什么在变干?
干燥意味着从样品中除去水(或其他溶剂)，但我们为什么要这样做，它是如何工作的?在这个视频中，制药戏剧帮助你得到干燥排序!我们将解释为什么我们干燥材料，干燥方法是如何工作的，解释对流干燥的四个阶段，并简要介绍在制药工业中使用的干燥方法。
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欢迎来到制药戏剧频道，在这里我们将了解医疗保健和医疗保健产品的科学。在这个视频中，我要谈论一个枯燥的话题——实际上是干燥。我们将首先看看我们如何以及为什么干燥制药材料，并讨论去除水分的过程。我会试着让这个视频比看油漆变干更有趣，尽管这就是我们讨论的本质。给自己弄点湿的，我们开始吧。
干燥，如果你还不知道，意味着从材料或物体中除去水分。我想它也指去除任何液体，不仅仅是水，水是药物中最常用的溶剂。在药品生产过程中，有许多东西可能需要干燥——溶液、悬浮液和湿固体是最常见的——我们可能想要降低水含量的原因有很多。例如，干的材料通常比湿的材料更容易处理和移动，而且水是一种特别活泼的物质，通过一种叫做水解的化学反应来降解药物。此外，许多药物的保质期长达数年，产品中含有水会导致各种各样的问题，从帮助改变多态形态到允许微生物污染。因此，为了使药物的药效尽可能长，我们需要尽可能多地提取水分。
在这个问题上，我要指出的是，当我们说“干燥”时，我们并不一定意味着零含水量。大多数物质，即使是那些我们认为是干燥的物质，也含有相当数量的水。作为人类，我们大约70%是水，甚至一个木制桌面也会有大约10-20%的水)。如果我们把东西完全晾干(让它们变得“骨干”)，我们通常会得到细粉，而我们通常不希望那样。因此，我们将材料干燥到储存时稳定但仍具有合适的机械性能的程度。
然而，并不是所有的水都是平等的;我们还需要考虑水在材料中的位置。大多数人认为，当一种材料是湿的，它的表面就有水，这当然是正确的。我们称之为自由水(或者，如果你想要一个更专业的定义，自由水是能够发挥其全部蒸汽压的水——换句话说，它位于物质表面，但不与物质相互作用)。但水也可能隐藏在材料的更深处——例如，它可能存在于毛细血管或空隙中(我们称之为束缚水，因为它不能发挥其全部蒸汽压)，在细胞内(这是水在木材中的位置，这就是为什么我前面提到的干燥桌面仍然有相当高的含水量)，如果材料是水合物，甚至可能是晶体结构的一部分。我想你可能会想，水与物质的相互作用越强，就越难去除。因此，如果我们把水洒在桌面上，我们可以相对容易地去除它(记住，这是自由的水)，而不需要去除细胞内的水(更难提取，并且在任何情况下都会把桌面变成灰尘)。
那么我们如何烘干材料呢?很容易认为我们必须把水加热到100摄氏度，因为这是水沸腾的温度，但实际上我们可以在更低的温度下把水除去。如果这让你感到惊讶，想想如果你洗完澡后发现手边没有毛巾会发生什么。你会把自己煮干，还是会在一小段时间内自然变干?没错，随着水分从皮肤上蒸发，你会慢慢变干。我听到你问，为什么会发生蒸发?这是因为当两种物质接触时，任何存在的水都会在两种物质之间分布，直到达到平衡的位置。在这一点，称为平衡水分含量，没有进一步的水将从一个材料移动到另一个。当你走出淋浴间时，一种潮湿的物质是你，另一种是你周围房间里的空气。由于空气可以容纳大量的水，一些水会从你身上蒸发到空气中，从而提高湿度。 When equilibrium has been reached between you and the air, evaporation will stop and any water left on you will stay on you. This is the reason you can’t fully dry yourself in a very humid room (and it’s also why you will get wetter if you walk into a humid environment – some of the water in the air condenses onto you, also to reach a position of equilibrium).
