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冷凍真空干燥（以下簡稱凍干）是一個穩(wěn)定化的物質(zhì)干燥過程。是將含水的物質(zhì)，先凍結成固態(tài)，而后使其中的水分從固態(tài)直接升華變成氣態(tài)排除，以除去水分而保存物質(zhì)的方法。溶液狀態(tài)的產(chǎn)品經(jīng)冷凍處理后，先后經(jīng)過升華和解吸作用，使產(chǎn)品中的溶劑減少到一定程度，從而阻止微生物的生成或溶質(zhì)與溶劑間的化學反應，使產(chǎn)品得以長時間保存并保持原有的性質(zhì)。
真空冷凍干燥法是液態(tài)→固態(tài)→氣態(tài)的過程。在凍干過程中，溶質(zhì)顆粒之間的“液態(tài)橋”已被凍成“固態(tài)橋”，兩顆粒間的相對位置已經(jīng)被固定下來，并且兩顆粒之間不存在氣液界面的表面張力。隨著溶劑的不斷升華，“固橋”不斷減少，但兩顆粒之間的相對位置已不再發(fā)生變化，直至“固態(tài)橋”完全消失。
水和溶液的性質(zhì)
水有三態(tài)，固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)。三種狀態(tài)可以相互轉(zhuǎn)化。對應 0 ℃ 、 610Pa 以下所有過程，只要符合一定的條件都可成為升華過程 。物質(zhì)有固、液、汽三態(tài)。物質(zhì)的狀態(tài)與其溫度和壓力有關。水 (H2O ）的狀態(tài)。三條曲線分別表示冰和水、水和水蒸汽、冰和水蒸汽兩相共存時其壓力和溫度之間的關系。分別稱為溶化線、沸騰線、升華線。此三條曲線分成 I 、 II 、 III 三個區(qū)域，分別稱為固相區(qū)、液相區(qū)和氣相區(qū)。箭頭 1 、 2 、 3 分別表示冰溶化成水，水汽化成水蒸汽和冰升華成水蒸汽的過程。曲線 OB 的頂端有一點 K ，其溫度為 374 ℃ ，稱為臨界點。若水蒸汽的溫度高于其臨界溫度 374 ℃ 時，無論怎樣加大壓力，水蒸汽也不能變成水。三曲線的交點 為固、液、 汽三相共存的狀態(tài)，稱為三相點，其溫度為 0.01 ℃ ，壓力為 610Pa 。在三相點以下，不存在液相。若將冰面的壓力保持低于 610Pa ，且給冰加熱，冰就會不經(jīng)液相直接變成氣相，這一過程稱為升華。
溶液的冷凍干燥過程
凍干溶液一般都是配置成含固體物質(zhì)4%-25%的稀溶液。溶液里水的組成：
1、大部分水是以水分子的形式存在于溶液中的自由水。
2、少部分是吸附于固體物質(zhì)晶格間隙中或以氫鍵方式結合在一些極性基因團上的結合水。
3、固定于生物體和細胞中的水，大部分也是可以凍結和升華的自由水。也含有一些不能凍結、很難去除的結合水。
凍干的目的就是在低溫、真空環(huán)境中除去物質(zhì)中的自由水和一部分吸附于固體晶格間隙中的吸附水。
凍干過程步驟
預凍結：預凍是將溶液中的自由水固化，賦予干后產(chǎn)品與干燥前有相同的形態(tài)，防止抽空干燥時起泡、濃縮、收縮和溶質(zhì)移動等不可逆變化發(fā)生。
溶液在凍結過程中，需過冷到冰點以下，其內(nèi)產(chǎn)生晶核以后，自由水才開始以純冰的形式結晶，同時放出結晶熱，使其溫度上升到冰點，隨著晶體的生長，溶液濃度增加，當濃度到達共晶濃度，溫度下降到共晶點以下時，溶液就全部凍結。
