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冷冻干燥歧管配置
如何进行冻干终点判定
对于一个冷冻干燥工艺，准确找到冻干终点是精准控制冻干工艺成本的重要衡量。通常判定冻干终点有三种方式：温度差、压力差和压力升高，其中较常用的判定方法是通过测定样品和加热隔板间的温度差（差值< 1℃）来判断是否达到初级干燥（或次级干燥）的终点。利用温度差方式判定所需要的配置有可控温加热隔板和样品温度探头，这就使得冻干机必须选择干燥箱体式结构，以保证这两个重要配件的具备。但当我们使用歧管加冻干挂瓶进行干燥时，则另外压力差或压力升高的方法进行冻干终点判定。下面我们就对这两种判定方法进行分析，帮助使用者通过视觉控制来评判样品的干燥过程，精准地结束冷冻干燥，从而缩短处理时间得到可靠的干燥结果。
所需仪器和样品
步琦无极限冷冻干燥机Lyovapor™ L-300 Pro
外置电容和皮拉尼压力计
1000mL 圆底烧瓶
-50℃ 实验室冰箱
甘露醇（97.0-102.0 %）
去离子水
实验过程
取 4 个圆底烧瓶（1000 mL），每个烧瓶中装有 150mL 浓度为 50mg/mL 甘露醇溶液
装有甘露醇溶液的烧瓶都放入 -50℃ 的冰箱，冷冻 24 小时
在完成 Lyovapor™ L-300 的调节步骤后，进行目标压力 0.200 mbar 的真空测试。不同的测量技术决定了外部压力表之间的偏移值
冻干方法为初级干燥(持续 24 小时，压力 0.200 mbar)和可忽略的次级干燥(持续 1 分钟，0.200 mbar)。在初级干燥阶段将压差和压力升高方法编程中均设置为“激活”
从冰箱中取出已完全冷冻的烧瓶，连入 Lyovapor™ L-300歧管上，设定压力为 0.200 mbar，且每个样品瓶内压力均可达到该值
判定冻干终点的试验，按照下 表1 设置压力差和压力升高测定。
表1：利用冻干机 Lyovapor™ L-300 冷冻干燥 50 mg/mL 甘露醇溶液，其方法编程中终点测定的详细设置。
压力差测试设置极限压力为 0.050mbar，测试时间 30 分钟。该试验在冷冻干燥过程开始时直接开始。对于压力升高测试，压力限制设置为 0.060mbar，测试时间 30 秒。第一次升压试验在冷冻干燥开始 12 小时后进行，每 60 分钟重复一次。
测试结果
当压力设定在 0.200mbar 时，电容压力计测量的实际压力平均为 0.230mbar。在干燥过程中，实验室的温度和冷冻干燥机的环境温度平均为 20.1℃。图1 显示了甘露醇溶液在连接到歧管圆底烧瓶中冷冻干燥时的压力。皮拉尼计测得的值比电容压力计测得的值高约 1.6 倍（绿色为电容压力计，红色为皮拉尼压力计）。
图1：
图1 中两个压力表数值之间的数学差值显示在下 图2 中。随着干燥的进行，皮拉尼压力计的值逐渐接近电容压力计的测量值。47.6 小时后，压差低于 0.05mbar 的设定值，达到压差试验的标准(图2)。从皮拉尼和电容计压力曲线的峰值可以看出，在干燥过程中完成的压力上升测试(图1)。在干燥结束时，升华过程中最初的高压上升(峰值)大幅下降。干燥时间 49.9 小时，达到升压试验标准。作为比较，建议干燥时间为 24 小时。
图2：
测试结论
通过试验说明过程分析技术(PAT)在冷冻干燥过程实时监控中具有高适用性。具体而言，该研究探索了利用监测干燥室压力，并结合设置压力差和压力升高测试进行自动终点判定来估计干燥时间，无需在干燥过程中对样品进行残余水分含量分析。
实验表明，这种综合方法能够控制冻干过程的时间，同时提供一种跟踪冷冻干燥运行质量及结果的方法。该综合方法可以防止干燥过程过早停止。此外，该研究通过使用 Lyovapor™ L-300 冷冻干燥机，搭配皮拉尼和电容压力计，建立了在歧管配置中样品跟踪和终点判定的可行方法。
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