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冻干机干燥前后各个现象总结
发布时间:2016-05-24 点击次数:985
    
  冻干机由制冷系统、真空系统、加热系统、电器仪表控制系统所组成。主要部件为干燥箱、凝结器、冷冻机组、真空泵、加热/冷却装置等。冷冻干燥简称冻干,就是将含水物质,先冻结成固态,而后使其中的水分从固态升华成气态,以除去水分而保存物质的方法。冻干机起源于19世纪20年代的真空冷冻干燥技术经历了几十年的起伏和徘徊后,在zui后的20年中取得了长足进展。进入21世纪,真空冻干技术凭借其它干燥方法*的优点,越来越受到人们的青睐,除了在医药、生物制品、食品、血液制品、活性物质领域得到广泛应用外,其应用规模和领域还在不断扩大中。为此,真空冷冻干燥必将成为21世纪的重要应用技术。
  
  1喷瓶现象
  
  喷瓶是影响冻干制剂外观质量的重要因素,喷瓶的原因主要在三个方面,药液中的气泡、预冻、干燥速率。
  
  制品在分装过程中,当灌装机溶液分注入瓶中时,由于液体流速较快,形成一定量的气泡存在于瓶内液体中,此时应将装瓶液体放置一定时间让气泡充分逸出,否则旗袍被冻结在制品内部,当升华过程抽真空减压时,气体逸出带有部分制品黏附于瓶壁上。冻结过程预冻温度不够低或保持时间不够长,未能使溶液全部固化,真空升华干燥时,溶液的温度至共晶点时,溶液和水同时结晶析出,液体沸腾,造成喷瓶。应严格控制预冻温度,预冻温度比共晶点温度要低15摄氏度保持2~3h,就可以保证冻实。
  
  升温过快造成制品上下温差过大,下部制品的结晶不是从固体到气体升华,而是从固体、液体到气体蒸发,形成喷瓶。这样就造成制品上不均匀、疏松,呈海绵状的理想外观,下部则呈硬结和不规则的空穴,严重时可造成产品报废。因此应该严格控制升华干燥阶段特别是在共晶点附近的升温速率,均匀且不宜过快。
  
  2结晶
  
  冻干机在预先冷却时箱内有许多水分结霜于隔板上,产品进箱时,霜从隔板中掉入产品中结晶中心,从而使产品结晶。产品预先加塞或加盖,或者产品进箱后再开机预冻。zui近可能在研究全自动冻干机,实现冻干后自动压塞,同时期待着此设备能够解决不提前半压塞,解决结晶问题。
  
  3掉底
  
  掉底发生在预冻抽空阶段,一般是未冻实的液体于真空下快速蒸发,沸腾放热时发生。放热时产品本身温度急降,达到共晶点温度,于瓶底接触的搁板层并没有以上蒸发冷冻特性,玻瓶承受不了短时间的如此大的温度。所以预冻阶段要冻实。
  
  4破瓶
  
  玻璃瓶在均匀受热或受冷在一定温度下是不破碎的,但在不同部位施加不同温度形成一定温差,就会破碎。所以要缩小玻瓶各部分的温差,在冻干曲线上体现的是缩小隔板温度曲线和样品温度曲线之间的温度线差异。要控制样品温度和隔板温度的温差小于20℃,既缩短了冻干周期,也解决了破瓶和脱底现象。当然破瓶也和瓶子质量还有冻干机性能有关。
  
  5产品上升
  
  与真空度有关,升华过程中,泵组真空度很大时,突然大开大蝶阀,箱内真空度会大幅上升,从而导致产品上升,在操作过程中先慢慢打开大蝶阀,再开罗茨泵。
  
  6分层
  
  在升华过程中,停机10min以上或干燥箱漏气会导致分层,产品进箱时减检查密封条有没有老化,在四周涂上真空脂。停电或断电后应立即关闭真空阀碟,让产品处于真空状态。
  
  7产品外观
  
  产品外观良好表现在颜色均匀、孔隙致密、保持冻干前体积、性状基本不变、形成海绵状块状结构。有时产品出箱前质量看上去很好,出箱不久就萎缩了,或出现空洞、碎块。主要因为产品干燥不彻底,还残存冰晶、出箱后产品的温度压力均处于共熔点以上,冰融化成水,水被周围的已干物质吸收,产生空洞萎缩现象。干燥不彻底就是干燥时间不够长或温度太低,或两者都有;要不然就是冻结速率太快、晶粒太细,使升华速率变慢;或者冻结不彻底;或冻干后成品密封不好吸收了空气中的水分而发生萎缩,可采用充氮气方法。
  
