【应用】通过压差测试确定冷冻干燥终点

简介

设备

化学品和材料

• D-甘露醇，Fluka (63560)

• 去离子水

• 乙腈 99%，VWR (20070.462)

• 乙醇 90%，Merck (1.00983.1011)

• 甲醇 90%，Merck (1.06009.2500)

• 三氟乙酸 99.9%，Carl Roth (6957.20)

• 丙酮 99%，Merck (8.22251)

• 叔丁醇 99%，Roth (4323.1)

• 乙酸 95.9%，Carl Roth (T179.1)

• 甲酸 85%，VWR (20315.366)

请务必注意所有相应的材料安全数据表（MSDS）以确保安全操作！

步骤

4.1 冷冻干燥

• 在 Lyovapor? L-250 上完成调节步骤后，进行了真空测试，目标压力为 0.10mbar。自动识别了外部压力计之间的偏移

• 手动启动干燥过程，压力设置为 0.1mbar，即极限真空

• 每个圆底烧瓶中装入 200 毫升 50 毫克/毫升的甘露醇溶液，溶剂为 70:30 体积比的去离子水-乙腈混合物，以及其他溶剂混合物

• 每个烧瓶随后转移到 R-300 上，浸入装有干冰-乙醇混合物的杜瓦瓶中，温度约为 -80°C

• 样品在旋转下冷冻 10 至 15 分钟

• 样品分别连接到多歧管干燥室。在每次连接前，验证实际压力是否在设定压力范围内

• 所有 12 个烧瓶连接后，启动压差测试

表1：Lyovapor? L-250 Basic 的压差测试设置。

* 压力限制：皮拉尼和电容式压力计之间的估计差异。通过测试的标准。

* 时间：每次测试的持续时间。测试持续到达到压力限制。

* 偏移限制：由真空测试估计。

• 通过测试后，取 6 个样品进行水分含量分析。

• 在没有压差测试的参考实验中，使用相同的程序。终点通过肉眼检测，标准是干燥粉末的外观。

• 通过压差测试后，收集 6 个样品进行水分含量分析。

• 在参考实验中，未进行压差测试，遵循相同的程序。终点通过视觉确定，基于干燥粉末的外观。

4.2 卤素水分分析

1. 分析干燥样品（有和没有压差测试）的残留水分含量，以评估干燥效率

2. 使用刮刀研磨样品，并在 30 秒内转移到水分分析仪

3. 使用卤素水分分析仪，参数如表3所示，进行水分含量分析

4. 关闭标准设置为 140 秒内变化不超过 1 毫克

表2：水分分析仪设置

结果

5.1 70:30 体积比水-乙腈甘露醇样品的压差测试

将 12 个样品连接到多歧管后，压差测试在 1.7 小时启动，如图1所示。在此阶段，由于高蒸汽负荷，多歧管室内的压力增加，蒸汽只能逐渐到达冰冷凝盘管。这种增加归因于多歧管干燥室内钢管的空间限制。

开始时，皮拉尼传感器显示的压力读数高于电容式压力计，反映了蒸汽组成的影响。然而，随着干燥过程接近尾声，升华减少，两个传感器的压力读数趋于一致，表明蒸汽量减少，过程接近完成。

为了演示目的，图1中的压力差异被估计并显示在图2中。仪器通常完成此检测，随后在显示屏、应用程序和 Lyovapor? 软件上显示信息。图1和图2中的条形表示通过压差测试，因为达到了 0.02mbar 的设定限制。

随后，取六个样品并立即转移到水分分析仪以确定残留水分含量。测得的平均水分为 2.15%，如表3所示。为了进行比较，进行了没有压差测试的参考实验。在该实验中，第一个样品在 13 小时后看起来干燥，随后分析另一个样品。水分分析结果总结在表4中。

结果比较显示，采用压差测试的运行样品表现出较低的水分含量，证明了该方法相对于视觉检测方法的改进效率和可靠性。

表3：通过压差测试后的样品残留水分含量。

表4：通过视觉检查的样品随时间变化的残留水分含量。

为了确认压差测试作为实现低残留水分的有效工具的可靠性，进行了三次额外的运行，并分析了水分含量（表5）。结果表明，测试通过所需的时间存在波动。这种波动源于升华速率对环境因素（如环境光和室温）的依赖性，这些因素显著影响样品。然而，所有运行中的水分含量，包括平均值，均低于通过视觉检测方法实现的水分含量，突显了压差测试的优越准确性和有效性。

表5：压差测试的水-有机溶剂混合物中有机溶剂的浓度。

5.2 甘露醇样品与有机-水混合物的压差测试

研究已扩展到水-溶剂混合物。目的是找出混合物中有机溶剂的最大浓度，该浓度仍允许皮拉尼传感器显示偏移行为。如引言中所述，皮拉尼在水蒸气饱和环境中显示 0.6 倍的偏移。表6显示了该研究的结果。

表6：成功压差测试的水-有机溶剂混合物中有机溶剂的浓度。

结论

参考文献

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