凍干過程分為三個階段:冷凍，一次升華和解析干燥。冷凍階段:冷凍干燥從原料的冷凍開始，使原料中的水結(jié)冰，為下一階段的升華做準備。凍結(jié)溫度和凍結(jié)速度的關(guān)鍵是控制溫度達到安全預凍溫度以下，不同物料的安全預凍溫是不同的。凍結(jié)速度直接與物料中冰晶的大小有關(guān)，而冰晶的大小又直接與固體物料的結(jié)構(gòu)和升華速率有關(guān)。升華階段:升華是一種溶劑，如水，直接從固體變成氣體的過程。干燥階段:解析干燥主要是去除具有強固結(jié)合的吸附水。干燥過程中的真空度、溫度直接影響干燥過程和產(chǎn)品質(zhì)量。凍干的每一個過程都是重要的，升華過程的終點是關(guān)鍵。判斷終點的方法有很多種，各有優(yōu)缺點，可根據(jù)設備和凍干產(chǎn)品的條件選擇合適的方法。

1.觀察水跡線

在升華過程中，隨著時間的延長和升華的不斷進行，干燥層與凍結(jié)層的界面不斷向下移動。在升華干燥結(jié)束時，干燥層和冷凍層之間的分界線到達瓶底并消失。當觀察到這一點時，保持一段時間，即可進入解析干燥。這只適用于西林瓶，瓶子必須是透明的，凍干機有一個可視窗。這個也有可能誤判，應該保溫一段時間，因為邊緣和中心的升華速度不同，到達終點的時間也不同。

2、產(chǎn)品溫度和板層溫度

產(chǎn)品溫度上升到接近板層的溫度并趨于穩(wěn)定。這可以通過監(jiān)測板層和樣品的溫度曲線來確定。這適用于帶溫度傳感器的樣品，必須監(jiān)測樣品的溫度，樣品溫度的監(jiān)測儀器可能會有一定的誤差，選擇的溫度傳感器類型不同，可能會有一定的偏差。所以要保溫一段時間。在實際工業(yè)應用中，判斷初級升華干燥終點最廣泛使用的方法是產(chǎn)品溫度響應法。

傳感器主要有兩種，熱電阻與熱電偶傳感器。熱電阻的測量原理：金屬的電阻值隨著熱量的增加（減少）而上升（下降），金屬變得更熱（冷）。因此，熱電阻是一種溫度傳感器，它利用金屬電阻的變化來測量局部溫度的變化。熱電阻傳感器元件是由在不同溫度下具有不同電阻值的純金屬制成。換句話說，隨著溫度的變化，材料的電阻有一個可預測的阻值變化。正是這種變化被用來確定實際溫度。熱電阻通常被認為是現(xiàn)有精確的溫度傳感器之一，并且它們還具有出色的短期和長期穩(wěn)定性以及可重復性。優(yōu)點：1、精確度高。2、靈敏度高。3、穩(wěn)定性好和可重復性（低漂移）。劣勢：1、溫度范圍窄。2、成本高。熱電偶（TC）由兩種不同的金屬材料一端焊接在一起組成。當兩種金屬的連接處被冷卻或加熱時，會產(chǎn)生一個電壓差，這個電壓差可以直接與溫度相關(guān)聯(lián)。由于熱電偶測量的溫度范圍很廣，而且相對穩(wěn)定，它們可用于工業(yè)和工藝應用，其中高精度可能是一個不那么重要的因素。優(yōu)點：1、測量范圍廣。2、成本低。劣勢：1、精確度低。2、敏感度低。3、隨時間的變化相對較高的漂移量。

當熱電偶或電阻插入樣品時，在升華過程中溫度保持恒定。當與熱電偶(或電阻)接觸的冰晶升華時，溫度迅速上升，但這反映了局部的溫度變化，接著再延長4~6個小時，讓整個材料中的冰晶升華成水蒸氣并逃逸。但這種方法存在以下問題:首先，由于傳感器是插入到樣品中，當電流流過傳感器時，會對周圍環(huán)境以及自身進行加熱，影響探頭周圍產(chǎn)品的結(jié)晶;其次，將探針插入樣品中，使探針周圍的溶液呈非均質(zhì)形核，有或沒有傳感器時結(jié)晶情況不同。第三，傳感器周圍過冷度變小。裝有傳感器的小瓶總是先冷凍，但冷凍過程很慢。慢凍導致產(chǎn)品的冰晶尺寸較大，水汽通過干燥層的阻力較小，升華過程中升華速度快，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)粗糙，外觀不平整;第四，溫度響應法不能檢測升華過程中瓶的干燥均一性；第五，由于采用這種方法，當產(chǎn)品溫度達到設定溫度時，需要保持幾個小時，以增加凍干時間;第六，在藥品生產(chǎn)過程中，干燥室要求無菌，溫度探頭破壞了干燥室的環(huán)境，難以達到無菌要求。

3、前箱和后箱壓力

前箱內(nèi)的壓力接近冷阱內(nèi)的壓力，兩者的差值基本保持不變。由于升華結(jié)束時升華的水蒸氣較少，前箱內(nèi)的壓力基本很低，與冷阱內(nèi)的壓力處于平衡狀態(tài)。這適用于密封性能好的凍干機。