  产品出箱时是间隙很大的骨架结构,甚至是绒毛状结构,出箱后绒毛状结构物质很快消散。原因是产品配方中所含的固体物质少,冻结时自由水结成纯冰,所占体积大,升华后形成的空隙也很大,可有用的成分在升华时随水蒸气一起分散,形成毛绒状物质,一遇空气会吸水蒸气而消失,应加入适量填充剂来解决。
  
  产品出箱时,出现泡坑、干缩、塌陷、空洞等缺陷。原因是冻结温度过高,或时间太短,产品为完全冻结;或干燥阶段温度过高,压力过大。使部分产品融化所致。在尚未冻牢就抽真空升华,外部压力迅速降低引起鼓泡;熔化了的产品产生蒸汽浓缩,就会萎缩;部分未干产品加热剧烈而熔化,将会使已干物体熔化而成空洞塌陷。因此一定要冻实,升华不能超过产品的共晶点温度和崩解温度。产品在深度方向上颜色和孔隙不均匀,由于分装后搁置时间过长,溶液中部分物质析出或不能溶解成分发生沉淀。
  
  产品外观的影响因素还包括溶液浓度、放气速度。溶液浓度一般控制在10~15%之间,小于5%的要加赋形剂,浓度太高的话应控制厚度,一般在10~15mm。若溶液浓度大于30%但是,则制品易出现萎缩、塌陷、不饱满的情况。另外,干燥时冻结的表面zui先脱水形成结构致密的干燥外壳,下面升华的水蒸气从已干燥表层的分子之间的间隙逸出。这时如果溶液浓度太高,分子之间的间隙小、通气性差,水蒸气穿过阻力较大,大量水分子来不及逸出,在干燥层停滞时间长,使部分已干燥药物逐渐潮解,会使制品体积收缩,外形不饱满或塌陷。如果药液重量浓度低于4%,在抽真空时,药物会随水蒸气一起飞散;或在干燥后变成绒毛状的松散结构,在解除真空后,这种结构的物质会消散,使制品成空洞状。还有一种情况是药液浓度太低,使制品疏松易引湿,同时由于比表面积过大,使制品容易萎缩,干燥的成品机械强度过低,一经振动即分散成粉末而粘附于瓶壁。在冻干工艺方面,如果药液厚度大于20mm,干燥时间延长,也会造成产品外观不合格。另外,在开始冻结时降温速度快,使制品形成细结晶,密度大,升华受到阻力较大,水分不易蒸发掉,制品会逐渐潮解致使体积收缩而造成外形不饱满或形成团状。如果冻结速度过慢,冰晶成长时间较长,则易发生浓缩,致使药物与溶剂分离、成品结构不均匀。措施:合理设计冻干溶液的配方。一般重量浓度在4%~25%之间为宜,zui佳浓度在10%~15%。若浓度低于4%,可适当添加赋形剂(如甘露醇、右旋糖酐、乳糖等)。若浓度较高时,则必须控制冻干制品厚度,或降低浓度,改用大的容器灌装药液。冻干过程中降温速度应控制在每小时降低5℃~6℃。在一期升华干燥阶段,制品温度应低于共熔点,升温不宜快,控制在每小时5℃左右。如果加热过快,在制品有大量水分时,温度超过其共熔点,就会导致制品溶化,外观出现缺陷。在二期升华阶段,虽然此时制品中含水量已较低,升温速度可以适当提高,但要将温度控制在安全温度以下,否则会有结块。另外,制品包装的气密性不好,在有效期内也会出现外观不合格甚至内在质量不合格。
  
  8水分(含水率)
  
  含水率在上面水分控制中提到,这里就不再说明。
  
  9其他问题
  
  有时我们的产品在冻后还会发生回溶、澄明度不好、生物物质失活、含量不均匀或偏低、复溶不溶性微粒不合格等。
  
  复溶不溶性微粒不合格有丁基胶塞有静电吸附作用,清洗未能清洗表面颗粒;或压塞产生微粒等,要选择光滑的胶塞,减轻静电吸附作用。

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