利用差示掃描量熱法（DSC）在監測凍干過程中的二次結晶過程
利用差示掃描量熱法（DSC）、同步加速器 X 射線衍射法以及熱通量傳感器監測二次（溶質 + 水）結晶過程
凍干過程中輔料的結晶會對生產過程（如干燥速率）和成品質量產生重大影響。在本研究中，通過差示掃描量熱法（DSC）、低溫同步加速器小角和廣角 X 射線衍射法（XRD）以及熱通量傳感器（HFT，安裝在米爾羅克科技公司配備 LyoPAT II 的 MicroFD 凍干機擱板上）對水 + 氯化鈉以及水 + 表面活性劑（泊洛沙姆）二元溶液進行了研究。在 HFT 實驗中，在冷卻 / 升溫循環過程中測量層板與樣品瓶之間的熱通量。對于氯化鈉 - 水溶液，HFT 檢測到冷卻過程中的初級冰核形成和二次溶質 + 水結晶（相當于二元體系的共晶結晶），以及升溫過程中的二次（共晶）溶質 + 冰和冰的熔化。泊洛沙姆 - 水體系的行為更為復雜，在冷卻過程中至少發生了三個連續的轉變，即初級水結晶、液晶（暫定為立方相）相的形成，以及最終具有三維平移有序的結晶泊洛沙姆相的出現。該研究證實，基于實驗室測試（DSC 和 XRD）觀察到的結晶行為可能與實際凍干過程中配方的行為不同，同時表明 HFT 是一種有用的非侵入性工具，可用于監測樣品瓶中輔料的結晶情況。
凍干時輔料結晶會影響生產過程與成品質量。本研究利用DSC、低溫XRD和HFT，對水+氯化鈉和水+泊洛沙姆溶液的展開研究，對水 + 氯化鈉、水 + 泊洛沙姆二元溶液展開研究。HFT 實驗測量冷卻 / 升溫循環時擱板與樣品瓶間熱通量。研究發現，氯化鈉 - 水溶液冷卻時有初級冰核形成和二次溶質 + 水結晶，升溫時有二次溶質 + 冰和冰的熔化；泊洛沙姆 - 水體系冷卻時至少經歷三個轉變。研究證實，實驗室測試與實際凍干中結晶行為有差異，HFT 可用于監測輔料結晶。
目的
評估在凍干過程中使用熱通量傳感器檢測二次溶質 + 水結晶的可行性。
方法
使用 0.22μm 過濾器過濾二元模型溶液水 + 氯化鈉（溶質質量分數為 5% 和 15%）和水 + 泊洛沙姆（溶質質量分數為 5% 和 10%），將其裝入玻璃樣品瓶，并放置在米爾羅克科技公司 MicroFD 凍干機（如下圖所示）的 HFT 上方。在不同測試中分別使用 1 個或 7 個樣品瓶；下圖展示了使用 7 個樣品瓶的實驗裝置照片。在冷凍 / 解凍循環過程中，通過熱電偶監測產品溫度。HFT 實驗采用受控冰核形成方法。共進行了 13 次實驗。
對溶質質量分數為 10% 的泊洛沙姆 - 水溶液，同時采用 DSC 和低溫同步加速器小角和廣角 X 射線散射法（WAXS/SAXS）進行研究；對溶質質量分數為 0.63% 和 0.17% 的泊洛沙姆 - 水溶液，采用 DSC 進行研究。SAXS/WAXS 實驗在法國格勒諾布爾的歐洲同步輻射設施（ESRF）進行。
結果：DSC
圖 1. 質量分數 10%（左）和 0.17%（右）泊洛沙姆溶液的 DSC 冷卻 / 加熱曲線。在質量分數 10% 的溶液升溫過程中，于 - 45℃至 - 35℃之間觀察到溶質 + 水結晶現象。在質量分數 0.63%（未展示）和 0.17% 的溶液中，無論是冷卻還是升溫過程中均未檢測到結晶事件。
結果：sSAXS/WAXS
圖 2a. 室溫下 P188 的 SAXS（右）和 WAXS（左）圖譜。SAXS 圖譜中峰位置的比值為 1.82，接近六方相的特征比值 1.73。
