冻干实验失败原因分析.doc

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1、本次冻干实验失败原因分析此次冻干实验失败有3个表现:第一，所有的失败样品表面都有一个尖尖的三角锥形状的角，形状如图;—A—第二，几乎所有冻干品都脱离西林瓶底部，漂浮起来；第三，所有样品都存在坍塌的现象。现象分析：第一现彖出现原因，实验品未冻干。由于未冻实，主升华阶段水份会剧烈升华，带起表面山梨醇，形成这种形状。第二现象出现原因，实验品未冻干。首先看一下冻结现象的过程：（2）冷冻过程小的制胡结品，多数制砧的冻结过程是一个溶液的结品过程，存冰品向衣也I工长的过程中.其顶部变得越来越细。山于水变成冰足一个膨胀过稈・冰晶问空隙内的浓縮

2、溶质被挤向顶洲.从而TT空隙内形成一股液向顶部的浓缩洛质流.同时由于浓度梯度的存在,浓缩溶质将山于扩散作用血流向未冻结部分,这两种作用引起了制品内溶质的垂新分配当冰嘉顶部达到制品衣面时.匝新分配结束・丁是在冻结制品衣面形成了岛从浓缩层。完全冻结的溶液制品内存在二个部分：底部均匀冰晶层、冰品和间隙溶质层以及表面浓缩层。冻十品的内部结构情况见图1・5。冷冻T燥进入T燥阶段，冻结制胡表面暴聚在真空环境中.升华界面逐步从表而侈向制品底祁。界面上升华的水蒸气通过干燥层和表面致密层流向水汽凝结器。干燥过程中水蒸气的传质阻力主要取决于冻结制

3、品的内部结构.图1-6表示出了升华过12屮的阻力情况。动方向/*-用I•底裤羽I斤n华过和屮木汽淙戲兀力分附图I5冰给曲品的内剖给构S1-6・冻结休农血的致密层给水蒸气的传递造成了较大的阻力，在制品没冇助解的丽提下.水蒸气以扩散的方式通过表面致密恳。“冰晶和浓缩洛质G•原先被冰品充满的空间成为水热气的上要通道。在干燥过丹中.水找气分子还可以通过表面扩散被通逍表面吸附。引自博士论文《冻结过程与冷冻干燥的关系》一一赵兰萍徐烈李兆慈1.1冻结过程盛有溶液制品的容器与冷表面接触后，溶液内部将具有一定的温度分布，制品底部的温度将最低，过

4、冷度最大，此处最容易产生冰核。由于壁面材料等原因，容器底部产生不均匀冰核的可能性最大此后，各方等长的冰晶层将快速向过冷溶液生长。冰晶的成分仅为水。结晶放出的潜热将传给过冷溶液和容器壁，从而使得原先过冷的溶液和壁面温度上升至溶液制品的平衡冻结温度，过冷消失。承受这种变化的溶液比例取决于过冷度的大小。此后，冰晶将向表面生长。结晶放出的热量则通过冻结层传至制品底部。在冰晶向表面牛长的过程中，其顶部变得越来越细，由于水变成冰是一个膨胀过程，水晶间空隙内的浓缩溶质被挤向顶部，从而在空隙内形成一股流向顶部的浓缩溶质流，同时由于浓度梯度的存

5、在，浓缩溶质将由于扩散作用而流向未冻结部分，这两种作用引起了制品内溶质的重新分配，当冰晶顶部达到制品表而时，重新分配结束，于是在冻结制品表面形成高度浓缩层。从以上分析，我们发现：完全冻结的溶液制品内存在三个部分：底部均匀冰晶层、冰晶和间隙溶质层以及表而浓缩层，其分布情况见图1。从这个理论看出，本来应该从表而开始干燥，逐渐深入底层的冻干过程，由于未冻实，间隙中的水分迅速升华，导致从表面到底部形成通道，因此底部也在同时升华，加之底部得到热量的速度更快，升华更快，形成的水蒸气过多，形成的通道无法满足大量蒸气的溢岀，导致冰坨漂浮。第三

6、，根据观察，我们此次冻干过程中阱箱温差最低才8°C,由此推测箱体内大量的水蒸气无法迅速的被冷阱捕获，导致数量不小的蒸气与已经干燥的粉末结合，致使药品局部溶解，导致坍塌。结合我们冻干的实际情况，关于预冻未冻实，我做了如下分析：我们冻干设定第一阶段是1分钟，进油温度从20°C降到-40°C,这个过程不超过1小时；第二阶段设定是4小时，进油温度从-40°C到-40°C,但是从第18分钟开始，在停机2分钟后，压缩机开始全力降冷阱，当冷阱降到-40°C,这个过程顶多40分钟，然后就开始抽真空了，要知道抽真空就意味着主升华阶段的开始。这样

7、，计算下我们预冻的时间，几乎不到2个小时，根据经验，2个小时怎么可能冻实啊！解决方案：第一，确保预冻的时间，具体做法降抽真空的条件该为冷阱温度降到-80°C,当然这个温度无法到达，从而确保第二阶段的4个小时始终处于预冻阶段，在进入第三阶段设定时在将抽真空条件改为-60°Co第二，维持稳定的压强。我们的冻干机无法维持稳定的压强，根据观察，我们最好将机器的压强维持在30PA到40PA之间，这个压强范围当然是箱体的压强范围了，在这个范围内能保证升华的程度不至于超过冷阱的捕水能力，当低于30PA时，大量的升华使冷阱温度迅速上升，导致箱

8、阱温差低于10°C,从而导致坍塌。想维持这个压差需要真空阀，我们冻干机的真空阀可能是坏了，进气量过小，通过开真空阀无法维持。二、预冻速率我服膺于这样一种说法，即，预冻过程在很大程度上决定了干燥过程的快慢和冻干产品的质量。通常介绍冻T•理论的书籍都会提到，降温速率越大，溶液的过