上海众林机电设备有限公司 技术部

残氧分析仪制药行业通常采用N2作为保护气来保护氧敏感的产品免受氧化的影响，为了达到预期的保护效果，往往需要控制残氧浓度。常见的残氧分析仪运用的测试方法通常包括电化学法、氧化锆法、荧光衰减法、激光法等。

电化学法是基于电化学传感器原理对残氧进行测定，测量时将针头刺入包装，抽取样气进行分析。该方法的成本比较低，操作简便。适用于制药QC部门抽检测试。

氧化锆法是基于氧化锆传感器原理对残氧进行测定，测量时也需要将针头刺入包装，抽取样气进行分析，氧化锆传感器的寿命较长，适用于在线残氧监测，减少传感器的替换频率。氧化锆传感器相比电化学传感器的精度要高，zui小分辨率达ppm（图1），电化学传感器的zui小分辨率为0.01%（图2）。因此，氧化锆法更适用于对精度要求高的应用，比如N2纯度验证中测试残氧，通常要做到ppm浓度级别。另外，有的企业的内控标准很严格，比如内控标准为残氧必须要低于1%，那么这种情况下，采用氧化锆法会比较合适。

图1 氧化锆传感器法测量界面

图2 电化学传感器法测量界面

荧光衰减法（图3）是基于荧光衰减的原理测定顶空的氧分压，并将氧分压转换为氧气体积分数。该方法的残氧分析仪有2种测试模式：

1. 将荧光贴片吸附在容器内壁，将荧光探头放在容器外侧对准荧光贴片进行照射，从而获得所需的氧浓度。这种测试模式由于需要将荧光贴片放置到容器内部，更适合于留样管理，即针对同一个包装容器进行多次反复测试，可以随着时间跟踪容器内的残氧变化情况。

1. 将荧光贴片内置到针头里面，采用针头刺入包装测试，这种测试模式和电化学或氧化锆法比较类似，都需要将针头刺入包装进行测试，但是该方法相比电化学或氧化锆法，不需要抽取氧气进行分析，也就是说，该方法具有零采样量的优势，这种原理尤其适用于具有负压的容器，如冻干粉针西林瓶。因为在负压下，电化学或氧化锆法的泵抽气时会有困难。此外，该原理也适用于小顶空（顶空<2mL）的容器，因为小顶空容器的顶空体积比较少，不足以达到电化学或氧化锆法的zui小采样量要求。如果采用电化学或氧化锆法测试，数据可能会有一定偏差。

图3 荧光衰减法原理图

激光法（图4）是测量残氧的所有技术中相对比较的技术，它和荧光衰减法类似，也是基于光学的原理，但是又有不同的地方，它无需荧光贴片，只需在容器的一侧发射光，穿过容器顶空后在容器的另一侧对光的信号进行接收。在激光穿透容器顶空时，顶空部分的氧会吸收激光的能量，激光吸收量和氧浓度成正比。由于激光法无需荧光贴片，也不需要采用针头刺入包装，实现了真正的’无损’测试，因此，该方法备受很多药企的青睐。激光法除了能测量顶空残氧，也可以测量顶空的真空度，特别适用于冻干粉针的真空度分析。通常激光法测残氧需要将波长调节到760nm，在该波长下，氧分子对激光有zui大的吸收值。同理，如果将波长调节到1400nm，在该波长下，水汽分子对激光有zui大的吸收值，吸收峰的峰高（振幅）和水汽含量成正比，而吸收峰的宽度和顶空压力（或真空度）成正比（图5）。目前激光法测真空度是已知的*能无损测真空度的技术。

图4 激光法原理图

图5 激光法光谱图，其中吸收峰的宽度和顶空压力(真空度)成正比

荧光衰减法和激光法由于是采用光学的原理，因此对样品会有一定要求，即样品必须是能’透光’的。当然如果荧光法采用针头刺入模式测量，样品也没必要’透光’。

那么针对制药行业不同的应用，需要如何选择残氧分析仪的*测试方法呢？

【安瓿瓶顶空残氧分析】

安瓿瓶包括塑料安瓿瓶和玻璃安瓿瓶，安瓿瓶通常采用熔封的工艺封口。如果是玻璃安瓿瓶要测残氧，比较低成本的方法是将3-5支安瓿瓶敲碎，采用顶空收集装置，将顶空氧富集到漏斗里，然后将针头刺入漏斗抽气，通过电化学传感器测量残氧（图6）。当然，这种方法其实测的是若干支安瓿瓶残氧的平均值，而且必须要将安瓿瓶破坏后测量。激光法可以实现‘无损’地测定单支安瓿瓶的残氧。但是激光法的成本相对较高，适用于附加值高产品的测试，也可以用于帮助判断单个充氮管是否堵塞，因为激光法可以直接测定单支安瓿瓶的残氧。

图6 安瓿瓶顶空收集装置示意图

【小顶空残氧分析】

对于小顶空常压充氮容器，如果里面的顶空气体>=2mL，可以采用电化学法测量。如果里面的顶空气体<2mL，采用电化学法测量将有难度。此时可以采用荧光衰减法和激光法进行测试。对于小顶空负压充氮容器，采用激光法测试比较合适。

【大顶空负压容器残氧分析】

对于大顶空负压容器，如果里面的压力>=800mbar，采用电化学法或氧化锆法可以测试。如果里面的压力<800mbar，激光法测试会比较可靠。

【样品留样观察】

如果要对留样进行长时间的跟踪观察，比较低成本的方法是采用荧光衰减法。当然也可以用激光法，但是激光法的成本相对高。

【氮气吹扫工艺优化】

为了获得比较低的残氧，需要对N2吹扫工艺或工序进行优化。由于激光法的测量速度快，可以及时对成品进行测定，达到对N2吹扫效果的实时反馈，从而为吹扫工艺改进提供依据。图7是氮气吹扫工艺示意图。

图7 氮气吹扫工艺示意图

【西林瓶冻干粉针真空度分析】

真空度测试仪常见方法有真空度传感器法（图8）和激光法（表1），真空度传感器法是将针头刺入容器顶空，通过真空度传感器探测获取真空度，该测试方法在一定程度上会受到管路中空气的影响，可以用于真空度的粗略抽查。

如果是用于工艺的优化和标准的制定，真空度测试仪通常会采用无损的真空度测试方法---激光法。激光法对真空度的zui小检出限大约为7mbar，能获得zui接近真实的真空度。

图8 真空度传感器法测试界面

表1 激光法无损真空度分析数据（表格第3列）