图1 Labor GT：带有烧瓶和广口瓶接口的冷冻干燥设备，热传导方式为对流和辐射

药物中的蛋白质、微生物等活性成份可在冷冻干燥工艺的帮助下长期保存。本文介绍了冻干工艺中共熔点临界温度的确定方法，结晶过程的要求以及对产品温度的严格监控措施。

确定共熔点的临界温度对于冷冻干燥工艺的设计有着决定性意义，这一临界温度规定了确保产品不熔化或不塌陷的界限，检测产品临界温度的方法是DSC差示扫描量热法，冷冻干燥显微法和绝缘电阻测量法。

物质经冷冻干燥后分为结晶和非结晶两种形态。结晶材料具有特定的共熔点（Teut），并在冷冻干燥过程中用系统的临界温度表示。对于非结晶的物质材料，其相应的结晶温度用冷冻干燥液的软化温度（Tg）来表示。塌陷温度（Tc）描述的是冷冻干燥物体首次出现视觉可见的升华变化时的温度，一般情况下略高于软化温度。尽管大多数冷冻干燥的产品都是非晶体的，但常常出现用共晶点（即共熔点温度）来描述冰点以及临界点的错误。美国FDA食品药品管理局颁布的技术标准Lyophilization of Parenterals (7/93), Guide to Inspection规定“生产厂家应知道产品的共晶点”。这一规定在新研发注射以及口服 (真空)冻干粉（剂）的生产实践中是非常重要的。

当产品的临界共熔点温度未知时，初次干燥的周期应采用试错法确定。从比较保守的循环周期开始，例如用较低的温度和较低的压力，然后在反复试验中逐步提高压力和温度，直到观察到塌陷或者熔化。

图2 在初次干燥过程中，当温度超过软化温度时，产品会出现塌陷

结晶过程的要求

有些物质系统例如甘露醇或脂肪酸类在开始冷冻时的结晶是不完全结晶。为了帮助它们结晶，常常需要在这一过程中进行热调整，也就是所谓的退火。在退火时，温度短时间的升高（例如从-40℃升高到-20℃，保持几小时），然后迅速降低到退火开始时的温度。退火有助于促进结晶过程，以形成粗大的冰晶，从而也缩短了初次升华冷冻的时间。

在使用有机溶剂时，因为所需的温度较低，溶剂可能冻结及凝结，此时存在一定的风险，即溶剂没有在冷凝器中被分离出来，而凝聚在真空泵中并对泵造成损害。在这种情况下，可以使用冷凝机温度和搁板温度较低的冷冻干燥机，专用的滤芯或者冷阱（液氮，LN2）也适合于溶剂冰点较低的情况。若使用的是不稳定的/危险的材料时，应采取相应的安全保护措施。

冻干过程中施加的热能

冷冻干燥时的干燥可分为初次干燥和二次干燥。在初次干燥时，以冻结形式存在的水（所含的大部分水）通过升华而去除，有机溶剂被清除干净了。

初次干燥是一个在低温环境下进行的缓慢升华过程。为了防止对产品带来不利影响，初次干燥时的温度应在临界共熔点温度之下，初次干燥的升华过程需要施加能量（热能）使其从固相升华到气相，此时有3种方法可供使用：传导、对流和热辐射。

在一套烧瓶/广口瓶连接的简单冷冻干燥设备中，热能主要是通过对流和热辐射的方式传递，对施加到产品中的热能不可能进行监控，冷冻工作也很难控制。在低临界温度的冻干过程中，有时需要对容器瓶进行隔热，以便减少热传导、避免出现塌陷。

带可加热搁板的冷冻干燥器主要通过传导方式传递热能。接触面积越大，传热性能越好，避免对流和辐射方式对产品的纯度及生产过程产生不利影响。

从冻干设备内壁辐射出的辐射热使得药瓶外侧接触面处的产品比药瓶中心部分的产品得到更快的干燥（即边缘效益）。通过冻干机树脂玻璃门进入的辐射热有着较大的影响，距门较近的药瓶干燥的最快，因此生产中通常使用有着较小观察窗的不锈钢门。在实验室用的冻干机中，可在树脂玻璃门内侧粘贴铝膜，但这样就失去了树脂玻璃透明、利于观察的优点。

图3 冷冻干燥设备的热传导过程

由于填料与搁板的接触常常不是完全一致的，因此对流能够帮助产品均匀的冻干。在压力特别低时（<50mTorr），气体分子量相对较少，干燥也不够均匀，干燥速度很慢。

在初次干燥时，产品中的升华从上向下开始，最后到容器底部。冻干后的产品混合物，通常称为干饼，首先出现在冰界表面，冰界之下是带有冰晶的、尚未升华的产品。升华结束后，得到的是冷冻干燥后但仍含有5%~10%被产品吸收的水分子。

严格监控产品温度

产品的温度与冰的升华压力有着密切的关系，而冰升华压力又与经搁板而传导到产品中的搁板温度、冻干箱压力有关。冷冻干燥的产品温度应稍低于临界共熔点温度，冻干箱压力可按照冰升华压力表进行选择。搁板表面的温度应缓慢提高，并用温度计对产品冷冻干燥的温度进行监控，当产品温度达到目标温度时，应保持搁板温度稳定不变。

产品一般都表现出比产品冻干混合物更高的电阻，因此有必要对搁板温度进行匹配，避免产品出现过热或者塌陷。在初次干燥时，应保持搁板温度可调节，有时候也要避免以前报告过多的误导。

冻干箱应调整到合适的温度：大约是冰升华压力温度的20%~30%。典型的真空范围应为50~300mTorr，常用的为50~200mTorr。

温度和升华压力呈正比例关系。温度越低，升华压力也越低；升华压力越高，升华率也就越高（气体分子散发不受阻碍），干燥于是加快。

当漏斗干燥设备配备多联管时，其工作流程由所调节的冻干箱压力和环境温度决定。由于产品中的热流无法监控，因此这种冻干设备多数情况下都在较低的压力下开始工作，以保证较低的产品温度。