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1前言

與許多其他生物制藥工藝一樣，緩沖液制備需要液體化學品濃度和溫度監控，以確保最佳工藝性能。混合的準確性、成分濃度的精確監測以及實現可重復、控制產品的一致的對于緩沖液制備中的質量控制至關重要。

混合不當的緩沖液可能會對許多上游和下游緩沖液應用產生廣泛的影響。在上游，緩沖液的質量控制對于維持 pH 值和穩定的細胞生長環境至關重要。由于大多數生物制品只能在有限的 pH 范圍內茁壯成長，因此 pH 值超出該特定范圍會導致酶減慢、停止工作或變性。在下游，混合不當的緩沖液會對分離和純化條件產生負面影響。上游或下游的總體影響包括產品損失、收入損失以及質量和產量受損。

目前，有許多方法用于測量化學濃度，包括折射率、電導率、pH 值和滲透壓。本應用說明將介紹用于緩沖液制備質量控制的折射率技術。并討論電導率、pH 值和滲透壓——所有這些用于過程分析技術 (PAT) 在動態范圍、線性、精度、檢測限 (LOD) 和定量限 (LOQ) 方面面臨的限制。

2緩沖液制備的折射率

緩沖液的質量控制需要可靠、精確、易于使用且響應時間快。利用折射率——一種直接測量溶液濃度的光學技術——這種 IoR 技術提供實時、準確的濃度監測。

利用微型光學傳感器，發光二極管 (LED) 將光照射到與被測液體接觸的光學窗口上。來自 LED 的光從光學窗口反射到光電二極管陣列 (PDA) 檢測器中，臨界角 (θc) 是在光折射到流體中而不是反射回 PDA 檢測器時測量的。液體的折射率由等式 1 確定2，其中 nb 是樣品的折射率，na 是折射計光學元件的折射率。然后通過將 IoR 校準為液體的濃度來確定濃度。

隨著液體濃度的變化，θc也隨之變化。

IOR技術快速(100毫秒)、準確(優于±0.2wt%)測量θc中的這些變化。它使用100毫秒數據速率的內部平均值來提高分辨率，每1秒報告一次IOR(或濃度)。

此外，由于IOR取決于液體的溫度，因此使用熱敏電阻來監測溫度，并自動實時補充液體的IOR(從而補償液體的濃度)。

折射率技術為在線和離線監測工藝液體提供實時、準確和可重復的濃度和溫度測量，并提供必要的監測，以避免緩沖液制備應用中的pH漂移和產品變化。在線功能提供實時信息，允許對流程變化做出快速響應，而其占用空間較小，能夠在流程中的幾乎任何點進行監控。此外，折射率測量較pH和電導率更具優勢，因為IOR是化學濃度的直接測量，而pH和電導率取決于流體的電子性質，因此從定義上講是對化學濃度的間接或推斷測量3。

3測試和結果

為了確定常規液體化學濃度測量的最佳方法進行了相關測試，其中包括測量常用緩沖成分和細胞培養基組分在水相中的已知濃度。將測量的折射率與電導率、pH和滲透壓進行比較。IOR、電導率和pH值的測量都是在線實時進行的，滲透濃度的測量是使用GRAB樣本離線進行的4。

將生物制藥制造中常用的各種緩沖成分連續添加到溶液中，并進行測量以比較準確度、精密度和線性度。為了提供所發現數據集的示例，圖 1 顯示了使用 Entegris IoR 濃度監測器以及電導率和 pH 監測器對緩沖液 4-(2-羥乙基)-1-哌嗪乙磺酸 (HEPES)5 進行測試的結果。

圖 1：顯示 pH、電導率和 Entegris IoR 輸出與以 mM 為單位的 HEPES 濃度。將六個 20 mM 的 HEPES 濃度加標添加到氯化鈉溶液中，使 NaCl 中的 HEPES 總濃度為 120 mM。

pH 值和電導率都無法有效監測 HEPES 濃度。電導率確實隨 HEPES 濃度而變化，但斜率為負——HEPES 濃度的增加應提供增加的電導率測量。pH 測量是非線性的，具有變化的負斜率。HEPES 是一種弱離子有機緩沖液，這也是電導率測量性能不佳的原因。Entegris IoR 濃度監測儀顯示出優于其他測量技術的高分辨率和高線性度6。

使用許多其他常見緩沖液重復此測試；表 A 顯示了所測緩沖溶液的 Entegris IoR 和電導率結果摘要。

表 A：緩沖液濃度測量的 IOR 和電導率結果總結

在所有七種緩沖液中，折射率都顯示出高線性，并且能夠測量整個動態范圍，而在七種緩沖液中的五種中，電導率無法提供測量結果。此外，IoR 的測量精度通常優于 ±10 ppm，而電導率的精度為 ±100 ppm8。

每種測量技術的 LOD 和 LOQ 見圖 6。數據顯示 IoR 優于其他測量方法， Entegris IoR 提供更強的檢測能力和定量水平——分別比電導率、滲透壓和 pH 高 2.5、4.2 和 28.6 倍。

圖 2：pH 值、電導率、折射率和滲透壓濃度測量的檢測限 (LOD) 和定量限 (LOQ)。

4結論/總結

對于緩沖液的許多關鍵接觸點，緩沖液制備需要強有力的質量控制措施，以確保準確和精確地保持所需的緩沖液特性。另一個挑戰是確保過程的可重復性。這些測試的數據表明，與電導率、pH 和滲透壓相比，使用 IoR 測量在準確度、精密度、線性、LOD 和 LOQ 方面提供了更好的結果。Entegris IoR 技術的在線功能可實時提供信息，從而能夠對工藝變化做出快速響應。此外，它將從實驗室擴展到全面生產，其占地面積小，能夠在生物制藥過程中的幾乎任何點進行監控。