真空冷冻干燥机操作中的注意事项及故障判断(1)

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)天津生物工程职业技术学院 作者:李燕

  真空冷冻干燥技术起源于19世纪20年代,如今广泛应用于食品、血液制品、生物制品、医药和活性物质领域。尤其在制药行业,真空冷冻干燥机(简称冻干机)应用广泛,它具备广泛的优点。正是由于产品对真空冷冻干燥的需要,使冻干机迅速在各种生产领域得到广泛使用。现将一般应用中的真空冷冻干燥机在使用中需要注意的情况及故障原因、排除方法介绍如下:

一、真空冷冻干燥原理

  我们可以从理论上分析:图1为水的相图,曲线OA、OB、OC分别为液-固平衡线、气-液平衡线及气-固平衡线,其交汇于3相点O。当温度低于3相点O时,如果系统压力降至0.6106kPa以下,固态冰可不经过熔化而直接气化,这就是升华过程。

水的相图

图1 水的相图

  直观的说冷冻干燥就是把含有大量水分的物质,预先进行降温冻结成固体。然后在真空条件下使水蒸气直接从固体中升华出来,而物质本身留在冻结时的冰架子中。因此它干燥后体积不变、疏松多孔。整个干燥是在较低的温度下进行的。

二、冻干技术的应用

  1.中药材的加工与保鲜。冻干技术可用于中药材的新型加工及活性保鲜。

  2.现代中药制剂。①中药脂质体及纳米粒。液态脂质体是一种混悬乳剂,性质不稳定,易发生凝聚、融合,并导致其包封药物泄漏。脂质体在液体状态下只能贮存几周,使应用受限。冻干技术使脂质体等作为药物载体的优势进一步扩大,既可单独制备、储存,可延长药物作用时间,降低其毒副作用,提高生物利用度。②中药冻干粉针。需要注射用的中药复方或单方制成冻干粉针后成型性、水溶性均优于传统注射液,而且冻干粉针的稳定性也大大提高。③中药口服片剂。冷冻干燥还可用于中药口服片剂的制备。

  3.西药制剂。①西药脂质体。西药制剂的冷冻干燥技术较为成熟,目前国内较大型的制药厂都有冷冻干燥设备,很多剂型(针剂、口服制剂、滴眼剂等)都采用了冷冻干燥工艺,提高了药品质量和贮存期限。如克拉霉素、米非司酮、维甲酸等。②西药冻干粉针。西药制成冻干粉针,可药品不变质,适合长期存放;容易实现无菌化操作;定量准确;复水性能好,如棓丙脂、阿莫西林钠等。③其他剂型。口腔速崩片具有使用方便、分剂量准确、崩解迅速、对消化道刺激作用小等优点。冻干法制备的口崩片除具有上述优点外,还可避免药品因高温而分解变质,并且由于产品含水量低,微生物不易生长繁殖,易于保存。

  4.生物药品。针对大多数生物药品的化学、物理性质不稳定,冻干已被真空技术网(www.chvacuum.com)实践证明为一种非常有效的手段。冷冻干燥在低温下进行,且处于高真空状态,因此对于许多热敏性的物质特别适用;干燥后的物质疏松多孔,溶解迅速完全;冻干产品脱水彻底,可采取真空或充氮气包装和避光保存,保质期长。

  5.在食品工业中的应用。最早的食品冻干技术与设备出现在1943年的丹麦。60年代德国、荷兰等西欧国家首先应用于工业生产,随后在日、美等国开始迅速发展。我国于60年代后期开始在北京、上海等地建立冻干食品厂。

三、真空冷冻干燥机操作中的注意事项

  1.在进行干燥前,首先将样品物质进行简单处理,使样品形状大小一致,松散平铺在金属盘上,或放在玻璃器皿和其他容器里,使厚度一致,一般厚度不大于2cm。

  2.样品容器要放在金属板上,不要使容器互相叠压,容器与金属板不要有间隔。

  3.由于各种样品物质性质不同,所需的最低温度,保持的时间也不同,一般含水量高的,营养物质丰富,带有特殊气味的物体,都要求急速冷冻,以保持其营养成分不被破坏并可保持原有的气味。

  4.在对样品物质进行冷冻时,一般要求样品冷冻到设定最低温度之后并保持1~2h,方可开始抽真空进行干燥处理,如果没有冻实,样品就会在真空的作用下发生破裂,如果样品是液体物质就会喷发冒出来,导致冷冻干燥失败。

  5.进行冻干时,冷凝室温度要保持在-40℃以下,真空泵要能保持住一定的真空度,一般压强为0.1~0.3mbar之间。

  6.样品物质冷冻干燥时,升华是关键阶段,样品室的层板不仅能产生冷而且还产生热。层板温度设定高,样品获得的热量就多,升华干燥时间就短;板层温度设定低,样品获得的热量就少,升华时间就长;层板温度过高,产品获得过多的热量使产品发生迅速解冻,导致冻干失败;层板温度过低,产品得不到足够的热量会延长升华干燥时间。因此,板层的温度设定是关键。要随时观察样品物质颜色的变化,随时调整样品室设定温度,样品室温度在升华阶段一般应保持20℃~-10℃,10~18h;最后为样品完全干燥要将温度升到0℃以上,并保持4~6h。

  7.样品物质干燥完成时,样品室温度要升到(降到)室温,首先关闭真空泵与样品室,冷凝室之间的阀门,再关掉真空泵,慢慢地打开放气阀,切不可一下全打开,以免干燥样品被吹走。

  8.每次开机前,要检查制冷系统是否正常,真空泵油面是否在两条红线之间。

  9.样品物质干燥完成后,请关掉总电源,完全打开放气阀,同时放掉真空泵里的水,打开真空泵放油阀,首先放出的是真空泵里的水,直到放出油,然后从加油孔处补加真空泵油到两个红线之间的位置上。

四、系统常见故障、原因和排除方法

1、真空系统

  ①真空度不高。产生原因:泵温太高,可能是泵的阀片或内腔刮伤磨损,转子轴心产生位移造成单面磨损。泵油有问题:油位过低,密封不严;油被污染呈黄色;油位正常,油路不通,泵腔内没有保持适当的油量。泵本身漏气:密封圈、气针阀垫圈损坏或未压紧,排气阀片损坏,造成密封不好。进气口过滤网被堵塞。排除方法:修复后重新装配。加油;换油;检查油路及油阀的进油量。针对具体情况更换密封圈或阀片。拆下清洗。

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