*节 验证方案的准备

冻干生产的前验证应包括公用工程确认与制造环境确认、冻干机械设备的设计确认（DC）、安装确认（IQ）及运行条件确认（OQ）、生产工艺及产品验证（PQ）。详细的验证方案还包括各个验证试验的操作方法。

一个完整的冻干粉针剂生产过程包括许多其他类型的注射剂生产通用的工艺过程，例如配制、过滤、灌装、清洗、灭菌、包装等，这些内容的验证已在本书的其他章节中详细叙述，因此，本文讨论的重点将放在“真空冷冻干燥"这一特殊的工艺过程上。
冻干工艺的验证文件中应有设备安装、设备工作原理、操作和控制系统原理、控制精度以及对其辅助系统的详细说明。验证方案中还应包括标准操作规程（SOPs）、数据采集、统计处理方法、记录统计表格等。其内容涉及设备安装完毕后的试验条件和结果，空载或满载状态下的冷冻速度，冷冻极限温度，搁板温度的控制精度，干燥箱内部压力状态，压力控制精度，获得zui低压力及灭菌*所需的条件等。验证中操作条件的改变或控制条件变化的有关记录，应按验证文件要求归档。

不同的冻干工艺设备、仪器仪表、公用工程介质，需要制订具体的、科学合理、切实可行的验证方案。因此，在验证方案制定前，要进行充分的准备。一个好的验证方案的产生是基于对药品生产工艺过程的深刻理解，对设备制造安装情况及运行原理的充分认识，和对与之配套的公用工程服务设施的透彻了解。这是本章*节较详细介绍冻干设备及原理的基本出发点。

第二节 冻干有关技术文件的确认要求

一、冻干机械系统
如前所述，一套完整的冻干系统由干燥箱、真空冷凝器、热交换系统、制冷系统、真空系统和仪表自控系统6大部分装置组成。这6大部分中的设备和仪器仪表的详细的技术文件、零部件、总装配图纸、安装技术文件和设备生产厂推荐的系统调试方法、操作说明书等，对于验证方案的制定和实施具有极其重要的参考意义，验证过程中应将此作为验证文件的一部分与其他验证技术文件一起归档管理。

二、测量仪器的校验和维修
冻干工艺过程中温度、压力参数在不断的变化，冻干的全过程需要对这些工艺参数进行有效的监控。由于仪器仪表都有测量误差（该误差值为测定值减去真实值），所以在仪表使用中引入了精度的概念。仪表的测量精度与冻干工艺过程中温度、压力等物理量的数值可靠程度直接相关。例如，冻干机中使用的热电偶和测温电阻，测温电阻的测温精度比热电偶高。同时，热电偶的温度响应速度比测温电阻快。因此，究竟使用何种测温元件，须根据工艺监控的范围要求及仪器的测量精度来决定。

虽然测定仪表的精度在控制系统的设计中已经予以考虑，但为了使验证过程获得的
数据准确可靠，在验证前后仍必须对仪表进行校准。

三、公用系统
冻干工艺相关的其他辅助系统，如氮气、冷却水、制药用水系统、压缩空气、纯蒸

汽及工业蒸汽等，由于它们对冻干工艺的影响很大，因此需要根据冻干剂生产的要求进
行确认，确认它们的对冻干工艺的保证能力。这些系统的技术文件及确认中得到的有关

记录也应按验证的要求归档。

第三节 冻干机械设备的确认

根据ISO13408—3冻干机设计的有关要求，前验证的设计确认中，应包括以下内容：
1、冻干机的设计应该有利于干燥箱和真空冷凝器的清洁和灭菌（符合用户的清洁和灭菌程序）。

2、冻干机装载、卸载的门，已zui终灭菌内包材料暴露处，灌封作业处在百级以上的高洁净控制区域。
3、冻干作业百级以上的高洁净控制区域内环境监测及其他中间控制均不得对产品造成污染。

4、冻干机的设计和安装应能防止由于机械泄漏或暴露所致的微生物污染。
5、设备的内外表面均应光滑，门或其他附加物（如门栓等）的数目应尽可能减少，应对附加物的数目、位置和表面光洁度严格控制。

