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必看干货| 解析干燥及确定干燥终点的方法

 更新时间:2023-10-25 点击量:449

解析干燥也称二次干燥。在一次干燥结束后,还残存一部分吸附水(物理吸附在干燥物质的毛细管壁和极性基团上)和结合水(或束缚在结晶产品的晶体表面,或包含在非晶形产品的内部),这些水分是未被冻结的,在一次干燥中不能被除去。这部分水达到一定量时会为微生物的生长繁殖和某些化学反应提供了条件,有研究显示即使少量的水分的存在,也可产生与水溶液相同的移动性和反应性。因此为了改善产品的贮存稳定性,延长保存期,需要除去这些水分。这也是解析干燥的目的。

一次干燥是将水以冰晶的形式除去,因此其温度和压力都必须控制在产品共熔点以下,才不致使冰晶熔化。但吸附水和结合水吸附能量较高,需提高产品温度才能解析出来。此时产品温度即使超过共熔点,也不会熔化,但应注意以不烧毁产品和不造成产品因过热而变性为限,由于传热的温差,一般搁板温度可较物料温度略高2~5℃。另外,在此阶段中冻干箱内必须保持较高的真空度,使在产品内外形成较大的水蒸气压差,解析出来的水蒸气才有足够的推动力逸出产品。由于吸附;和结合水受到键力的作用,其饱和蒸汽压较游离水的饱和蒸汽压低得多,所以蒸发速度也较慢。二次干燥后,产品内残余水分的含量视产品种类和要求而定,一般在1%~5%之间。


影响解析干燥时间因素



01产品的品种:产品不同,干燥的难程度不同,最高允许温度也不同。最高允许温度较高的产品,由于可维持的温度更高,解析干燥的时间可相应缩短。


02产品含水量:含量求低的品,干燥时间较长。产品的残余水分的含量应有利于该产品的长期存放,太高太低均不适合。应根据试验来确定。


03冻干机的性能:在解析阶段后期能达到的真空度高、冷凝器的温度低、搁板温差较小的冻干机,其解析干燥的时间可相对短些。


04是否采用压力控制法:如果采用压力控制法,可改进传热,使产品达到最高允许温度的时间缩短,解析干燥的时间也缩短,通常此时控制冻干箱内的真空度为20~30Pa。


                                                                            确定干燥终点的方法


(一)温度趋近法

产品温度常常用作确定干燥结束的指示器,它是一种间接测量方法。温度法利用干燥后的产品温度与搁板温度之间存在着热平衡来测定的。随着水分的升华,产品温度会逐渐升高,当产品温度与搁板温度一致时,说明产品的残余水分基本蒸发完毕。


(二)真空度法

真空度法是利用压力升高的快慢与残余水分多少之间的相关关系来确定冻干终点的。通常认为当冻干箱内的压力很低,且达到稳定状态时才认为物料已完成干燥。但冻干箱内的压力达到稳定状态时通常需要相当长的时间。一般认为如果冻干箱的漏率小且为常数,压力升高的相对变化率可提示的干燥结束点。这是目前应用较多的确定干燥结束点的一个方法。


(三)称重法

称重法是利用产品失重率与产品的含水量之间的关系来测定的。在干燥过程中,连续地或定期称量冻干箱内失重或冷凝器上冻结的冰量,直至失重率趋于平衡,可判断干燥是否结束。对于大型冻干机来说,称重法产生的误差比较大,而对于小型冻干机这种方法比较简便、准确,故这种方法仅适于实验室用的冻干机。


(四)湿度法

氧化铝薄膜湿敏元件测湿的原理是由于多孔的三氧化二铝薄膜易吸收空气中的水蒸气,从而改变了其本身的介电常数,因此由三氧化二铝作电解质构成的电容器的电容值会将随空气中水蒸气分压而变化,所以测量电容值,即可得到空气的相对湿度。在干燥结束点,电子水汽传感器测得的分压会突然下降。所以在常规产品温度响应法不能给出准确信息时,可采用这种方法。

另外,残余气体分析仪已被用来作为药品冻干的检测工具。残余气体分析仪是一个小的四极质谱仪,这种系统一般包括一个四极质量分析仪、一台扩散泵、一台或多台机械泵、一系列采样用阀门。残余气体分析仪最大的缺点是价格昂贵、设备体积大。


(五) 脉冲核磁共振(NMR)

NMR 方法是一种比较容易测定含水量的分析手段,通过研究质子的松弛时间能够表征质子的活动性,能够提供与水分子的结合力和移动相关的信息。

基本原理:

脉冲核磁共振技术能够量化0℃以下样品中液态质子数。在0℃以下,样品中自由水被冷冻,对核磁共振信号的固体部分有贡献,而结合水常常在 -25~-15℃不冷冻。核磁共振波谱法可不破坏试样面直接在固体状态下观测、进行结构解析。