真空冷凍幹燥法是液態→固態→氣態的過程。在凍幹過程中,溶質顆粒之間的“液態橋”已被凍成“固態橋”,兩顆粒間的相對位置已經被固定下來,並且兩顆粒之間不存在氣液界麵的表麵張力。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生變化,直至“固態橋”完全消失。
水和溶液的性質
水有三態,固態、液態、氣態。三種狀態可以相互轉化。對應 0 ℃ 、 610Pa 以下所有過程,隻要符合一定的條件都可成為升華過程 。物質有固、液、汽三態。物質的狀態與其溫度和壓力有關。水 (H2O )的狀態。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係。分別稱為溶化線、沸騰線、升華線。此三條曲線分成 I 、 II 、 III 三個區域,分別稱為固相區、液相區和氣相區。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。若水蒸汽的溫度高於其臨界溫度 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,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。若將冰麵的壓力保持低於 610Pa ,且給冰加熱,冰就會不經液相直接變成氣相,這一過程稱為升華。
溶液的冷凍幹燥過程
凍幹溶液一般都是配置成含固體物質4%-25%的稀溶液。溶液裏水的組成:
1、大部分水是以水分子的形式存在於溶液中的自由水。
2、少部分是吸附於固體物質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、固定於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。
凍幹的目的就是在低溫、真空環境中除去物質中的自由水和一部分吸附於固體晶格間隙中的吸附水。
凍幹過程步驟
預凍結:預凍是將溶液中的自由水固化,賦予幹後產品與幹燥前有相同的形態,防止抽空幹燥時起泡、濃縮、收縮和溶質移動等不可逆變化發生。
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冷(leng)卻(que)速(su)度(du)愈(yu)快(kuai),過(guo)冷(leng)溫(wen)度(du)越(yue)低(di),所(suo)形(xing)成(cheng)的(de)晶(jing)核(he)數(shu)量(liang)越(yue)多(duo),晶(jing)體(ti)來(lai)不(bu)及(ji)生(sheng)長(chang)就(jiu)被(bei)凍(dong)結(jie),形(xing)成(cheng)的(de)晶(jing)粒(li)數(shu)量(liang)越(yue)多(duo),晶(jing)粒(li)也(ye)細(xi)。冷(leng)卻(que)速(su)度(du)慢(man),形(xing)成(cheng)的(de)晶(jing)粒(li)數(shu)量(liang)越(yue)少(shao),晶(jing)粒(li)也(ye)粗(cu)大(da)。凍(dong)幹(gan)製(zhi)品(pin)升(sheng)華(hua)前(qian),必(bi)須(xu)凍(dong)結(jie)到(dao)一(yi)定(ding)的(de)溫(wen)度(du),這(zhe)個(ge)溫(wen)度(du)應(ying)設(she)在(zai)製(zhi)品(pin)的(de)共(gong)熔(rong)點(dian)以(yi)下(xia)10至20℃左(zuo)右(you),如(ru)不(bu)經(jing)過(guo)預(yu)凍(dong)直(zhi)接(jie)抽(chou)真(zhen)空(kong),當(dang)壓(ya)力(li)降(jiang)到(dao)一(yi)定(ding)程(cheng)度(du)時(shi),液(ye)體(ti)就(jiu)會(hui)被(bei)抽(chou)去(qu)。這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)也(ye)叫(jiao)蒸(zheng)發(fa),這(zhe)種(zhong)蒸(zheng)汽(qi)叫(jiao)做(zuo)不(bu)飽(bao)和(he)蒸(zheng)汽(qi),如(ru)果(guo)製(zhi)品(pin)凍(dong)結(jie)不(bu)實(shi)而(er)抽(chou)真(zhen)空(kong),液(ye)體(ti)中(zhong)的(de)氣(qi)體(ti)迅(xun)速(su)逸(yi)出(chu)而(er)引(yin)起(qi)“沸騰”的現象。製品如在“沸騰”中zhong凍dong結jie,有you部bu分fen可ke能neng逸yi出chu瓶ping外wai,引yin起qi藥yao物wu損sun失shi或huo使shi製zhi品pin表biao麵mian凹ao凸tu不bu平ping。由you此ci可ke見jian,共gong熔rong點dian的de溫wen度du是shi保bao證zheng產chan品pin正zheng常chang幹gan燥zao的de最zui安an全quan的de溫wen度du,隻zhi能neng比bi它ta低di,不bu能neng高gao於yu共gong溶rong點dian溫wen度du。
升華幹燥(一次幹燥)
將jiang凍dong結jie後hou的de產chan品pin置zhi於yu一yi閉bi的de真zhen空kong容rong器qi中zhong加jia熱re,其qi冰bing晶jing就jiu會hui升sheng華hua成cheng水shui蒸zheng氣qi逸yi出chu而er使shi產chan品pin脫tuo水shui幹gan燥zao。幹gan燥zao是shi從cong外wai表biao麵mian開kai始shi逐zhu步bu向xiang內nei推tui移yi的de,冰bing晶jing升sheng華hua後hou殘can留liu的de空kong隙xi變bian成cheng爾er後hou升sheng華hua水shui蒸zheng氣qi的de逸yi出chu通tong道dao。升sheng華hua所suo需xu的de熱re量liang由you以yi下xia幾ji種zhong途tu徑jing得de到dao:固體的傳導,輻射,氣體的對流。
產品升華時受以下幾個溫度限製:產品凍結部分的溫度應低於產品共溶點的溫度。產品幹燥部分的溫度要低於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。
解析幹燥(二次幹燥)
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