6、设备的空气过滤系统应能对进入箱体的空气进行除菌，空气过滤器的放置位置也
应方便进行过滤器的完整性测试实验。

7、冻干机的搁板及其升降系统的设计应能防止冷凝物在其间残留，要求搁板平整光
滑，有较低的表面粗糙度。

冻干工艺的验证过程中，冻干机械设备的设计确认与各个性能参数确认占有重要的地位。工艺的技术参数要求zui终都是由执行该工艺过程的机械设备来完成的，因此冻干工艺验证之前，应对冻干系统所包括机械设备的设计能力进行确认，切实证明冻干系统中各设备的运行状况、系统整体运行时的各种参数和运行的可靠性都能够达到预定的设计能力，从而能够zui终满足产品的冻干工艺要求，使产品的生产过程能够始终如一地获得预期的结果。以下所述设备确认项目、试验方法和各种物理参数指标可供验证时参考。
一、冷冻机冷却性能确认

在冻干过程中，冷冻机的作用是将制品溶液的温度降至溶液的三相点温度之下，并向制品干燥过程提供冷冻能量。制冷，通常采用蒸气压缩的制冷循环方式，蒸气压缩制冷循环原理如图4—3—1所示。通过冻干机干燥箱内的导热隔板或真空冷凝器，吸热后的低温制冷剂蒸气经过制冷压缩机压缩成为高压的液体，利用冷却装置冷却为高温高压的制冷剂液体，高温制冷剂液体再经过膨胀阀节流膨胀成为低温制冷剂液体，通过蒸发器放热为冻干机提供制冷量，完成一个制冷循环过程。

冷冻系统的能力，通常需在空载与模拟满载两种状态下进行确认。由于介质间接热交换传递能量法容易保持搁板各部位温度的均一性，它在工业上广泛应用，现将此法为例展开讨论。
1、冻干机制冷方式的设计确认

由于冻干制品在整个冻干工艺过程中，对制冷状态的要求变化很大，冻干机采用的制冷方式给干燥工艺过程的影响必须加以考虑和确认。
冷冻是通过制冷剂在系统内的循环来实现的。制冷剂在制冷机内压缩，以边冷却边压缩的方式从气态变换为液体，进入冷凝器中，液化了的制冷剂由一副冷却器继续冷却，此后，它通过膨胀阀以喷雾的形式进入蒸发器，在液体转换为气体时，吸收大量的蒸发潜热而制冷。在完成这一步后，被蒸发的制冷剂（气体）又按上述方式返回到制冷机内，如此循环，连续制冷。为了避免制冷剂液体的液压缩，在制冷机的吸气口设置有贮液器。制冷剂液体的蒸发流量，须靠膨胀阀检测蒸发器出口的过热度来控制。

负荷变动不大的设备，制冷机通过开启、停止运行（例如电冰箱，冷库等一般的冷冻系统的运行）可以没有任何问题。
而冻干机中制冷系统的特殊问题首先是其温度变化范围特别大，其次是冻结干燥工艺过程制冷负荷变化剧烈，三是长期在低效率下运行，这些都是在确认中必须加以考虑的问题。

（1）冻干工艺制冷的问题
①温度范围较宽 冻干机工作的温度范围较宽，在一个冻干工艺过程中，制品干燥过程的温度通常需要在-40～50℃之间变化，起水分捕集作用的真空冷凝器内的温度需要始终维持在-70～-50℃之间，即导热搁板层的冷却可能从常温冷却直至-60～-50℃。冷却的时间为1～1.5h，真空冷凝器系则可能需要冷却到-70～-50℃。

②冻结干燥工艺过程制冷负荷变化剧烈 冻结真空干燥工艺的缺点之一，就是干燥过程的能耗高。其中，能耗高主要体现在整个干燥工艺过程中，制冷负荷变化剧烈。例如，导热搁板系统中，在冻干工艺的不同阶段，需要对导热媒体进行预备冻结制冷；干燥时又需要将导热媒体升温；温度超过干燥工艺的控制范围时还需要再冷却，等等。而对真空冷凝器系统，需要连续将温度控制在-50℃以下。因此，冻干机的制冷系统通常需要在恶劣的制冷工况条件下运行，严重地影响冷冻机的制冷效率。
③制冷机长期运行在低效率的无负荷状态下 因为冻干工艺的一次、二次干燥阶段时间很长。在干燥阶段内，只需要少量的冷源就可以满足干燥过程的低温控制要求。但在冻干工艺过程中，制冷机需要在真空状态下低负荷或无负荷状态下长时间运转，在冻干全过程中，必须将系统控制在供货厂商规定的条件下运行。

