1 什么是激光頂空分析技術？

激光頂空分析技術是指發射的激光穿透容器頂空，容器頂空的水汽、氧或CO2分子對激光有吸收，激光吸收量和對應的物質含量成正比（見圖1）。通常水汽的測定波長是1400nm，氧的測定波長是760nm，CO2的測定波長是2000nm。頂空水汽的吸收峰寬度和頂空壓力成正比，因而可以通過頂空水汽的吸收峰寬度來獲得頂空壓力（見圖2）。

激光頂空分析技術是一種無損定量快速的分析技術，它顯著區別于傳統的破壞性測試方法。

圖1 激光法測水汽、氧和CO2的原理圖

圖2  激光法光譜圖，其中吸收峰的寬度和頂空壓力(真空度)成正比

2 激光頂空分析技術符合哪些法規？

• 符合 USP 1207
• 符合21 CFR Part 11
• 符合CE認證
• 美國FDA認可并推薦

3 激光頂空分析技術可以解決哪些問題？

激光頂空分析技術通過監測制藥容器頂空壓力、水汽、氧或CO2這些關鍵指標，可以幫助藥企解決生產實踐和質量控制管理中面臨的許多問題。

3.1 容器密閉完整性測試

• 評估膠塞類型與容器密閉完整性失敗的關系

不同類型膠塞（傳統灰色的丁基橡膠膠塞和涂膜膠塞）引起負壓西林瓶頂空壓力改變，導致容器密閉完整性(CCIT)失敗。采用灰色丁基橡膠膠塞有利于保持容器密閉完整性。

• 評估膠塞高度與容器密閉性失敗的關系

泄漏概率與膠塞高度具有一定的相關性。膠塞高度大，泄漏概率大。但單憑膠塞高度不能*確定西林瓶是否泄漏。膠塞高度大不*等同于西林瓶必然泄漏。

• 解決活病毒疫苗（干冰）深冷藏后存在過壓及暫時泄漏的問題（典型應用）

活病毒疫苗在（干冰）深冷藏過程中可能會導致暫時泄漏（CO2侵入）并導致過壓，通過選擇合適的瓶/塞組合、軋蓋以及卷邊工藝解決該問題。采用結晶密閉西林瓶替代膠塞玻璃西林瓶可以避免CCI失敗（暫時泄漏）。

• 解決西林瓶跳塞引起容器密閉完整性失敗的問題

跳塞會導致容器密閉完整性失敗，影響凍干產品的穩定、無菌和重構。通過激光監測頂空氧或壓力的變化，可以發現跳塞問題，并且可以判斷出是臨時的泄漏還是*的泄漏，激光法對所有泄漏尺寸敏感。臨時的泄漏是指軋蓋前泄漏軋蓋后不漏的情況；*的泄漏是指軋蓋后泄漏的情況。

3.2 殘氧測定

• 解決液體充氮產品殘氧不達標的問題(氮氣吹掃優化和驗證或灌裝工藝優化)

當液體充氮產品殘氧不達標時，如果已經排除是容器密閉完整性的問題，那么有可能是吹掃工藝不合理導致的。研究表明，在zui終吹掃后頻繁的產線停工，使得西林瓶暴露在空氣中，導致氧氣濃度增加。采用激光頂空氧技術無損監測單個西林瓶不同吹掃工藝的殘氧，可以優化得到*的吹掃工藝/吹掃工序/吹掃方案/吹掃速率/吹掃流量。

• 解決氧敏感凍干產品氧含量高的問題

凍干腔體里位于架子邊緣的托盤氧含量高，可能是與加膠塞工藝有關的機械事件。

• 小頂空預注射器殘氧監測

頂空高度為2mm，直徑為8mm，即頂空體積為0.1mL的小頂空預注射器的殘氧監測。

• 評估注射器填充體積和殘氧之間的關系（工藝開發）

研究表明，采用恒定的吹掃速率，注射器的頂空體積越大，殘氧含量越低。

• 解決產品穩定性差的問題

氧敏感產品里的一些成分（如抗氧化劑）可能會和氧氣發生化學反應，進而被氧化。影響了產品的穩定性和貨架期。激光法可以監控單個成品生產好的zui初階段和隨著時間的殘氧變化，以評估氧氣對產品穩定性的影響，并采取措施將殘氧控制到比較低的水平。