圖 2b. 質量分數 10% 泊洛沙姆溶液冷卻過程中獲得的低溫同步加速器 SAXS 和 WAXS 圖譜。在 - 15℃至 - 20℃之間觀察到冰的形成（WAXS 圖譜，左圖），而 P188 的結晶峰（三維結構）在較低溫度 - 25℃至 - 30℃之間出現（WAXS 圖譜，中圖）。SAXS 在與冰形成相同的溫度范圍（ - 15℃至 - 20℃，右圖），即三維結構形成之前，檢測到長程結構的發展。請注意，純的 “原樣” P188 具有六方結構，而冷凍溶液對應立方結構。
圖 2c. 質量分數 10% 泊洛沙姆溶液升溫過程中獲得的低溫同步加速器 SAXS 和 WAXS 圖譜。升溫數據顯示，P188 的熔化分兩步進行，首先是三維位置有序性消失（WAXS，中圖， - 20℃至 - 15℃），然后是二維長程位置有序性消失（SAXS， - 15℃至 - 10℃） 。
結果：HFT（15% 氯化鈉溶液）
圖 3. 15% 氯化鈉溶液冷卻 / 加熱循環的溫度和 HFT 數據（左）以及氯化鈉 - 水體系的相圖（右）。冷卻過程：HFT 檢測到初級冰形成和二次 NaCl・2H₂O + 水結晶。升溫過程：HFT 檢測到共晶熔化和冰融化。升溫過程中 HFT 測得的轉變溫度（Te = - 21℃，TL = - 11℃）與相圖中的溫度（Te = - 21.4℃，TL = - 13.1℃）接近。
結果：HFT（5% 氯化鈉溶液）
圖 4. 5% 氯化鈉溶液（7 個樣品瓶）冷卻 / 加熱循環的溫度和 HFT 數據。HFT 在冷卻過程中檢測到二次結晶，在加熱過程中檢測到二次熔化，表明其具有足夠的靈敏度。檢測到多個二次結晶事件，這表明受控冰核形成并不一定能保證二次結晶的一致性。
結果：HFT（10% 和 5% P188 溶液）
圖 5. 10%（左）和 5%（右）P188 溶液冷卻 / 加熱循環的溫度和 HFT 數據。兩種情況下在升溫過程中均檢測到 P188 + 冰的融化，HFT 測得的溫度與 DSC 和 XRD 測量結果一致。然而，HFT 未檢測到二次結晶。
結論
SAXS/WAXS：P188 的結晶 / 熔化分兩步進行。冷卻過程中，先形成二維立方結構，隨后發展為三維有序結構；升溫過程中轉變順序相反，三維結構在較低溫度下熔化，而二維立方結構仍保持完整。
HFT：在氯化鈉 - 水溶液中檢測到二次結晶和熔化。冷卻過程中檢測到多個二次結晶事件，表明受控冰核形成不一定會導致一致的二次結晶。盡管在P188水體系中觀察到升溫過程中的二次熔化現象，但即便在最高濃度條件下，也未檢測到二次結晶，這可能與體系的過飽和度、溫度和機械攪拌等因素有關。P188 - 水體系在樣品瓶內的行為似乎更為復雜，需要進一步研究。此外需要注意的是，根據 DSC 結果，在冷凍溶液升溫過程中觀察到 P188 結晶，而 SAXS/WAXS 在冷卻過程中檢測到 P188 結晶。
