冻干法通常是优先选择的样品干燥方法，因为它能在低残留溶剂水平的情况下实现高水平的干燥。此外，样品的轻质、粉状、"蓬松"的表面处理使样品易于取出和称量。然而，冻干法也存在许多局限性。
在本文介绍的这项研究中，我们将展示Genevac如何通过将工艺转移到溶剂蒸发工作站中来改变优化方法，并实现纯化实验室想要的结果。
研究介绍
多年来，冻干或冷冻干燥一直用于在实验室中干燥样品。该技术经过深入研究，已成为许多需要干燥少量样品的研究人员的优先选择方法。
然而，传统的冷冻干燥设备存在许多潜在的缺点，包括：
● 须在有限范围的溶剂中制备样品，通常只能使用水；
● 不能使用挥发性有机溶剂及其混合物；
● 干燥周期过长，能耗成本高。
通常，有许多样本和多种溶剂处理的研究人员（比如来自含有水和乙腈的制备性反相高效液相色谱分离），已经开始使用离心浓缩仪。而在其他实验室中，例如，有机溶剂的侵蚀性使得冻干机不适用，这时普通的离心浓缩将存在很大的局限性。
纯化问题
纯化实验室接收到含有水和已腈的样品，通常会含有0.1%TFA的改性剂。采用冻干法去除这些溶剂存在着以下几个困难：
● 乙腈需要非常低的真空来冻结它，或者需要一个能够主动冻结样品的冻干机。乙腈在-65°C时冻结。如果它没有被冻结，那么很可能会发生暴沸，这将导致样品损失和交叉污染；
● 其次，冷凝器中的乙腈会破坏真空，后续几乎不可能对水进行冷冻干燥；
● 这种缓慢的冻干过程与生产希望缩短的工艺时间不兼容。而Genevac溶剂蒸发工作站可以快速并行地干燥许多不同的样品，而不会发生暴沸。
另外，用户报告说明在一批样品中干燥时遇到了一些困难。例如，TFA的残留问题；存储时损坏样品的问题；并且该化合物可能会与水发生相互作用使得化合物的沸点提高。残留溶剂会在核磁共振分析中显示出来。虽然以上问题偶尔会发生，但手动挑选一些处理不全的样品，对于自动化实验室来说是不可接受的；因此整个批次样品都需要重新处理。
新工艺：在离心蒸发器中冻干
在水中制备的样品可以在离心蒸发器中通过抽取最佳可用真空进行冻干，在配备耐溶剂涡旋泵的极限真空低于0.5mbar；足以冻结水。这就像冷冻干燥一样缓慢。
Genevac开发了一种新工艺，用户可以利用离心蒸发器的速度蒸发一些溶剂，然后在只剩下几毫升溶剂时切换到冻干模式。处理96x30ml级分所需的处理时间从冷冻干燥机中的48小时到Genevac HT-12中的16小时（过夜），相当于每个30ml样品顺序处理仅需10分钟。
图1：Genevac HT-12溶剂蒸发工作站
水和乙腈的冻干
我们将0.01M布洛芬钠盐的水溶液储备液用作标准样品。将15ml溶液装入48个20ml样品瓶中，并在各种条件下置于 Genevac HT-12蒸发器中进行干燥。
图2：Genevac 20ml小瓶转子
实际的蒸发方法通常包括多达四个阶段：
1. 使用快速蒸发浓缩大部分溶剂；
2. 冷却样品和样品架，准备；
3. 使用深真空冷冻样品；
4. 冻干残留溶剂，加热或不加热；
以上的步骤关键在于如何把水冻住和干燥。
我们重点关注如何把已腈全去除考虑了进去，这个阶段将分为三个步骤，以在浓缩水之前去除乙腈：
1. Dri-Pure®—真空斜坡和高转子速度防止爆沸；
2. 浓缩—在40mbar 的真空度下去除乙腈而不冻结水（此处乙腈在+2°C沸腾）；
3. 排空冷凝器—因为残留的乙腈会破坏后期阶段的真空。
不同干燥方式的最终样品形态对比
我们在60:40的水和乙腈混合物中制备0.01M布洛芬钠盐溶液。试验表明不需要冷却阶段。通过调整以实现浓缩和冻干的正确平衡。48x15ml样品在5小时内干燥，相当于连续干燥6.25分钟。下图显示了冻干结果与传统离心蒸发样品之间的差异。差异很明显，冻干样品的再溶解更容易，而干燥的样品不容易全部溶解。
A –过度干燥= 传统蒸发结果
B—冻干结果
结论
样品的冻干提高了干燥后样品的溶解度。在冻干阶段加入热量大大减少了冻干时间。当冻干水和乙腈混合馏分时，Genevac HT系统集成了自动除霜和排水功能，提高了整个流程的自动化程度，无需人为干预。
应用案例一：荣誉制药
从难以干燥的HPLC纯化馏分中制备可称量样品
通常在纯化后，样品都会被干燥，然后用少量的溶剂重新溶解后分到一个（小）样品容器中存储。通常这些会被用作分析方法，如干重测定产量和NMR分析的子抽样。KuDOS制药公司的科学家遇到了在纯化后样品干燥困难的问题。对于KuDOS，典型的顽固样品会形成胶状物或油状物，从而造成处理问题，包括：
● 未完-全干燥的样品导致无法确定真实重量；