4、壓力升試驗

當關(guān)閉隔離閥時，凍干箱若有水蒸氣蒸餾，壓力會顯著增加，當觀察到很小的壓力變化時，一般就可以斷定一次升華結(jié)束。這通常稱為壓力升測試。

5、硅油進出口溫度

通過對比硅油進出口溫度，升華結(jié)束時，所需熱量和放出的熱量趨于基本不變，因此硅油進出口溫度趨于一致。本凍干機適用于硅油的循環(huán)加熱。

6、冷阱溫度

觀察冷阱的溫度變化，因為大量的升華會導致冷阱的溫度升高，當水蒸氣的升華結(jié)束時，冷阱可以保持較低的溫度，沒有明顯的溫度變化，所以可以以此判斷。

7、壓力對比法

適用于帶有皮拉尼和電容式真空計的凍干機。皮拉尼真空計的校準氣體是氮氣，當測量氮氣時，皮拉尼真空計和電容式真空計顯示相同數(shù)值。需要注意的是，水蒸氣的熱導率約為氮氣的1.6倍。所以同樣的絕對真空度，如果是水蒸氣時，數(shù)值會比氮氣高約60%。由于皮拉尼和電容式真空計的測量原理不同，皮拉尼壓力表在一次干燥過程中比電容式壓力表的測量值多60%左右。當接近一次升華干燥終點時，凍干室內(nèi)的水蒸氣逐漸減少，而非冷凝氣體(主要是氮氣)逐漸增加。因此，皮拉尼真空計測得的壓力隨著一次干燥過程的進行而逐漸減小。當皮拉尼真空計測得的值與電容真空計測得的值接近時，可判斷干燥過程結(jié)束。

8、露點

露點是指在濕空氣中水蒸氣的含量不變,也就是說,水蒸氣的分壓保持不變,而環(huán)境溫度逐漸降低,狀態(tài)點達到飽和狀態(tài)，如果繼續(xù)冷卻會發(fā)生結(jié)露，水蒸氣的分壓對應的飽和溫度就是露點。水蒸氣的分壓與露點相對應。凍干過程中干燥室內(nèi)露點的變化是水蒸氣分壓的變化。除空氣泄漏外，干燥室水蒸氣含量的增加主要是由于樣品中的水蒸氣不斷從干燥層升華到干燥室。露點曲線反映了凍干過程中干燥室內(nèi)水蒸氣含量的變化趨勢。電子濕度傳感器可以用來測量冰點，冰點是冰的平衡蒸氣壓等于被測水壓時的溫度。測量的原理是，在給定的分壓下，氧化鋁膜的電容由于水的吸附而變化。傳感器進一步將電容轉(zhuǎn)換為電壓輸出，校準讀數(shù)露點或水分壓。露點開始下降的點表明升華幾乎已經(jīng)完成，主要是由水蒸氣變?yōu)榈獨獾臍怏w組成的變化。

9. 可調(diào)諧二極管激光吸收光譜

可調(diào)諧二極管激光吸收光譜(TDLAS)直接測量連接室到冷凝器的管道中的水蒸氣濃度。TDLAS基于光譜學的基本原理，測量水蒸氣對輻射的吸收，實時監(jiān)測痕量水蒸氣的濃度。激光束穿過含有一定量目標氣體的混合氣體。通過調(diào)整光束波長到目標氣體的吸收線，可以準確測量光束的吸收，從而推斷出在光束路徑長度上積分的目標氣體分子的平均濃度。氣體速度也可以通過從多普勒頻率移動到水蒸氣的吸收光譜來測量。此外，升華速率可以通過氣體流速和水蒸氣濃度來確定。TDLAS由于能夠?qū)崟r測量干燥過程中的升華速率而越來越受歡迎。當水的濃度開始急劇下降時，表明氣體的成分正在發(fā)生變化，因此升華幾乎已經(jīng)完成。

10.氣體等離子體光譜

氣體等離子體光譜（Lyotrack）基于光學發(fā)射光譜技術(shù)，可以測量干燥過程中的水蒸氣濃度。它由一個等離子體發(fā)生器和一個光譜儀組成。等離子體發(fā)生器產(chǎn)生射頻波，其能量通過射頻天線傳輸?shù)降入x子體管中的氣體。等離子體管中的氣體變成等離子體，等離子體由原子和分子(受激或未受激)、離子、電子和光子組成。被激發(fā)的原子是不穩(wěn)定的，一旦被激發(fā)就會立即返回到它原來的能級。在這個階段，它會發(fā)光。發(fā)射光的波長是識別原子或分子的特征信號。Lyotrack可用于測定主要終點干燥度，具有良好的重現(xiàn)性和敏感性。

11、真空度變化

隨著水分的減少，真空值的變化趨于穩(wěn)定。通過凍干光譜，當真空度曲線變化趨于穩(wěn)定時，有時也可以說明一次升華到達終點。

目前，凍干時間的長短仍主要由經(jīng)驗控制。但由于凍干產(chǎn)品成本較高，為保證產(chǎn)品質(zhì)量，會延長干燥時間，導致生產(chǎn)效率較低。通過以上分析，確定升華終點的方法有很多，選擇不同配置的凍干機組合產(chǎn)品。

參考文獻

[1] 周國燕,張今,鄭效東,等.判斷一次升華干燥結(jié)束點和二次干燥結(jié)束點的方法:, CN101419015B[P]. 2010.

[2] 張今,周國燕,郭柏松,等.基于露點法判斷凍干過程的一次升華結(jié)束點[J].真空, 2009(04):66-71.

[3] 李保國,唐樹培,李俊奇,等.判斷凍干機內(nèi)硅油泄漏和一次升華干燥結(jié)束點的方法:, CN105784289A[P]. 2016.

[4] Patel S M, Doen T, Pikal M J. Determination of End Point of Primary Drying in Freeze-Drying Process Control[J]. AAPS PharmSciTech, 2010, 11(1):73-84.

[5] 凍干制劑開發(fā)過程關(guān)鍵點：藥品研發(fā)