（2）冻干机常用的制冷形式
①直接膨胀式制冷的真空冷凝器 直接膨胀方式制冷的真空冷凝器（冻干机系统）（图4-3-2,）其主要的制冷原理是使制冷剂在冷却管内直接膨胀、蒸发，蒸发的制冷剂气体通过制冷压缩机压缩、冷凝。通常，采用制冷贮液器的设置、压缩机高温排气管的旁通，无负荷时、将高温排气作为模拟负荷直接引至制冷机来调控制冷负荷，提高制冷机的效率。冻干工艺过程中，一次干燥（升华干燥）过程中停电或其他事故发生时，直接膨胀式制冷的真空冷凝器控制系统真空下降的能力比较差。

冻干机也可以采用多套制冷系统的方式来解决真空冷凝器内的温度调控问题，冻干机的制冷机、冷凝器系统由两套以上制冷系统的多回路构成。但它并没有从根本上解决直接膨胀方式存在的缺陷，特别是对停电等事故发生的适应能力较差问题。
②载冷剂间接冷却单一制冷方式的真空冷凝器 载冷剂间接冷却方式的真空冷凝器，其主要的制冷原理是让制冷剂在冷却器内膨胀、蒸发，间接冷却载冷剂，通过导热媒体泵输送载冷剂液体，流过真空冷凝器内的热交换器，控制真空冷凝器的温度。由于冷凝器内的温度不是通过制冷剂直接膨胀产生的制冷量直接控制，而是由已经调控均匀的载冷剂循环完成的，解决了真空冷凝器内的温度均匀问题，从而导致了制冷系统的稳定运行。

采用载冷剂间接冷却单一制冷方式的冻干机系统（图4-3-3）制冷剂回路从预备冻结到干燥结束由单一回路构成，其优点是制品的导热搁板和真空冷凝器（冷阱）可以同时冷却，真空冷凝器（冷阱）的融冰和导热搁板的冷却也可以同时完成，干燥中的导热搁板亦可以冷却调节温度。同时，制冷机内部的冷媒液体不会出现直接膨胀制冷方式的反流问题，可以有效地防止制冷机的超负荷运转。
载冷剂间接冷却方式的真空冷凝器主要问题是，因载冷剂间接进行制冷交换带来的换热损失，通过载冷剂循环引起的冷热损失以及载冷剂间接冷却仅仅利用了载冷剂的显热来凝结干燥过程的水蒸气。

③采用三重热交换系统制冷的冻干机 三重热交换系统制冷（图4-3-4）的特点是，制冷剂回路与前述单一制冷系统相类似，从预备冻结到干燥结束由单一回路构成，制冷剂与载冷剂的热交换器配置在真空冷凝器的内部。冷媒与热媒、冷媒与水蒸气、热媒与水蒸气之间的3种媒体能够有效地发挥其功能。制冷机稳定性导致的事故、故障的减少，能够有效地控制导热搁板的温度、冻干箱内真空度、真空冷凝器内的温度，从而实现制品干燥的匀速恒定。另外，三重热交换系统通过调整载冷剂的节流开度与三重热交换冷凝器相互作用，稳定地控制真空冷凝器的温度，有效地控制其水蒸气压力，具有较强的抗停电特性。此外，通过真空冷凝器内温度的有效控制，可以正确地测定干燥箱内的空气泄漏率，并解决了冻干工艺干燥过程中，由于制冷负荷较低，制冷工作运行情况偏离设定条件的难题。它通过载冷剂循环解决了直接膨胀系统的缺点，又解决了载冷剂循环的难点。