● 残留溶剂促进更快的化合物降解。
解决方案
KuDOS/阿斯利康联合开发了一种新的样品干燥方法，它克服了残留溶剂和馏分汇集的问题。
处理和合并流程
1. 将干燥的部分重新溶解在最少的水和甲醇中；
2. 将级分汇集到20ml闪烁瓶中并干燥；
3. 样品溶解在极少量的 1,4-二恶烷中：一些顽固的样品以树胶或油的形式存在；
4. 将馏分汇集到带有条形码的去皮小瓶中；
5. 小瓶放置在样品架中用于蒸发，并冷冻在–20°C的冰箱中；
6. 使用Genevac HT-12蒸发器在完-全真空下冻干小瓶，通常过夜。
结果适用于>90% 以前难以处理的样品，可以得到易碎的“蓬松”固体，可以轻松处理并完-全干燥。对于少数在1,4-二氧六环中溶解不好的样品，已经成功使用了两种方法：
1. 将样品重新溶解在少量甲醇（2-3ml）中，然后加入水（约10ml），样品在Genevac HT中使用真空梯度干燥（Dri-Pure ) 以防止碰撞加上完-全真空以冻结水；
2. 将样品重新溶解在少量叔丁醇中（在+25°C下冷冻，非常适合冻干），然后在全真空下干燥。
结果：“蓬松”固体或结晶样品（干燥且可称重）
应用案例二：诺华生物医学研究所
在冻干过程中保护样品免受交叉污染的简单方法
NIBMR报告生产了完-全冻干的“蓬松”样品，没有残留溶剂，也没有交叉污染。
方法
选择以下氨基酸 L-Asn、L-Asp、L-Arg和一种大环内酯xy作为冻干试验的模型化合物。根据对样品溶解度的研究知识，为样品开发和选择了以下范围的溶剂混合物和体积：
● 1,4-二恶烷 – 2-3ml
● 叔丁醇 – 2-3ml
● 水 – 1-1.5ml
● 1,4-二恶烷和水 (1:1) – 约2ml
● 叔丁醇和水 (1:1) – 约2ml
使用1.0ml注射器测量溶剂体积。须使用足够的溶剂才能实现良好的冷冻——样品仅使用真空冷冻。样品体积在真空下减半，样品在二十分钟后完-全冷冻。
将样品冻干在4ml小瓶中，小瓶固定在微孔板支架上，使样品免受过多热量的影响。
在有和没有加热阶段的情况下进行试验。两种设置都产生了冻干样品，但偶尔会看到一些粉末从试管中飘出并进入蒸发室。
防止交叉污染
通过限制通风口并用穿孔的石蜡膜覆盖样品，避免了可能被吹散的蓬松样品的交叉污染。使用质子NMR对样品进行了测试，发现没有残留溶剂和交叉污染。取下薄膜时需要小心。交叉污染也可以通过应用更高的g力来消除。
结论
仔细的样品制备过程、高向心力的应用和高真空生产的产品没有交叉污染。
关于作者
KuDOS 案例作者：
1. Adrian Moore 是英国霍舍姆 KuDOS Pharmaceuticals 的分析小组组长；
2. Mandy Crowther 是英国奥尔德利公园阿斯利康公司的Deputy Chief Scientist；
3. Rob Darrington 是英国伊普斯维奇 Genevac Ltd 的产品经理。
诺华案例作者：
1. Klemens Hoegenauer 博士是奥地利维也纳诺华生物医学研究所的高级研究员；
2. Induka Abeysena 博士是英国伊普斯威奇 Genevac Ltd的应用化学家。
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Genevac
英国Genevac是德祥集团资深合作伙伴之一。英国Genevac公司成立于1990年，隶属SP Scientific旗下，一直专注于研究和生产各种离心蒸发浓缩设备，其产品广泛应用于生命科学、制药、化学、分析等领域。
德祥科技
德祥科技有限公司成立于1992年，总部位于中国香港特别行政区，分别在越南、广州、上海、北京设立分公司。主要服务于大中华区和亚太地区——在亚太地区有27个办事处和销售网点，5个维修中心和2个样机实验室。
30多年来，德祥一直深耕于科学仪器行业，主营产品有实验室分析仪器、工业检测仪器及过程控制设备，致力于为新老客户提供更完善的解决方案。公司业务包含仪器代理，维修售后，实验室咨询与规划，CRO冻干工艺开发服务以及自主产品研发、生产、销售、售后。与高校、科研院所、政府机构、检验机构及诸多企业保持密切合作，服务客户覆盖制药、医疗、商业实验室、工业、环保、石化、食品饮料和电子等各个行业及领域。
2009至2021年间，德祥先后荣获了多项行业殊荣。我们始终秉承诚信经营的理念，致力于成为优秀的科学仪器供应商，为此我们从未停止前进的脚步。
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