大多数干燥药物材料的方法都是基于相同的原理，即水将从湿材料蒸发到干材料，直到达到平衡的水分含量。为了使一种材料干燥，它周围的空气要保持干燥。这将迫使水分从被干燥的样品中蒸发。然而，淋浴后干燥和干燥方法之间的关键区别在于，干燥方法会不断替换样品周围的空气，保持空气的含水量较低。这意味着一个平衡的水分含量永远不会达到，并迫使水分从样品中蒸发继续。空气通常是加热的，因为空气在热的时候吸收水分的能力更大，而且热量有助于加速样品中水分的蒸发。通过这种方法，我们可以从样品中去除尽可能多的水分，正如我前面提到的，我们通常在样品达到完全干燥之前停止干燥。
这是因为我们需要样品有一定的含水量来赋予它合适的机械性能，但这也是因为大多数药品不是在完全干燥的条件下储存的——储存时产品周围的空气会含有一些水分，所以即使我们将材料干燥到零含水量，它也会在储存过程中从环境中吸收水分，以达到平衡的含水量。因此，如果一种材料之后只会吸水，那么完全干燥它就是浪费时间和精力。然而，我应该说，有些产品对水的存在非常敏感，在这些情况下，你会发现包装内包含干燥剂。干燥剂是用来吸收环境中的水分并保持样品干燥的，所以如果你在产品中看到干燥剂，你就知道它对水非常敏感!
当水分被蒸发除去时，我们称之为对流干燥。对流干燥过程分为四个阶段，为了完整起见，我将描述这四个阶段，这样你就对干燥的机制有了一个概念。屏幕上显示的是样品含水量随干燥时间变化的曲线。当我们开始干燥时，y轴上的红点表示，水分从样品中蒸发，可以看到含水量减少。在这个早期阶段，称为第一阶段，失水速率是线性的，因为水从样品表面蒸发(我前面提到的自由水)。然而，最终，水分流失的速度开始减缓并变得非线性——发生这种情况的点是第二阶段的开始，被称为临界含水量。在第二阶段，水仍然从样品表面蒸发，但它从材料中的毛细血管到达那里。因为水从毛细血管流向地表需要时间，这是一个速率限制步骤，它减缓了水分流失的速度。在第三阶段，失水率仍然在下降，因为材料表面没有水，所有的蒸发都直接从毛细血管内发生。最终，一旦材料的含水量与周围的大气处于平衡状态，蒸发停止，样品处于平衡水分含量，如图4阶段所示。
医药工业中使用的干燥方法主要有托盘干燥、流化床干燥、喷雾干燥和冷冻干燥。所有这些方法都是基于蒸发(或对流干燥)，除了冷冻干燥，冷冻干燥是基于升华，正如你可能从名字中猜到的那样，不涉及热量。在化学实验室中，微波干燥也被使用(本质上是把待干燥的材料放在微波炉中，就像你可能在厨房里加热食物一样)。
我不打算在这里解释不同的干燥方法——每种方法我都有单独的视频，链接在下面的描述中。但我要说的是，干燥方法的选择取决于要干燥的材料的类型和数量。如果材料是潮湿的固体，通常是潮湿的颗粒状粉末，则使用托盘干燥或流化床干燥。对于小质量的物料(比如几公斤)，托盘干燥是最好的，对于大质量的物料，高达几百公斤，流化床干燥是使用的。在商业规模上，流化床干燥是最常见的干燥方法。如果材料是溶液或悬浮液，则使用喷雾干燥或冷冻干燥。在这两种方法中，喷雾干燥是最常用的方法，原因有很多——它快速、经济，而且可以连续运行——而冷冻干燥实际上只在特殊情况下使用——如果材料对热特别敏感(例如，如果它是生物药物或疫苗)，或者如果它被配制成注射用粉末。我会在关于冷冻干燥的视频中解释原因。
总结一下;干燥通常是通过用干燥的，通常是热的空气包围样品来实现的。这迫使水蒸发到空气中，因为系统试图达到平衡的位置。通过不断地改变空气，我们可以迫使蒸发继续，使材料干燥。材料不是干燥到零含水量，因为它们通常会变成粉末，而是干燥到具有良好机械性能但储存稳定的程度。由于产品周围的环境中通常有水，即使产品完全干燥，在储存时也会再次湿润，以达到平衡的水分含量。如果产品对水分特别敏感，则添加干燥剂。
如果你的样品是湿的固体，只有少量，则使用托盘干燥或微波干燥。否则，流化床干燥是首选方法。对于溶液使用喷雾干燥，除非材料对热敏感，在这种情况下使用冷冻干燥。
这就是我们需要知道的所有关于干燥的知识。如果你想知道每种干燥方法的具体工作原理，可以看看下面链接的视频。否则，请点赞并考虑订阅-这真的对频道有帮助-非常感谢您的收看，我们很快会再见的。
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