В настоящее время лиофилизация является основным методом стабилизации многих термолабильных или гидролитически неустойчивых фармацевтических субстанций (ФС). На первой стадии технологического процесса водный раствор, содержащий лекарственное средство (ЛС) и вспомогательные вещества (ВВ), помещается во флаконы, загружаемые на полки сушильной камеры лиофильной сушки. Затем температура раствора снижается с помощью охлаждающей жидкости, протекающей через полки: часть воды («свободная вода») кристаллизуется, а часть («связанная влага») остается незамерзшей, связанной с ФС и ВВ. На следующей стадии лиофилизации сублимация льда (первичная сушка) достигается уменьшением давления в камере. На данном этапе температура жидкости, осуществляющей теплообмен с полкой, увеличивается, и происходит подача тепла к замороженному раствору лиофилизата, поскольку сублимация характеризуется эндотермическими явлениями [1, 2]. В результате данного технологического процесса получается пористый лиофилизат, через него протекают водяные пары, которые перемещаются от границы сублимации (границы между замороженным раствором и лиофилизатом) в пространство сушильной камеры, а затем в конденсатор, где они кристаллизуются над холодными поверхностями [2]. Целевое значение остаточной влаги в лиофилизате получается путем дальнейшего повышения температуры лиофилизата с целью десорбции связанной влаги (вторичная сушка) [4].
Математическое моделирование может быть эффективно использовано для определения параметров процесса лиофилизации ЛП, в частности вторичной сушки, поскольку расчеты дают возможность отслеживать скорость удаления остаточной влаги в зависимости от температуры, давления в камере и других переменных условий.
Для выполнения расчетов необходимо использовать подходящую модель вторичной сушки. Прежде всего, математическая модель должна обладать характеристиками точности, т. е. учитывать все явления тепломассопереноса, происходящие в лиофилизате, и для этой цели требуется глубокое понимание механизмов сублимации. Вовторых, одно из условий использования математической модели — включение нескольких параметров, значения которых можно относительно просто и точно определить с помощью теоретических расчетов или (нескольких) экспериментальных исследований (на точность сложных и очень подробных моделей может повлиять неопределенность значения параметров). Наконец, важным параметром является время, необходимое для расчетов [8].