Cuando se utiliza un liofilizador para el diseño del proceso o la optimización del proceso, lo primero que hay que hacer es medir varias temperaturas clave de la muestra para que podamos diseñar la curva de liofilización de acuerdo con estas temperaturas.

¿¿ cómo se miden esas temperaturas clave? Hoy vamos a discutirlo.

　1. método de medición de la temperatura del punto Eutéctico (temperatura de punto de fusión común)

La medición de la temperatura del punto Eutéctico puede adoptar el método de determinación de la resistencia, el método de determinación de la capacidad, el método de medición térmica de escaneo diferencial, el método de observación directa del microscopio de baja temperatura y el método de cálculo de la fórmula digital. varios métodos tienen sus propias ventajas y desventajas.

(1) determinación de la conductividad o resistencia

El método de conductividad (resistencia) para medir los puntos eutécticos es simple, conveniente y fácil de operar, y actualmente se utiliza más, pero no se puede determinar con precisión la solución no electrolítica.

Durante el proceso de precongelación de la muestra, es imposible determinar si la muestra está congelada a partir de la observación de la apariencia. Al medir los cambios en la conductividad eléctrica cuando la estructura del producto cambia durante el proceso de congelación, se puede juzgar si la congelación se completa.

Principio: de acuerdo con el principio de la teoría de la ionización S.A. Arrhenius (arenius), cuando el agua contiene impurezas, algunas impurezas se descomponen en iones eléctricos, cuando el agua conduce electricidad, la resistencia de la solución aumenta gradualmente cuando la temperatura disminuye, cuando la solución se solidifica en un sólido, los iones en la solución perderán su capacidad de movimiento libre y la resistencia aumentará repentinamente, cuando la temperatura es un punto eutrófico; Por el contrario, durante el calentamiento de los productos congelados, la temperatura cuando la resistencia disminuye repentinamente es el punto de fusión común.

La máquina de liofilización de aceite de silicio in situ de la cuarta circunvalación de Beijing se puede seleccionar con un medidor de punto eutéctico, que utiliza el método de determinación de resistencia para determinar la temperatura del punto Eutéctico de la muestra.

(2) método de determinación de condensadores

Principio: durante el proceso de congelación y calentamiento de la muestra, con la cristalización y fusión de la humedad, la capacitividad cambiará significativamente. con esta propiedad, se puede utilizar para determinar el punto Eutéctico y detectar si el producto está congelado, o para establecer un valor capacitivo adecuado para controlar directamente la sublimación del calentamiento.

La constante dieléctrica del agua y el hielo es diferente, la constante dieléctrica del agua es de 78,3 (temperatura del agua 25 ° c), y la constante dieléctrica del hielo es de 3 a 4. mientras que la constante dieléctrica de la adsorción física y la Unión química del agua varía de 10 a 80 con el grado de unión. Dos electrodos metálicos separados por aislantes se utilizan para formar un capacitor, y la solución de muestra se coloca entre los electrodos como dieléctrico, por lo que la capacidad del capacitor cambiará en diversos grados durante el proceso de liofilización de los cambios de fase. Durante el proceso de sublimación, debido a la disminución gradual de los cristales de hielo, la capacidad eléctrica disminuye, por lo que la pendiente de la variación de la capacidad eléctrica con el tiempo refleja la tasa de transferencia de masa, por lo que en realidad la curva de variación de la capacidad es la curva de secado de los cristales de Hielo. Además, las propiedades de los dieléctrico son muy diferentes entre el vacío y el aire, y la determinación de la constante dieléctrica puede considerarse independiente de la presión, por lo que el método de condensadores se puede aplicar directamente en el proceso de liofilización.

El método de determinación de la capacitividad se puede aplicar más ampliamente que el método de determinación de la resistencia, se puede utilizar en soluciones electroliticas y no electroliticas, así como en bloques granulados o desiguales.

(3) método de análisis térmico

La termometría de escaneo diferencial (dsc) es un método para medir la diferencia de energía transportada a la muestra y a la sustancia de referencia con el cambio de temperatura bajo el control de un programa de temperatura (calentamiento o enfriamiento). El DSC puede calcular con precisión y rapidez el calor de absorción y liberación (entalpía) y la temperatura característica (punto de partida, pico, punto final, etc.) del efecto térmico.

El método de medición DSC es un método común para medir puntos eutécticos y puntos de fusión en medicina, materiales inorgánicos, materiales metálicos, materiales compuestos, caucho, fibra, recubrimientos, adhesivos, organismos biológicos, alimentos y otros campos.

Además de los tres métodos comunes anteriores, también se pueden utilizar métodos como la observación directa con microscopio de baja temperatura o el cálculo de fórmulas digitales para obtener puntos eutécticos (fundidos) de la solución.

　　2. métodos de medición de la temperatura de transición vítrea

El método común para medir la temperatura de transición vítrea de las muestras es el método dsc. Debido a que la temperatura de transición vítrea es la temperatura cuando la materia cambia de un estado líquido con una fuerte movilidad a un Estado vítreado con una gran viscosidad y poca movilidad. Por lo tanto, utilizando el método DSC para registrar la diferencia de energía entre la muestra y la sustancia de referencia, el cambio de calor específico en el mapa DSC es la temperatura de transición vítrea de la muestra.

Sin efecto térmico en la muestra, la diferencia de señal entre el extremo de referencia y el extremo de la muestra es cercana a 0. en el mapa dsc, se refleja en una línea casi horizontal, es decir, la "línea de base". Una vez que se produce un efecto térmico en la muestra, el extremo de la muestra y el extremo de referencia producirán una diferencia de temperatura / señal de flujo de calor. De acuerdo con el estándar Din y las regulaciones termodinámicas, el valor positivo es el pico de absorción de calor de la muestra, y los efectos de absorción de calor más típicos son fusión, descomposición, desorción, etc. Los valores negativos son picos de Liberación de calor, y los efectos de Liberación de calor más típicos son cristalización, oxidación, solidificación, etc. El cambio de calor específico se refleja en el cambio de la altura de la línea de base, es decir, el giro escalonado en la curva, y la transición vítrea es un cambio de calor específico más típico.

Además, las mediciones se pueden realizar mediante el método de análisis térmico diferencial (dta) y el método de observación directa con microscopio criogénico.

△ muestras liofilizadas de la máquina de liofilización de salida de la cuarta circunvalación de Beijing

　　3. métodos de medición de la temperatura de desintegración

Antes del diseño del proceso de liofilización, la medición de la temperatura de desintegración de la muestra es un paso importante en el diseño y optimización del proceso. En la actualidad, el método principal de medición de la temperatura de desintegración es principalmente el método de observación directa con microscopio de baja temperatura.

El método de observación directa del microscopio de baja temperatura consiste en observar el proceso de cristalización del producto con el microscopio de baja temperatura, y obtener la temperatura del punto Eutéctico (punto de fusión común), la temperatura de colapso y la temperatura de transición vítrea de acuerdo con las imágenes o videos tomados.

Solo midiendo primero las temperaturas clave de la muestra antes de la liofilización de la muestra se puede diseñar una curva de liofilización más eficiente y razonable. por supuesto, tener una liofilización de excelente rendimiento también será más fácil de controlar todo el proceso de liofilización de la muestra.