什么是真空冷冻干燥？真空冷冻干燥技术的原理和步骤

干燥是防止材料变质的方法之一。干燥方法有很多，例如日光干燥，沸腾干燥，干燥，喷雾干燥和真空干燥。然而，这些干燥方法在高于0℃或更高的温度下进行。干燥后获得的产品通常体积减小并且质地硬化。一些物质被氧化，大部分挥发性成分将丢失，而一些热敏感物质（例如蛋白质和维生素）将被变性。微生物将失去其生物学活力，干物质不易溶于水。因此，干燥后的产品与干燥前的产品有很大的不同。冷冻干燥方法与上述干燥方法不同。产品的干燥基本上是在0℃以下的温度下进行，即将产品冷冻，直到以后，为了进一步降低干燥产品的残留水分，让产品升至一定温度。高于0℃，但一般不超过40℃。真空冷冻干燥技术冷冻干燥的原理是将含有大量水分的物质预先冷冻成固体，然后在真空下直接升华水蒸气。物质本身在冷冻时仍保留在冰架中，因此干燥后其体积不会改变，并且是疏松多孔的。在升华过程中冻结产品中的冰或其他溶剂以吸收热量。这会导致产品本身的温度降低并降低升华速度。为了提高升华速度并缩短干燥时间，必须正确加热产品。整个干燥在较低的温度下进行。冷冻干燥具有以下优点：（1）冷冻干燥是在低温下进行的，因此特别适用于许多热敏性物质。诸如蛋白质和微生物将不会变性或失去生物活力。因此，它被广泛用于医学。低温干燥时，物质中一些挥发性成分的损失非常小，适合干燥某些化学产品，药品和食品。 （3）在冷冻干燥过程中，微生物无法生长，无法发挥酶的作用，因此可以保持原有的特性。 ⑷因为在冷冻状态下干燥，所以体积几乎没有变化，保持了原始结构，不会出现浓缩现象。 ⑸干燥后的物料疏松多孔，呈海绵状。加水后，它迅速而完全溶解，几乎立即恢复了原始性能。 ⑹由于干燥是在真空下进行的，因此氧气很少，因此可以保护一些易氧化的物质。 ⑺干燥可以除去95-99％以上的水，因此干燥后的产品可以长期保存而不会变质。因此，冷冻干燥目前广泛用于制药工业，食品工业，科研等部门。冷冻干燥器的组成和冷冻干燥程序产品的冷冻干燥需要在某种装置中进行。该装置称为真空冷冻干燥机或冷冻干燥装置，或简称为冷冻干燥机。冷冻干燥机根据系统分为四个主要部分：制冷系统，真空系统，加热系统和控制系统。根据该结构，其由冷冻干燥箱或干燥箱，冷凝器或水蒸气冷凝器，冰箱，真空泵和阀以及电气控制部件组成。冷冻干燥箱是一种高低温箱，可以将其冷却至约-55°C，并可以加热至约+ 80°C。它还是可以抽真空的密闭容器。它是冻干机的主要部分。需要冻干的产品放在盒子中的分层金属板上。将产品冷冻并在真空下加热以升华并干燥产品中的水分。冷凝器也是真空容器。它的金属表面内部表面积很大。表面的温度可以降低到-40℃-70℃，并且可以保持这个低温范围。冷凝器的功能是将从产品中升华的水蒸气冻结并吸收到冷冻干燥箱中金属表面上。冷冻干燥箱冷凝器，真空管道，阀门，真空泵等构成冷冻干燥机的真空系统。真空系统不需要漏气，真空泵是真空系统中建立真空的重要部分。真空系统对于产品的快速升华和干燥至关重要。制冷系统由冰箱，冷冻干燥箱和冷凝器内部的管道组成。冰箱可以是彼此独立的两套或多套，也可以一起使用。冰箱的功能是冷却冷冻干燥箱和冷凝器，以产生并保持其工作所需的低温。它有直接冷却和间接冷却两种方法。对于不同的冷冻干燥机，加热系统具有不同的加热方法。有些使用直接电加热方法，有些使用中间介质进行加热，泵（或添加备用泵）使中间介质连续循环。加热系统的功能是在冷冻干燥箱中加热产品，以使产品中的水分不断升华并达到所需的残留水分含量。该控制系统由各种控制开关，指示器调节仪器和一些自动装置等组成。它可以相对简单或复杂。具有较高自动化程度的冻干机的控制系统更加复杂。控制系统的功能是手动或自动控制冷冻干燥机，并控制机器的正常运行，从而使冷冻干燥机可以生产出符合要求的产品。冷冻干燥步骤：（1）冷冻干燥前，将要冷冻干燥的产品分成适当的容器，一般是玻璃制的模具瓶，玻璃小瓶或安瓿瓶，用量应均匀，蒸发面应尽可能大厚度应尽可能薄。⑵然后将其放在适合冷冻干燥箱尺寸的金属板上。通常，无底托盘用于瓶装包装，这有利于有效的热传递。 ⑶包装前，先将冷冻干燥箱冷却后冷却，然后将产品放入冷冻干燥箱进行预冷冻，或将产品放在冷冻干燥箱的内层进行预冷冻。同时，fore抽真空之前根据冷凝器制冷机的冷却速度使冷凝器提前工作，在抽真空期间冷凝器应至少达到-40℃的温度，⑸等待真空度达到一定值（通常应达到真空度）。真空度在13Pa-26Pa之间），或者某些冷冻干燥过程需要达到所需的真空度并继续抽空1-2小时以上，您可以在盒子中加热产品。通常，加热分两个步骤进行。逐步加热不会使产品的温度超过共晶点或共晶点的温度，基本上将产品中的水分干燥后，进行第二步加热，此时可以快速升高产品时间。指定的允许温度。保持允许温度超过2小时后，可以停止冷冻干燥。整个升华干燥时间约为12-24小时，甚至更长，这取决于每个瓶子中的产品量，总量，玻璃容器的形状和规格，产品类型，冷冻干燥曲线和机器的性能等有关。冻干完成后，应将干燥和无菌的空气注入干燥箱中，然后尽快塞住并密封，以防止空气中的水分重新吸收。在冷冻干燥过程中，将产品和板层的温度，冷凝器的温度以及真空度绘制成曲线，称为冷冻干燥曲线。通常，温度为纵坐标，时间为横坐标。冷冻干燥不同的产品使用不同的冷冻干燥曲线。当同一产品使用不同的冷冻干燥曲线时，产品的质量也不同。冷冻干燥曲线也与冷冻干燥机的性能有关。因此，不同的产品和不同的冷冻干燥机使用不同的冷冻干燥曲线。图14为冷冻干燥曲线示意图（无温度曲线）再曲线和冷凝器的真空曲线）。共晶点及其测量方法需要冻干的产品，该产品通常预先制成水的溶液或悬浮液，因此其凝固点与水不同。水在0°C时会冻结，但海水必须保持在0°C以下的温度才能冻结，因为海水也是许多物质的水溶液。实验表明溶液的凝固点将低于溶剂的凝固点。另外，溶液的冷冻过程与纯液体不同。诸如水之类的纯净液体在0℃冻结，水的温度不会下降，并且直到所有水都被冻结后温度才会下降，这表明纯净液体具有固定的凝固点。解决方法不一样。在一定的固定温度下，它不会完全凝结为固体，但在一定的温度下，晶体开始沉淀。随着温度降低，晶体数量继续增加。直到最后，解决方案都不凝聚。这样，溶液在一定的固定温度下不会冷凝。而是在一定温度范围内冷凝。晶体在冷却时开始沉淀的温度称为溶液的凝固点。溶液冷凝的温度称为溶液的凝固点。凝固点是熔化的起点（即熔点）。对于溶液，这是溶质和溶剂融化在一起的点。因此，它也称为共晶点或共晶点。可以看出溶液的凝固点和低共熔点是不同的。共晶点是溶液真正凝结成固体的温度。显然，共晶点的概念对于冷冻干燥很重要。由于冻干产品可能包含诸如盐，糖，明胶，蛋白质，血细胞，组织，病毒，细菌等物质。因此，它是复杂的液体，其冷冻过程也必须是复杂的过程。与溶液相似，它的温度也会凝结成固体，即共晶点。因为冷冻干燥是在真空下进行的。只有将所有产品冷冻后，才能将其升华并真空干燥。否则，当存在某些液体时，它不仅会在真空下迅速蒸发，从而导致液体浓度降低，从而降低了冷冻干燥产品的体积；它又迅速出现，导致液体沸腾，从而导致冷冻-干燥的产品会起泡，甚至从瓶子中冒出来。这是不希望的。因此，在开始升华时，必须将冷冻干燥的产品冷却至低于共晶点的温度，以使冷冻干燥的产品真正地冷冻。在冷冻过程中，不可能从外观上确定产品是否完全冷冻成固体，也无法通过测量温度来确定产品的内部结构状态。随着产品结构的变化，电气特性的变化非常有用。特别是在冻结过程中电阻率的测量可以让我们知道冻结是正在进行中还是已经完成。冻结后，电阻率将非常大，因此溶液具有离子导电性。冻结后，离子将固定且无法移动，因此电阻率会显着增加。当少量液体时，电阻率将大大降低。因此，测量产品的电阻率将确定产品的共晶点。常规的共晶点测量方法是将一对铂电极浸入液体产品中，并在产品中插入温度计以将其冷却至40°C以下的低温，然后缓慢提高冷冻产品的温度。使用惠斯通电桥测量其电阻。当电阻突然降低时，此时的温度即为产品的共晶点。桥需要用交流电供电，因为直流电将被电解，整个过程都由仪器记录下来（图16）。也可以通过一种简单的方法进行测量，如图15所示。将两条适当厚度且彼此绝缘的铜线插入产品容器中用作电极。在铜电极附近插入温度计，插入深度类似于电极，将它们放到冷冻干燥箱中观察