jù)不同的具體條件而定，總的原則是應(yīng)使產(chǎn)品各部分完全凍牢。在制品溫度降到預(yù)定的溫度后，還需在此溫度下保持1-2h，才能進(jìn)行升華。
 
4、冷凝器降溫時(shí)間和溫度
 
冷凝器溫度的高低，應(yīng)根據(jù)制品升華的溫度而定。升華溫度低，相應(yīng)要求冷凝器的溫度也低。升華的佳速率是在產(chǎn)品升華溫度的飽和蒸汽壓力的二分之一左右。過(guò)低的壓力不僅不能加快升華，相反還會(huì)向產(chǎn)品的供熱性能差，降低升華速率。
 
5、升華速率和干燥時(shí)間
 
升華速率主要由給擱板的供熱能力和冷凝器的捕水能力而定。只要干燥箱內(nèi)的壓力維持在允許的高壓力下，升溫速率就可提高。一次干燥時(shí)，可粗略的以每小時(shí)干燥制品厚度1mm計(jì)。
 
可以根據(jù)下列現(xiàn)象來(lái)判斷：
 
1)干燥層和凍結(jié)層的交界面達(dá)到瓶底并消失。
 
2)產(chǎn)品溫度上升到接近導(dǎo)熱油的溫度。
 
3)干燥箱內(nèi)壓力下降到冷凝器的壓力，兩者接近且壓力維持不變。
 
4)關(guān)閉中隔閥，箱內(nèi)壓力上升速率與干箱的泄漏率接近。
 
上述現(xiàn)象發(fā)生后，再延長(zhǎng)0.5-1h，一次干燥結(jié)束。二次干燥時(shí)，產(chǎn)品的溫度可提高到允許的高溫度以下，使結(jié)合水和吸附于干燥層中的水獲得足夠的能量，從分子吸附中解析出來(lái)。二次干燥的時(shí)間為一 次干燥時(shí)間的0.35-0.5倍。
 
要不斷去優(yōu)化凍干工藝曲線：一個(gè)好的凍干工藝應(yīng)是個(gè)性化的，具有產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、時(shí)間短、能耗低的特征。在凍干工藝研究中，應(yīng)用化學(xué)、分子學(xué)的觀點(diǎn)去觀察問(wèn)題，用機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)的方法去控制問(wèn)題。

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