2、空载运转冷却能力的确认
空载状态下，干燥箱内的搁板或真空冷凝器（冷阱）降温速度的确认试验，一般安排在完成IQ后或设备经过较大检修（一般指大修或中修后的再验证）后进行。在进行此项确认之前，首先应检查确认制冷系统管路、装置无泄漏，冷媒充注量符合设备运行要求，冷冻机试运转试验中各部分压力正确，冷却水温度正常，控制仪表盘上指示的干燥箱内导热媒体进出口温度或真空冷凝器进出口温度与标准温度计一致。在此基础上使主冷冻机满负荷运行，对干燥箱内搁板或真空冷凝器进行冷却降温，空载状态下主冷冻机的冷却能力一般应达到下列数值。

（1）干燥箱内导热搁板建议标准：
导热媒体的温度从10℃降至-40℃所用时间不得超过70min。

导热媒体的温度从10℃降至-50℃所用时间不得超过90min，即平均降温速度应该>1.5℃/ min。
（2）真空冷凝器能够达到的温度建议标准：真空冷凝器温度应能够低于-70 ℃。

3、水负荷运转状态冷却能力确认
经空载运转状态确认冷却能力合格后，根据系统拟生产品种的zui大负荷量，将此负荷量的注射用水均匀充注入试验用平底托盘（亦称浅盘）内，开启主冷冻机100%，对干燥箱内搁物板或真空冷凝器进行降温。建议指标参数标准如下。

（1）干燥箱搁板降温速度导热媒体的温度从10℃降至-35℃所用时间不得超过100min。导热媒体的温度从10℃降至-45℃所用时间不得超过120min。
（2）真空冷凝器温度能达到低于-55℃的水平，配方中有机溶媒较多的制品，冻干机所用的真空冷凝器应能达到低于-65℃的水平。

4、真空冷凝器的控温精度确认
由于冻干的过程中不同干燥阶段制冷负荷变化较大，虽然一般制冷系统都设有调节能量的装置和吸气温度自动控制阀门，能将真空冷凝器中的水分捕集温度控制在该水分饱和压力的温度下，但是，能量调节装置和吸气温度自动控制阀门，在间隙运行的过程中，真空冷凝器中的温度有一个允许的波动范围，它实际波动范围的大小将直接影响到真空系统压力，因此，确认真空冷凝器中温度变化幅度是否符合制品工艺对真空度波动的要求，在升华干燥过程中尤其重要。该波动幅度一般由调节制冷压缩机吸入口温度自控阀的开启度，或修改计算机控制程序中冷冻机吸入口温度自控阀的开启时间的长短来调节，一般真空冷凝器中温度波动幅度应控制在±3℃的范围内。

5、真空冷凝器zui大捕集水能力的确认
一般冻干机在出厂时已在说明书中列出了真空冷凝器的zui大的捕集水能力，但这是在一定条件（标准试验条件）下得到的理想状态参数。由于各个用户为设备配套的公用工程条件不一样，制品的工艺条件也各不相同，有必要确切了解待确认的冻干机在实际的公用工程条件下，能够达到的zui大捕集水能力。这对于生产中经常更换品种，或在新产品的扩大生产试验时，意义尤其重大。试验的方法视具体冻干机机型而定。原则上，真空冷凝器的实际zui大捕水量可利用过载试验方法确认，即往平底托盘中加入超量的水，当真空冷凝器中结满冰时观察系统运行情况，然后停车，将托盘中剩余水称重，然后通过计算来确定。这种方法需要操作人员具有较强的技术水平和系统控制能力。

二、控制冷冻机的控温能力的确认

控制冷冻机在整个冻结干燥工艺过程中的主要作用是：在制品的一次干燥阶段以及二次干燥阶段中，对导热媒体温度的变化幅度作的补偿控制。控制冷冻机的控温能力主要取决于控制冷冻机的制冷能力与实际生产中能量波动情况的匹配程度。一般要求补偿控温精度为±1.0℃。具体确认试验的方法与主冷冻机冷却能力确认试验相类似。
1、加热性能确认

