当我们通过不断的实验得到了一个兼顾效率、稳定性、经济性的冻干工艺后,冻干机会很尽责地为我们带来有漂亮外观的冻干产品,不过这也代表着,作为研发人员我们的工作还没有结束——对于得到的冻干产品,我们有必要去对其做进一步的研究,以分析样品在保存中的稳定性。
一般而言,需要做的分析主要分为三个类别:残留水分分析、热分析和机械性能分析。在这里我们对这三种分析分别一个简单的介绍。
★在本次的文章中我们给大家带来的是关于残留水分分析的内容。
传统的水分分析法
冻干产品中的水分含量会直接影响该样品的玻璃态转化(glass transition)。玻璃态转化在宏观上会影响材料的软化,从而会影响产品的长期稳定性(long term stability)和产品的最高储存温度。同时,控制产品中的水分,追求水分含量的均一性,对于质量控制有重要的意义,同时有益于后续的文件工作。
传统的水分分析法主要有:
1、卡尔费休滴定法
(Karl Fisher coulometric titration, KF)
2、 热重分析法
(Thermo-gravimetric analysis, TGA)
3、同时还有最近较为新式无损测试方法:
近红外分析法(Near infrared,NIR)
4、调频光谱法
(Frequency modulation spectroscopy,FMS)
卡尔费休滴定法
卡尔费休法是测定物质水分的各类化学方法中,最为准确的方法,被视为许多物质中水分测定的标准方法。其中又分为:
1、直接注射法(Direct Injection)
图1:直接注射法
直接注射法又称为经典卡尔费休滴定法。
该方法需要预先配置或购买商用卡尔费休滴定液,将冻干样品全部溶解于该滴定液中后,注射进仪器里。按照计算水分方法的不同,又分为库伦法和容量法,通过电量或者是滴定液的消耗量,即可算出水分的含量。
2、基于烘箱的卡尔费休滴定
(Oven-based KF titration)
当冻干样品不能够溶解于滴定液,或者会与滴定液发生化学反应时,使用基于烘箱的KF滴定法是一个更好的选择。将样品称重到小瓶中并用隔垫盖封闭。当放置在烘箱中时,水会蒸发,用分子筛干燥的载气(通常是空气或氮气)将释放的水输送到滴定池中,在那里进行水含量的测定。水与样品基质分离,避免了副反应和污染。烘箱的温度根据样品的温度稳定性来选择。
热重分析法
热重分析法(TGA)是在规定程序控制变化的温度范围内,测量被分析样品的重量相关量(如质量、固体残留量或残留率等)随温度或时间的变化关系。
一般认为,在100-120℃左右失去结晶水和结合水。在这个温度范围内进行测试,样品支架下部连接的高精度天平随时感知到样品当前的重量,并将数据传送到计算机,由计算机画出样品重量对温度/时间的曲线。当样品发生重量变化时,会在TG曲线上体现为失重(或增重)台阶,由此可以得知该失/增重过程所发生的温度区域,并定量计算失/增重比例。
建议此方法与KF滴定法连用,以确保重量变化一定是由水分造成的。
近红外分析法
近红外光谱分析是利用近红外光谱区包含丰富的物质信息,用于有机物质定性定量的一种分析方法。近红外分析技术作为绿色分析的典范,具有分析速度快、穿透力强、样品在分析时基本不需要处理、不破坏分析样品、无污染、可同时检测多种成分、适用于在线和现场分析等优势,已被广泛应用于农产品、食品、纺织品、烟草和化妆品等领域。
将样品的反射辐射与相同波长的标准参考物进行比较,可迅速地完成残留水分的分析。但该方法需要进行校准工作,一旦校准完成,近红外是一个非常具有效率的分析方法。
调频光谱法
将FMS仪器的近红外激光调谐到1382nm处——水蒸气的选定振动跃迁的内部吸收频率,FMS就可以测量样品瓶内部顶空蒸汽压力,创建水分预测模型。吸收的激光量与水蒸气的浓度成正比,再基于与卡尔费休的相关性,小瓶水蒸气压(mbar)可用于测定冻干饼的水分含量。
FMS测量代表反应性水,或换言之水活度测量,可以探讨水的各种存在形式。同时与 NIR相比,FMS在1%水分以下的精度会更值得信赖。
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[来源:德祥科技有限公司]
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