Turbiscan货架期预测方法与案例

背景

货架期是确保产品在其寿命期间性能、质量和安全性的重要参数。基于早期数据获取或加速不稳定过程来预测货架期，是新产品开发的主要挑战之一。货架期预测是一个复杂的课题，涉及加速稳定性测试（温度、机械应力）和基于数学模型的数据外推。本文介绍并解释了如何利用ISO/TR13097标准下的TURBISCAN技术预测货架期。

什么是货架期和稳定性？

技术报告ISO/TR 13097《分散稳定性表征指南》解答了关于稳定性测试和预测的大部分问题，并对测试提出了建议。根据ISO/TR 13097，货架期被定义为“推荐的存储期限，在此期间，产品的某一特定属性的定义质量在预期（或指定）的分销、存储、展示和使用条件下仍保持可接受”。换句话说，如果一个分散体在存储条件下其属性保持在可接受范围内，那么它被认为是稳定的。

通常，货架期是通过瓶测和视观观察来确定的。这些测试简便易行，但可能耗时较长，并且依赖于操作员，导致产品和工艺开发上的长时间的“通过/未通过”决策。

加速稳定性测试

有多种测试方法，以下是ISO/TR13097对理想测试方法的建议。仪器直接方法是客观和可追溯的，因此被优先选择。此外，它们能够比传统的视观观察更早地检测到不稳定性，因其高灵敏度和重复性，这些方法可用于测量货架期。此外，ISO/TR13097建议工作在样品原始状态：未稀释和无扰动，因此“选择不需要样品制备的方法，使得样品以其原始状态被分析”。

加速方法包括：

热加速：在较高温度（通常在25°C至50°C之间）下存储和测试稳定性，或使用热循环。

机械加速：使用离心或振动测试产品。

物理化学扰动：添加物质（溶剂、酸等）改变样品组成，并测试对此变化的抵抗力。

加速研究应谨慎进行，考虑“其局限性及其与正常货架期条件和/或典型使用之间的相关性”。热加速是最常用的方法，能够研究存储和运输条件下的稳定性[1][2]。

TURBISCAN技术

TURBISCAN技术基于静态多光散射（SMLS），是直接用于分散体稳定性测试的领先技术。TURBISCAN符合ISO/TR13097的建议，通过光学扫描来量化和研究分散体在其原始状态下的稳定性，需要时可以进行热加速。SMLS技术通过向样品发送880nm的光脉冲来测量散射光的量（透射和背向散射）。读取头沿着样品池垂直移动，每20微米获取一次信号。随着时间的推移，记录由于样品不稳定性而引起的背向散射和透射水平变化。该信号直接与颗粒浓度（φ）和大小（d）的演变有关，使用Mie理论进行解释。

TURBISCAN能够比肉眼观察快200倍地监测到物理稳定性的变化（如凝聚、升华、沉淀、相分离等），而且无需任何稀释。

TSI（TURBISCAN稳定性指数）是软件中直接实施的自动计算，将所有不稳定性汇总为一个单一数值。因此，TSI值越高，产品的稳定性越低。

货架期预测

为了确定或预测货架期，关键点是稳定性度量和稳定性标准。最常见的稳定性度量是总体产品视觉均匀性，其标准是是否存在可见或不可见的不稳定性。视觉均匀性的丧失将极大地影响产品的认知和其属性，如防晒霜的UV保护、疫苗的效果、涂料的涂覆性能、饮料的风味等。

如何基于稳定性度量预测货架期？

ISO/TR13097指定了两种主要的货架期预测方法：比较研究和预测研究。预测研究包括建模和数据外推（线性、对数、多项式等），以检查稳定性度量是否在所需时间内保持在稳定性标准内。然而，尽管理论模型能够预测某些稳定性质，如胶体相互作用（DLVO理论）或迁移行为（Stokes预测屈服应力和流变学评估），它们目前尚未很好地适应于预测多参数复杂系统的稳定性行为（非DLVO力）。因此，使用这些方法预测真实分散体的稳定性可能导致重要的误导结果。另一方面，比较研究则是将稳定性度量的演变与参考样品（类似配方或已知稳定性或货架期的基准）进行比较。这种方法非常稳健，不需要强大的数学外推，适用于所有类型的分散体。它是最实用、快速和安全的方法来实现货架期预测。

TURBISCAN的货架期预测案例研究

选择比较研究方法预测货架期。使用TURBISCAN对七种不同表面活性剂的配方进行了分析，以预测它们在40°C条件下3个月后的货架期。样品直接转移到小瓶中，无需任何样品准备，并在静止的40°C条件下连续分析7天。通过TSI来跟踪全局稳定性的演变。TSI值越高，稳定性越低。将TSI动态与已知且被视为稳定的参考样品进行比较。

根据这个图表，我们可以将样品分为两类，根据其TSI动态与参考样品的比较：

l  TSI演变较快的样品：7-2-6-1，这些样品的稳定性演变速度更快，稳定性将低于参考样品。

l  TSI演变较慢的样品：4-3-5，这些样品的稳定性演变速度比参考样品其稳定性将更好，或者最坏情况下与参考样品一样。

我们可以轻松预测这些样品将通过3个月的稳定性测试。这个结论基于7天的测量得出，而仅仅根据视觉观察，可能在2天内就可以得出类似的结论。TSI作为当前稳定性度量的替代者是一个完美的选择：它以时间为函数绘制样品的整体稳定性演变，是一个可量化的、与操作员无关的参数，仅需一键计算即可。

结论

为了加速稳定性研究，TURBISCAN的优势包括：

l  SMLS技术的极高灵敏度。

l  在不增加额外应力的情况下处理原始样品。

l  利用热应力进一步加速稳定性测量和/或模拟运输和存储条件 基于与参考产品的比较来预测货架期。

因此，出于所有这些原因，自1994年以来，TURBISCAN一直是测量配方和分散体真实稳定性的领先技术，并且完全符合ISO TR13097标准。

References

[1] DJ. McClement et Al. Critical review of Techniques and Methodologies for Characterization of Emulsion Stability.

[2] P. Snabre et al. Size Segregation in a Fluid-Like or Gel-Like Suspension Settling under Gravity or in a Centrifuge.