“一次干燥终点判断方法"汇总

概要

一次干燥冻干终点，是冻干工艺摸索过程中最重要的工艺参数之一。根据不同设备硬件配置的不同，本文分别介绍了不同的一次干燥终点判断方法。

Ø  冻干工艺摸索，强烈建议使用双腔体冻干机；

Ø  腔体和冷阱分体式结构，中间配备中隔阀。

否则，准确寻找一次干燥终点将会非常困难。

 左边为样品腔、右边为冷阱，中间配备中隔阀

判断一次干燥终点的方法

1 观察水线

冻干过程中，产品的变化是可以通过肉眼观察到的。

原理：冻干是从上而下，由外而里，在一个平面上发生的过程（此处注意，不是整瓶一起干燥的）

如下图所示：

所以，就算你的设备再简单，也可以用观察水线的方法来寻找一次干燥的终点。

Ø  优点：便宜

Ø  缺点：不准确

Ø  适用范围：冻干过程中可以看见样品的情况

2 冷阱温度

原理：一次干燥升华过程中，前箱样品源源不断的将热量带到冷阱，从而导致冷阱温度无法维持在极限值。会产生冷阱温度向上漂移的现象。漂移温度几度到十几度不等。具体数值和样品装载量、升华速率以及冻干机冷阱能力有关。

Ø  优点：便宜

Ø  缺点：适用条件窄、不精准

Ø  适用范围：

1)      双腔体冻干机

2)      样品量比较大、满载几瓶、十几瓶样品，是很难通过观察冷阱温度来判断冻干终点的。

3 硅油进出口温度

原理：一次干燥升华过程中，样品升华会吸收大量的热。因此，硅油进出口如果各安装一个探头，则会有温度差异。一次干燥结束，两个温度一致。

下图为文章开头设备的PID图；

图中硅油系统的：26.9℃和23.5℃分别为硅油进出口温度（本图只标识探头位置，设备并未运行冻干程序）

Ø  优点：比较便宜

Ø  缺点：样品装载量不能太小

Ø  适用范围：样品量比较大；几瓶、十几瓶样品的情况，就很难观察到此现象；

4 产品温度和板层温度一致

原理：

Ø  一次干燥过程中，产品升华带走大量的热，从而导致产品温度一直低于板层温度；

Ø  一次干燥结束时，升华带走热量的现象停止。产品温度和板层温度达到一致。

Ø  优点：易于从曲线上观察，方法传播范围广，接受程度高

Ø  缺点：准确度低，判断的冻干终点偏早(具体原因，点击温度测量）

Ø  适用范围：配置有产品温度探头的冻干机

5 压升测试

原理：

Ø  双腔体冻干机，在一次干燥过程中，关闭中隔阀。

Ø  如果产品中还有冰存在，升华还在进行，则会观察到前箱的一个明显的压力升。

Ø  如果升华结束，则为一个非常小的压力升。

下图为在一次干燥过程中，全程进行压力升测试的一个冻干曲线图。（非专业人士，请勿效仿）

Ø  优点：准确

Ø  缺点：对操作者的专业程度要求高。进行此操作前需要确定

1)      从什么时间点开始做；

2)      每次关闭中隔阀几秒；

3)      压升高于多少数值表示终点未达到；以上这些问题都需要你用一些方法去摸索和确定。

Ø  适用范围：双腔体且配备中隔阀的冻干机

6 真空度变化（下游真空控制）

原理：下游真空控制（通过真空泵和冷阱之间的阀门控制系统真空度）的设备，在一次干燥结束时，不再有水汽从产品中升华出来，从而使得前箱压力无法上升到设定数值。压力控制出现明显拐点。

下游真空控制，控制阀门见下图：

下游真空控制曲线，拐点：

Ø  优点：设备简单，便宜，对冻干过程无干扰

Ø  缺点：真空度控制波动大

Ø  适用范围：未配备上游真空控制的冻干机

7 渗气阀开关比例

原理：配备了上游真空控制的冻干机，系统精准真空度通过渗气阀开关比例来控制。如升华量较大，则渗气阀开度大，如升华量较小，则渗气阀开度小。渗气阀位置见下图：

Ø  优点：对冻干过程无干扰、准确

Ø  缺点：硬件费用较高，适用范围较窄

Ø  适用范围：一般只在工业冻干机采用此方法，对样品装载量要求较高

8 湿度分析（露点仪）

原理：

在一次冻干阶段:产品里的冰正在升华，环境湿度值高，露点温度也较高。当冰在产品中消失后，露点温度值逐渐变低，直到数值稳定。此时意味着一次冻干结束。

Ø  优点：除了寻找终点以外，还可以检测冻干过程中的升华量的变化。

Ø  缺点：价格较高

Ø  适用范围：无限制

9 电容真空计（双真空计）

原理：

                    Ø  优点：无介入、非常准确

Ø  缺点：价格较高

Ø  适用范围：同时适用于中式型及工业型冻干机

此方法是目前我们认为最准确、经济、直观、快捷的判断一次干燥冻干终点的方法。

10 LyoMetrix

原理：LyoMetrix软件在一次干燥过程中，通过不断关闭中隔阀，寻找静态压力所对应的平衡蒸气压温度，准确寻找产品升华界面温度。当产品中没有冰的时候，产品升华界面温度数据消失。

Ø  优点：准确

Ø  缺点：价格贵

Ø  适用范围：双腔体冻干机

11 Quadrupote Mass Spectrometer System

原理：通过在冻干机中隔阀通道安装Quadrupote Mass Spectrometer System来实时监测通过中隔阀的气体状况。从而获得升华量以及判断一次干燥及二次干燥冻干终点。

Ø  优点：准确判断一次干燥及二次干燥冻干终点

Ø  缺点：价格非常昂贵，且对冻干机中隔阀通道有苛刻的尺寸要求

Ø  适用范围：特殊设计工业型冻干机

12 在线取样

原理：一次干燥过程中，不断取出样品，测量样品的水分含量。当样品的水分含量达到一个稳定值不再减少时，则为一次干燥的冻干终点。此方法适用于一次干燥及二次干燥。

Ø  优点：适用于整个冻干过程

Ø  缺点：操作复杂、价格昂贵

Ø  适用范围：预冻、一次干燥、二次干燥全程

文章来源——冻干工艺之家公众号  •  星德科 TELSTAR 冻干工艺实验室