凍干過程中輔料的結晶會對生產過程（如干燥速率）和成品質量產生重大影響。在本研究中，通過差示掃描量熱法（DSC）、低溫同步加速器小角和廣角 X 射線衍射法（XRD）以及熱通量傳感器（HFT，安裝在米爾羅克科技公司配備 LyoPAT II 的 MicroFD 凍干機擱板上）對水 + 氯化鈉以及水 + 表面活性劑（泊洛沙姆）二元溶液進行了研究。在 HFT 實驗中，在冷卻 / 升溫循環過程中測量層板與樣品瓶之間的熱通量。對于氯化鈉 - 水溶液，HFT 檢測到冷卻過程中的初級冰核形成和二次溶質 + 水結晶（相當于二元體系的共晶結晶），以及升溫過程中的二次（共晶）溶質 + 冰和冰的熔化。泊洛沙姆 - 水體系的行為更為復雜，在冷卻過程中至少發生了三個連續的轉變，即初級水結晶、液晶（暫定為立方相）相的形成，以及最終具有三維平移有序的結晶泊洛沙姆相的出現。該研究證實，基于實驗室測試（DSC 和 XRD）觀察到的結晶行為可能與實際凍干過程中配方的行為不同，同時表明 HFT 是一種有用的非侵入性工具，可用于監測樣品瓶中輔料的結晶情況。
凍干時輔料結晶會影響生產過程與成品質量。本研究利用DSC、低溫XRD和HFT，對水+氯化鈉和水+泊洛沙姆溶液的展開研究，對水 + 氯化鈉、水 + 泊洛沙姆二元溶液展開研究。HFT 實驗測量冷卻 / 升溫循環時擱板與樣品瓶間熱通量。研究發現，氯化鈉 - 水溶液冷卻時有初級冰核形成和二次溶質 + 水結晶，升溫時有二次溶質 + 冰和冰的熔化；泊洛沙姆 - 水體系冷卻時至少經歷三個轉變。研究證實，實驗室測試與實際凍干中結晶行為有差異，HFT 可用于監測輔料結晶。
目的
評估在凍干過程中使用熱通量傳感器檢測二次溶質 + 水結晶的可行性。
方法
使用 0.22μm 過濾器過濾二元模型溶液水 + 氯化鈉（溶質質量分數為 5% 和 15%）和水 + 泊洛沙姆（溶質質量分數為 5% 和 10%），將其裝入玻璃樣品瓶，并放置在米爾羅克科技公司 MicroFD 凍干機（如下圖所示）的 HFT 上方。在不同測試中分別使用 1 個或 7 個樣品瓶；下圖展示了使用 7 個樣品瓶的實驗裝置照片。在冷凍 / 解凍循環過程中，通過熱電偶監測產品溫度。HFT 實驗采用受控冰核形成方法。共進行了 13 次實驗。
對溶質質量分數為 10% 的泊洛沙姆 - 水溶液，同時采用 DSC 和低溫同步加速器小角和廣角 X 射線散射法（WAXS/SAXS）進行研究；對溶質質量分數為 0.63% 和 0.17% 的泊洛沙姆 - 水溶液，采用 DSC 進行研究。SAXS/WAXS 實驗在法國格勒諾布爾的歐洲同步輻射設施（ESRF）進行。
結果：DSC
結果：sSAXS/WAXS
結果：HFT（15% 氯化鈉溶液）
結果：HFT（5% 氯化鈉溶液）
結果：HFT（10% 和 5% P188 溶液）
結論
SAXS/WAXS：P188 的結晶 / 熔化分兩步進行。冷卻過程中，先形成二維立方結構，隨后發展為三維有序結構；升溫過程中轉變順序相反，三維結構在較低溫度下熔化，而二維立方結構仍保持完整。
HFT：在氯化鈉 - 水溶液中檢測到二次結晶和熔化。冷卻過程中檢測到多個二次結晶事件，表明受控冰核形成不一定會導致一致的二次結晶。盡管在P188水體系中觀察到升溫過程中的二次熔化現象，但即便在最高濃度條件下，也未檢測到二次結晶，這可能與體系的過飽和度、溫度和機械攪拌等因素有關。P188 - 水體系在樣品瓶內的行為似乎更為復雜，需要進一步研究。此外需要注意的是，根據 DSC 結果，在冷凍溶液升溫過程中觀察到 P188 結晶，而 SAXS/WAXS 在冷卻過程中檢測到 P188 結晶。
Copyright(C) 1998-2025 生物器材網 電話：021-64166852;13621656896 E-mail：info@bio-equip.com