冷卻速度愈快，過冷溫度越低，所形成的晶核數(shù)量越多，晶體來不及生長就被凍結，形成的晶粒數(shù)量越多，晶粒也細。冷卻速度慢，形成的晶粒數(shù)量越少，晶粒也粗大。凍干制品升華前，必須凍結到一定的溫度，這個溫度應設在制品的共熔點以下10至20℃左右，如不經(jīng)過預凍直接抽真空，當壓力降到一定程度時，液體就會被抽去。這種情況也叫蒸發(fā)，這種蒸汽叫做不飽和蒸汽，如果制品凍結不實而抽真空，液體中的氣體迅速逸出而引起“沸騰”的現(xiàn)象。制品如在“沸騰”中凍結，有部分可能逸出瓶外，引起藥物損失或使制品表面凹凸不平。由此可見，共熔點的溫度是保證產(chǎn)品正常干燥的最安全的溫度，只能比它低，不能高于共溶點溫度。
升華干燥（一次干燥）
將凍結后的產(chǎn)品置于一閉的真空容器中加熱，其冰晶就會升華成水蒸氣逸出而使產(chǎn)品脫水干燥。干燥是從外表面開始逐步向內(nèi)推移的，冰晶升華后殘留的空隙變成爾后升華水蒸氣的逸出通道。升華所需的熱量由以下幾種途徑得到：固體的傳導，輻射，氣體的對流。
產(chǎn)品升華時受以下幾個溫度限制：產(chǎn)品凍結部分的溫度應低于產(chǎn)品共溶點的溫度。產(chǎn)品干燥部分的溫度要低于其崩解溫度或容許的最高溫度（不燒焦或性變）。最高擱板溫度。
解析干燥（二次干燥）
第一階段干燥是將水以冰晶的形式除去，因此其溫度和壓力都必須控制在產(chǎn)品共溶點以下，才不使冰晶溶化。對于吸附水，由于其吸附能量高，如果不提供足夠的能量，水就不可能從吸附中解析出來。為了使解析出來的水蒸氣有足夠的推動力逸出產(chǎn)品，必須使產(chǎn)品內(nèi)外形成較大的蒸汽壓差，所以箱體內(nèi)要保持高真空。第二階段干燥后，產(chǎn)品殘余水分的含量一般可以控制在0.4%-4%之間。
文章來源：網(wǎng)絡
真空冷凍干燥法是液態(tài)→固態(tài)→氣態(tài)的過程。在凍干過程中，溶質(zhì)顆粒之間的“液態(tài)橋”已被凍成“固態(tài)橋”，兩顆粒間的相對位置已經(jīng)被固定下來，并且兩顆粒之間不存在氣液界面的表面張力。隨著溶劑的不斷升華，“固橋”不斷減少，但兩顆粒之間的相對位置已不再發(fā)生變化，直至“固態(tài)橋”完全消失。
水和溶液的性質(zhì)
水有三態(tài)，固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)。三種狀態(tài)可以相互轉(zhuǎn)化。對應 0 ℃ 、 610Pa 以下所有過程，只要符合一定的條件都可成為升華過程 。物質(zhì)有固、液、汽三態(tài)。物質(zhì)的狀態(tài)與其溫度和壓力有關。水 (H2O ）的狀態(tài)。三條曲線分別表示冰和水、水和水蒸汽、冰和水蒸汽兩相共存時其壓力和溫度之間的關系。分別稱為溶化線、沸騰線、升華線。此三條曲線分成 I 、 II 、 III 三個區(qū)域，分別稱為固相區(qū)、液相區(qū)和氣相區(qū)。箭頭 1 、 2 、 3 分別表示冰溶化成水，水汽化成水蒸汽和冰升華成水蒸汽的過程。曲線 OB 的頂端有一點 K ，其溫度為 374 ℃ ，稱為臨界點。若水蒸汽的溫度高于其臨界溫度 374 ℃ 時，無論怎樣加大壓力，水蒸汽也不能變成水。三曲線的交點 為固、液、 汽三相共存的狀態(tài)，稱為三相點，其溫度為 0.01 ℃ ，壓力為 610Pa 。在三相點以下，不存在液相。若將冰面的壓力保持低于 610Pa ，且給冰加熱，冰就會不經(jīng)液相直接變成氣相，這一過程稱為升華。