在一次干燥阶段中随着干燥箱内制品表面的升华作用和水蒸气的抽离，维持冰晶体的继续升华干燥和二次干燥阶段的解吸附过程均需要不断补充热量，冻干工艺所需的这部分热量一般是由电加热器通过导热媒体的热交换来实现的，因此，需要对加热系统能力进行全面的确认试验。具体数值从控制屏上直接读取，当然是在计量仪表经法定校验的前提下。
（1）空载运转状态下导热媒体升温速度的确认

建议标准：
空载运转状态下，将电加热器功率开启至100%，导热媒体升温速度应>25℃/h，zui终温度能够达到设备说明书中规定的技术参数，一般应能超过50℃。

（2）模拟满载运转状态下导热媒体升温速度
建议标准：

在前述模拟满载状态下，将电加热器功率100%开启，导热媒体升温速度>20℃/h。
2、导热媒体温度的控制精度

建议标准：
在导热媒体升温过程中，若按的控制速率升温，其温度控制精度应在±1.0℃的范围内波动。

三、真空系统性能确认

1、真空计及其校准
冻干工艺的干燥过程，必须在干燥箱内水蒸气分压低于该温度下饱和水蒸气压的条件下运行。例如，若要使温度为-50℃的物体中的水分蒸发，就必须将物体表面的压力控制在4Pa以下。因此，冻干系统的真空泵组的典型配置，是按照低真空1.3×10-1～102Pa和中真空1.3×10-1～1.3×10-2Pa的压力范围来设计的。在低真空的范围内，气体的流动是黏性流，残留气体的主要成分是空气和水蒸气。为了排气，在这个压力范围内一般使用油回转真空泵。在中真空范围内，气体的流动虽然为黏性流，但是加进了分子流的性质，作为残留气体的大多数是水蒸气成分。为了排除箱内气体，同样需使用回转真空泵，但其抽气能力低，故应在此压力区域内增设机械前置泵（罗茨泵）和喷射泵为主的真空泵。与此相应的，在真空监控方面，利用某种规格的仪表将无法在1.3×10-1Pa～98KPa的范围内的进行测量。除抽真空的开始阶段以外，整个冻干过程大都处于中真空阶段，麦克劳尔真空计、热电偶真空计（TC）以及电容测压计（CM）因适合这个压力范围的测量精度要求而获得广泛的应用。通常，麦克劳尔真空计作为校验用真空计，热电偶真空计（TC）以及电容测压计（CM）在常规性生产中用于真空度的监控。目前，在冻干工艺的压力控制过程中，仍然广泛地使用皮拉尼真空计。皮拉尼真空计不是从大气压开始测量的，而是从6.5×10-1Pa到1.3×104Pa（100Torr）附近的范围内进行测定。皮拉尼真空计非常适合冻干工艺过程的压力测量。在皮拉尼真空计中，能量损失随着适应系数（气体分子向皮拉尼真空计中灯丝撞击时的能量交换系数）和不同种类的气体的热导率的变化而变化，即在同一压力下，由于气体的种类不同，真空度的指示值会发生变化。因此，必须对各种气体进行校正，以便根据不同冻干制品的配方，确定冻干工艺过程中测控的压力的准确数值（表4-3-1）。

真空计的校验应由具有法定校正资格的单位或个人实施。

2、真空泵抽气速率的确认
典型的冻干机真空系统一般由2台油回转真空泵和1台机械前置泵（罗茨泵）组成，其系统理论抽气速率通常可从设备铭牌上查得。抽气速率确认试验可如下进行：记录一个已知容积（干燥箱容积+真空冷凝器容积+主要真空管路容积）从105Pa抽真空至133Pa压力所需的时间，由此来计算实际的抽气速率，单位为L/min。

3、真空系统性能
建议标准（通常按照两级真空泵配置，即初级真空泵+二级真空泵系统）：

（1）初级真空泵的单机性能 空载状态下，要求从运转开始10min内使真空系统的压力从105Pa降至6.7Pa以下，附加条件是试验使用的真空泵油为新油。
（2）初级真空泵+前置真空泵（罗茨泵）的真空性能 空载状态下，前置泵（罗茨泵）运行5min内真空系统的压力可达到1.33 pa。

（3）空载状态下，真空系统的极限压力空载状态下，初期抽气速率应在20min内真空系统的压力达到13.3Pa以下，6h内系统压力应达到1.33Pa以下。
4、真空系统泄漏率确认试验

