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更新時間:2026-07-17
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不同的產(chǎn)品,為什么有的“好做",有的“很難做"?對于凍干工藝來說,關(guān)鍵溫度,幾乎是決定后續(xù)凍干工藝開發(fā)和優(yōu)化難度的最重要指標(biāo)。做工藝開發(fā),如果不知道產(chǎn)品的關(guān)鍵溫度。就好像航海沒有燈塔和航標(biāo);比賽看不見球場邊界;隨性航行,隨時掉坑。
這篇文章,我們來梳理一下凍干過程中“關(guān)鍵溫度"這個概念。以使得后續(xù)工藝開發(fā)過程中,盡量用好“關(guān)鍵溫度"這個工具。
凍干產(chǎn)品的關(guān)鍵溫度包含:共晶點溫度(Te)、塌陷溫度(Tc)、(濃縮溶液的)玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度(Tg')、干燥物質(zhì)的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度(Tg)。
了解凍干產(chǎn)品的關(guān)鍵溫度,是凍干工藝開發(fā)的第一步。
產(chǎn)品處方不同,關(guān)鍵溫度即不同。通常,產(chǎn)品的關(guān)鍵溫度越高,則凍干越容易,凍干周期越短。產(chǎn)品的關(guān)鍵溫度越低,則凍干工藝越難摸索,所對應(yīng)的時間也會越長。關(guān)鍵溫度低于-40℃的產(chǎn)品,則不太建議進(jìn)行凍干。
并不是處方確定了,才開始測定產(chǎn)品的關(guān)鍵溫度,開始凍干工藝的設(shè)計。處方篩選階段,在考察輔料對于API穩(wěn)定性的保護(hù)作用的同時,就應(yīng)充分考慮其對產(chǎn)品關(guān)鍵溫度的影響。在穩(wěn)定性相似的前提下,處方關(guān)鍵溫度越高,越利于凍干工藝的開發(fā)。
工藝設(shè)計:如果產(chǎn)品處方成分都為純晶體,則可以按照共晶點溫度來設(shè)計整個凍干工藝。
• 預(yù)凍階段:板層溫度低于Te
• 一次干燥階段:產(chǎn)品溫度(升華界面溫度)不高于Te
• 但如果產(chǎn)品處方中包含無定形物質(zhì),則使用Tc及Tg’設(shè)計凍干工藝
測試設(shè)備:
• 凍干機(jī)上的配件:共晶點溫度探頭
• 凍干顯微鏡(觀察明確比較不容易)
• DSC(初始融化溫度Intial melting temperature)
雖然“共晶點溫度"這個概念在中國“凍干界"最為人熟知。但實際可以用這個參數(shù)進(jìn)行科學(xué)凍干工藝開發(fā)的產(chǎn)品,少之又少。

塌陷溫度幾乎是專門針對凍干工藝開發(fā)而產(chǎn)生的一個概念。
由凍干顯微鏡設(shè)備進(jìn)行測試。樣品被放置在在一個可以控溫的冷熱臺上,同時提供一定的真空度。模擬凍干的預(yù)凍和一次干燥過程,找到產(chǎn)品在什么溫度下會產(chǎn)生塌陷,繼而確定塌陷溫度。

工藝設(shè)計:
一次干燥階段:產(chǎn)品溫度(升華界面溫度)不高于產(chǎn)品的塌陷溫度,否則會出現(xiàn)“外觀塌陷"或內(nèi)部的“微塌陷"。


測試設(shè)備:
凍干顯微鏡


測試圖:


玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度,是無定形樣品從玻璃態(tài)(剛性)轉(zhuǎn)變到橡膠態(tài)(具有一定流動性)的溫度。
工藝設(shè)計:
樣品處方中含有無定形成分,則通過測試產(chǎn)品的Tc(或者Tg')來進(jìn)行凍干工藝設(shè)計。
因為擁有凍干顯微鏡設(shè)備的公司和實驗室非常少,所以很多用戶會測試產(chǎn)品的Tg’代替用Tc,來設(shè)計整個凍干工藝。其實,兩個測試方法從條件設(shè)定到測試原理都不相同。有條件的用戶,推薦對樣品的兩個關(guān)鍵溫度(Tg’、Tc)都進(jìn)行測試。
不是所有的產(chǎn)品都能找到Tg’。
DSC設(shè)備所給出的圖形曲線中,除了可以得到Tg’的數(shù)據(jù),還可以看產(chǎn)品是否有重結(jié)晶現(xiàn)象。如果有,則需要在預(yù)凍階段進(jìn)行一定的工藝變化。以消除后期一次干燥過程中或者產(chǎn)品的長期存儲過程中,由于重結(jié)晶而導(dǎo)致的產(chǎn)品晶型及穩(wěn)定性的變化。
測試設(shè)備:

測試曲線:

一次干燥完成后,產(chǎn)品中的自由水全部去除,進(jìn)入二次干燥。
二次干燥階段,產(chǎn)品溫度的一條紅線是:不能超過其玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度Tg。這時產(chǎn)品的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度和產(chǎn)品的含水量呈負(fù)相關(guān)的關(guān)系,含水量越高,則玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度越低。如果此時產(chǎn)品溫度超過玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度Tg,則產(chǎn)品也會出現(xiàn)塌陷現(xiàn)象。
我們實際工作中,很多凍干產(chǎn)品,凍干結(jié)束時外觀是可以的。放置一段時間后出現(xiàn)塌陷。大多是因為產(chǎn)品吸潮,導(dǎo)致含水量升高,繼而導(dǎo)致玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度(Tg)降低。當(dāng)環(huán)境溫度高于此降低后的Tg時,產(chǎn)品出現(xiàn)塌陷。
測試設(shè)備:DSC
工藝設(shè)計:二次干燥階段,產(chǎn)品溫度不超過產(chǎn)品的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度Tg
下圖是做凍干工藝開發(fā),經(jīng)典的圖形之一。作者非常愛這張圖,所以又把他放出來。

二次干燥階段,此圖同樣適用。從Tg'到Tg的那段曲線,隨著水分含量逐漸降低,Tg逐漸升高。
預(yù)凍:板層溫度需要降低到產(chǎn)品的Te或者Tg’以下,以使得產(chǎn)品獲得一個剛性的狀態(tài)。
一次干燥:產(chǎn)品的升華界面溫度不能高于其共晶點溫度Te或者塌陷溫度Tc。
二次干燥:產(chǎn)品溫度不能高于其Tg。
產(chǎn)品的關(guān)鍵溫度,拉出了我們凍干工藝順利進(jìn)行的最基本的“紅線"。“確保凍干工藝的每一步,都控制在這些由關(guān)鍵溫度組成的‘紅線’以內(nèi)。"
• 關(guān)鍵溫度測試
• 凍干工藝設(shè)計
• 運(yùn)行凍干工藝,獲得此工藝條件下的產(chǎn)品溫度
• 對比關(guān)鍵溫度和實際產(chǎn)品溫度
• 整凍干工藝參數(shù),進(jìn)行工藝優(yōu)化
后面的路還長,獲得產(chǎn)品關(guān)鍵溫度,是科學(xué)的方法開發(fā)凍干工藝的第一步。好的開始是成功的一半。希望大家此篇文章能夠幫助大家,很好的邁出這第一步。
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