溶液的冷凍干燥過程
凍干溶液一般都是配置成含固體物質(zhì)4%-25%的稀溶液。溶液里水的組成：
1、大部分水是以水分子的形式存在于溶液中的自由水。
2、少部分是吸附于固體物質(zhì)晶格間隙中或以氫鍵方式結合在一些極性基因團上的結合水。
3、固定于生物體和細胞中的水，大部分也是可以凍結和升華的自由水。也含有一些不能凍結、很難去除的結合水。
凍干的目的就是在低溫、真空環(huán)境中除去物質(zhì)中的自由水和一部分吸附于固體晶格間隙中的吸附水。
凍干過程步驟
預凍結：預凍是將溶液中的自由水固化，賦予干后產(chǎn)品與干燥前有相同的形態(tài)，防止抽空干燥時起泡、濃縮、收縮和溶質(zhì)移動等不可逆變化發(fā)生。
溶液在凍結過程中，需過冷到冰點以下，其內(nèi)產(chǎn)生晶核以后，自由水才開始以純冰的形式結晶，同時放出結晶熱，使其溫度上升到冰點，隨著晶體的生長，溶液濃度增加，當濃度到達共晶濃度，溫度下降到共晶點以下時，溶液就全部凍結。
冷卻速度愈快，過冷溫度越低，所形成的晶核數(shù)量越多，晶體來不及生長就被凍結，形成的晶粒數(shù)量越多，晶粒也細。冷卻速度慢，形成的晶粒數(shù)量越少，晶粒也粗大。凍干制品升華前，必須凍結到一定的溫度，這個溫度應設在制品的共熔點以下10至20℃左右，如不經(jīng)過預凍直接抽真空，當壓力降到一定程度時，液體就會被抽去。這種情況也叫蒸發(fā)，這種蒸汽叫做不飽和蒸汽，如果制品凍結不實而抽真空，液體中的氣體迅速逸出而引起“沸騰”的現(xiàn)象。制品如在“沸騰”中凍結，有部分可能逸出瓶外，引起藥物損失或使制品表面凹凸不平。由此可見，共熔點的溫度是保證產(chǎn)品正常干燥的最安全的溫度，只能比它低，不能高于共溶點溫度。
升華干燥（一次干燥）
將凍結后的產(chǎn)品置于一閉的真空容器中加熱，其冰晶就會升華成水蒸氣逸出而使產(chǎn)品脫水干燥。干燥是從外表面開始逐步向內(nèi)推移的，冰晶升華后殘留的空隙變成爾后升華水蒸氣的逸出通道。升華所需的熱量由以下幾種途徑得到：固體的傳導，輻射，氣體的對流。
產(chǎn)品升華時受以下幾個溫度限制：產(chǎn)品凍結部分的溫度應低于產(chǎn)品共溶點的溫度。產(chǎn)品干燥部分的溫度要低于其崩解溫度或容許的最高溫度（不燒焦或性變）。最高擱板溫度。
解析干燥（二次干燥）
第一階段干燥是將水以冰晶的形式除去，因此其溫度和壓力都必須控制在產(chǎn)品共溶點以下，才不使冰晶溶化。對于吸附水，由于其吸附能量高，如果不提供足夠的能量，水就不可能從吸附中解析出來。為了使解析出來的水蒸氣有足夠的推動力逸出產(chǎn)品，必須使產(chǎn)品內(nèi)外形成較大的蒸汽壓差，所以箱體內(nèi)要保持高真空。第二階段干燥后，產(chǎn)品殘余水分的含量一般可以控制在0.4%-4%之間。
文章來源：網(wǎng)絡
