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CHRIST冻干机冻干工艺优化方法

作者:赛百奥市场部 日期:2021-03-02 点击:636
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CHRIST冻干机冻干工艺优化方法

 

德国Christ应用工艺分析技术(PAT),进行工艺优化。通过在线监测工艺中关键控制点,从而保证产品质量和工艺可靠性。

冻干工艺的优化,关键控制点包括:样品的共晶点、搁板温度、真空度、电阻、冻干终点等参数。


共晶点

共晶点是混合溶液的各个成分均达到冰点并开始形成固定晶格结构的温度。共晶点是整个冻干过程中样品温度的上限。若样品的温度超过共晶点,则造成晶体结构的崩解,熔融物将冲破结晶体的表面结构,造成样品的萎缩和飞溅。

CHRIST的共晶点测试装置(LC plus系统)包括温度和电阻一体化的样品探头,可直接探测不同的温度变化对晶体结构的影响,生成连续、准确的共晶点测试曲线,从而得到样品共晶点。


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冻干曲线和工艺控制

冻干工艺控制将整个冻干过程分成不同的阶段,如主冻干阶段是大量升华,去除溶剂的阶段;终了冻干阶段是去除残留水分和晶体结合水的阶段;在需要的情况下,主冻干和终了冻干又可细分为多个阶段,分别对应不同的参数控制。

CHRIST的LSC BASIC控制器和LSC PLUS控制器分别对应常规的工艺控制和高级的工艺控制,并由LYOLOG PLUS软件记录工艺曲线。冻干曲线记录了整个冻干工艺的重要数据,是进行工艺优化和批次研究的重要工具。CHRIST的LYOLOG PLUS冻干曲线记录软件可记录包括电阻在内的各种参数,并形成完整的PDF 格式和EXCEL格式的实验报告,含中文语言,记录时间间隔1S~3600S可调。

小型实验室冻干机可采用PGM plus程序模块,全自动控制整个冻干工艺;中试和工业冻干机可采用LPC plus系列控制软件,并可实现远程全自动控制冻干工艺。含中文语言,记录时间间隔1s~3600s可调,含12条工艺参数曲线,颜色可自定义,可实现冻干全程的曲线、事件、视频、图片的同步记录与显示,符合cGMP及FDA 21 CFR Part 11数据溯源及电子签名要求。

 

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原位实时电阻监控

样品冻干过程中,保持固态是十分关键的,否则将造成结构崩塌或萎缩,影响外观或活性。根据样品融化,电阻下降的特性,CHRIST开发了原位实时电阻监控和反控搁板温度(通过Lyo Rx,△T等参数的设置)的功能,从而保证冻干质量。

 

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                   电阻恒定,工艺正确

 

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                     电阻下降,样品融化

 

自我调控系统 “self regulating system”:

包含安全压力的设定、搁板和样品温度的温差变化范围、LyoRx电阻率的反控功能等,通过设定程序过程中的该参数波动范围,主机可自我管理和调整,当监测到样品有融化风险时,即可停止隔板加热甚至重新制冷。避免无人值守时,因一时参数设置不当,造成整个冻干实验失败。

 

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冻干终点的控制

样品最终含水量的测定,是确定冻干结束的参数,也是工业生产中决定产品质量的关键步骤。

 

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实验室冻干机通常采用电动中间阀,通过暂时隔离冷阱和干燥腔,测试后者压力是否升高来检测冻干终点;中试和工业冻干机通常采用Lyo Balance称重系统直接连续测定样品在冻干过程的重量变化,以此直接掌握冻干各过程的水分升华情况,精确确定冻干终点,非常适合制药行业进行产品质量控制。

 

称量范围:0.001~500g

精确度:±0.005g

西林瓶规格:2R~20R(DIN58366)

外型尺寸:125×55×45mm

环境温度:-40℃~+40℃

 

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            称重系统检测升华速度变化

 

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       称重系统和湿度监控确定主干燥结束

 

 

无线温度传感器WTM plus

样品温度是监控冻干工艺中非常重要的参数。传统的样品温度传感器放入小的西林瓶中,由于导线干扰,会产生操作问题。


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无线温度传感器(WTM plus)是一种革新性制造,尤其适用于自动上卸料系统,从而进一步优化工艺。

WTM plus不需要电池或其他能量存储介质,通过激发石英晶体获取能量,产生2.4GHz射频提供传感器能量,无线发送到感应装置,从而测定样品温度。

 

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              传统设计温度传感器

 

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           无线温度传感器WTM plus


 

在线取样装置

冻干工艺的开发过程中,水份含量是判断冻干终点的重要参数,CHRIST可在中试型冻干机上配置在线取样装置实时取出样品,测量水份含量,实现在线监测含水量的目的。


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          在线取样装置

 

在线成像系统LyoCam

冻干过程很长,很难实现人工的全程观察。但是,样品发生冻干不良反应的时间往往就在几秒或几分钟内,比如融化、塌陷等。所以Christ创立了在线成像系统,借助全息冷光源照相系统,实时监控整个冻干过程,以便实验人员随时追踪细节、调整工艺参数;所有过程都可以以图片、视频的形式跟冻干曲线、参数数据一起保存下来,便于冻干过程分析。


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瞬时共结晶系统LyoCoN

由于热力学因素限制,即使是同时开始预冻的同一批次的样品也不是一个同步的、平行的结晶过程, 而是随机的。样品各个体间的局部冷却时间的差异会导致各自晶体结构的不同,从而导致最终干燥结果的不同(比如残留水分、外观等). Christ运用冰雾原理和同步引晶技术,引发瞬时的自发结晶。更安全的是,冰雾并非来自外源,而是来自结晶过程前的样品自身蒸发出来的蒸汽,是一个“自馈式”反应过程,无需担心样品污染等问题。

 

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1、实验室常规冻干机系列

2、实验室工艺型冻干机系列

3、中试型冻干机系列

4、生产型冻干机系列