真空系统的泄漏通常是冻干机真空系统的外部气体进入到真空系统内造成的，冻干机真空系统密封的可靠性是通过检查真空系统的总泄漏率来评价的。冻干机应该按照使用者的工艺条件规定指标予以泄漏测试。允许的真空泄漏率可依据供货商的说明书，但决不能超过其设计的极限值。泄漏测试的过程与结果应以文件的方式记录归档，测试文件中应包括测定的频率和设定的限度。泄漏测试应在限定的间隔时间内进行，每年至少测试一次。在以下述情况下，应及时进行泄漏测试：
①真空状况恶化时；

②泄漏率超过警戒标准进行校准和纠偏后；
③根据历史记录和经验设定的确认频率已不满足实际情况的需要时；

④冻干机经检修后；
⑤在干燥程序运行中，冻干机出现故障。

真空泄漏率试验的参考方法如下：
（1）真空系统泄漏试验简图（图4-3-5）。

（2）试验方法 假定待验证干燥箱的容积为V1，真空冷凝器的容积为V2，真空泵与真空间V1前端的管路系统容积为V3。在前述空载状态下得到极限压力的条件，即冻干机已在空载状态下运行约近6h，使系统压力达到1.33Pa以下，保持一段时间后，关闭阀门V1，并记录从关闭阀V1起的3min之内，每分钟系统内的压力读数的变化。真空系统的泄漏率，可按照下述公式计算：

满足冻干工艺要求的真空泄漏率的参照标准为：△L<200μmHg/s。
（3）泄漏试验参考实例 一台冻干机的真空系统如（图4-3-5），真空系统的容积由干燥箱（V1）、真空冷凝器（V2）和真空管道和阀门（V3）三部分组成，已知体积V1、V2、V3分别为4m3、

3m3、1.5m3 ，在空载状态试验结束时，关闭真空阀V3后3min之内系统压力的变化数值为4，系统泄漏率△L为

5、控制系统压力能力的确认
药品在一次干燥或二次干燥阶段，均要求正确控制系统的压力，但其目的是不一样的。在一次干燥阶段，控制压力恒定，使冰晶体匀速升华，以升华干燥的速度较快、成型好为目的。在二次干燥阶段的初期，进行压力控制的目的不是为了提高水蒸气的全压，而是强化从搁板到制品容器的热传导，以降低制品的残留水分。冻干工艺过程中压力的变化应控制在工艺规定的范围内，常见的方法是气体导入控制法和排气速度控制法。气体导入控制法通过导入适量气体（空气或氮气等）来平衡排气系统的能力，维持干燥箱内的压力恒定。排气速度控制法用控制真空泵排气阀门来维持干燥箱内的压力恒定。不同的压力控制方法有不同的确认对象。例如，气体导入控制法确认的内容主要是确认N2（或空气）控制阀的调节能力和无菌氮气（或空气）过滤器的过滤性能。无论采用何种控制法，均应通过试验来确认压力控制精度能否适合生产工艺的要求。一般冻干工艺的压力控制精度应在±3Pa的范围之内。

四、自控系统模拟试验
20世纪70年代以后，由于电子工业及仪表工业的迅速发展，冻干系统往往配置有监控装置和多点式全程记录仪，有的还配有单板机或可编程序控制器乃至微型计算机，以实现冻干工艺过程智能化控制，从而大大地提高了冻干工艺过程参数的控制，优化缩短了冻干时间，提高了制品的质量。先进的智能化控制系统的引入，为人们提供了这样的可能性，即根据所需工艺参数的范围来设计和优化冻干的运行曲线或编制计算机控制程序。换言之，可以在不运行冻干机的情况下，按照设计的冻干曲线进行模拟试验，即“虚拟现实"模拟工艺过程。因此，自动控制系统的模拟试验也应作为设备确认的内容之一纳入冻干机械的确认方案之中，目前各种冻干机械的控制系统自动化程度差异很大，控制方式也不尽相同，很难为此提出一个具有广泛参考意义的方法和标准，但在设备安装确认的过程中，应根据自动控制系统的实际情况来考虑如何设计并进行这类模拟试验。