• 評估貨架期末端的產品穩定性

產品貨架期末端時，頂空氧和水汽會顯著增加。通過監測產品頂空氧和水汽，可以預測產品的貨架期。

• 評估塑料包材的透氧率

評估不同類型、不同來源塑料包材的透氧率，同一包材不同存儲溫度的透氧率，為包材的選擇和包裝完整性失敗原因提供數據支撐。

3.3 水汽測定

• 解決凍干產品水汽含量高的問題

凍干產品水汽含量高，可能是由于凍干循環不合理。通過激光法檢測頂空水汽可以優化凍干循環，使得凍干產品水汽控制在比較低的水平。

• 解決產品活性成分降解的問題

水汽含量高可能會導致活性成分降解或水解。因此，需要監測水汽含量。頂空水汽與活性成分含量具有高度相關性，可以采用頂空檢測替代卡爾費休滴定來預測產品穩定性。

• 評估頂空檢測作為卡爾費休滴定的替代方法

通過建立頂空水汽和粉餅水汽之間的關系，評估無損頂空水汽檢測替代卡爾費休滴定的可行性。

• 評估橡膠膠塞不同制備條件和存儲條件對水汽含量的影響

通過激光法測水汽評估單個西林瓶不同條件下存儲不同時間的水汽含量。評估溫度條件對橡膠膠塞保留水汽的影響 。結果表明，增加膠塞的預處理時間導致更少的頂空水汽，西林瓶保存在增加的溫度環境增加了頂空水汽含量。

• 凍干腔體繪圖

在相同的凍干循環下，將西林瓶放置在不銹鋼底盤的托盤和直接與貨架接觸，比較這兩種情況下凍干機里水汽的分布。另外，激光法測量速度比卡爾費休滴定快，可以測量數量大的樣品。激光法也可以用于凍干機表征。

3.4 CO2測定/CO2檢漏

• 監測無菌容器的微生物污染（生長）

微生物在無菌容器里生長后，會消耗氧氣，產生CO2。通過監測頂空O2和CO2的變化(監測3天)，能判斷無菌容器里是否有微生物污染。在污染后的24小時后即可檢測出變化，72小時變化顯著。具體應用包括自動培養基灌裝檢測和直接在成品容器中進行快速無損的污染測試。

• 解決活病毒疫苗（干冰）深冷藏后存在過壓及暫時泄漏的問題（典型應用）

活病毒疫苗在（干冰）深冷藏過程中可能會導致暫時泄漏（CO2侵入）并導致過壓，通過選擇合適的瓶/塞組合、軋蓋以及卷邊工藝解決該問題。采用結晶密閉西林瓶替代膠塞玻璃西林瓶可以避免CCI失敗（暫時泄漏）。

3.5 無損真空度測試

凍干粉針西林瓶通常是微負壓或高真空工藝密閉的，藥廠一直想了解成品西林瓶里面zui終的真實的真空度含量，以對凍干工藝進行優化控制，或評估西林瓶是否泄漏。但是苦于沒有合適的方法。一方面，傳統的電火花粗測真空度技術過于主觀、而且很難定量，并且可能會影響凍干制品的產品穩定性。另一方面，現有的壓力傳感器分析技術在將針頭刺入容器時，在瓶內外的巨大壓差下，管路中的空氣將會瞬間侵入瓶內，導致測定的真空度不是zui真實的值。可見，無論是傳統的電火花粗測真空度技術還是后來的壓力傳感器分析技術都無法真正滿足藥廠的需求。激光頂空分析技術將會給藥企帶來福音，它既可以不破壞西林瓶容器，又能在極短的時間內（1～5秒）內得到zui真實的真空度值。測試結果可靠準確、重復性好。這樣對于工藝優化或過程控制將會帶來極大的便利。