使用低溫冷凍干燥機(jī)前的幾個(gè)重要概念普及

       低溫冷凍干燥機(jī)改變了過(guò)去干燥過(guò)程的繁瑣操作，防止了物料的污染，實(shí)現(xiàn)了干燥升華的自動(dòng)化，適用于中試或小批量生產(chǎn)。

　　新手在使用低溫冷凍干燥機(jī)前必須了解以下概念：

　　1.共晶溫度：

　　當(dāng)溶液達(dá)到某一溫度或溫度區(qū)域時(shí)，其液態(tài)和所形成的固態(tài)中的組分完全相同，這時(shí)的溶液稱(chēng)為共晶溶液，這時(shí)的溫度或溫度區(qū)間稱(chēng)為該溶液的共晶點(diǎn)或共晶區(qū)，也稱(chēng)為完全固化溫度，它是產(chǎn)品在冷卻過(guò)程中從液態(tài)結(jié)束轉(zhuǎn)向固態(tài)的較高溫度。

　　溶液在凍結(jié)過(guò)程中，需過(guò)冷到冰點(diǎn)以下，形成過(guò)冷液體，其內(nèi)部產(chǎn)生晶核以后，自由水才開(kāi)始以純冰的形式結(jié)晶，同時(shí)放出結(jié)晶熱（如果有溫度探頭檢測(cè)，會(huì)見(jiàn)到溫度會(huì)上升），使其溫度上升到冰點(diǎn)，隨著晶體的生長(zhǎng)，溶液濃度增加，當(dāng)濃度到達(dá)共晶濃度，溫度下降到共晶點(diǎn)以下時(shí)，溶液就全部?jī)鼋Y(jié)，形成晶體結(jié)構(gòu)。

　　2.塌陷溫度：

　　凍干時(shí)，干燥層溫度上升到一定數(shù)值時(shí)，物料中的冰晶消失，原先為冰晶所占據(jù)的空間成為空穴，因此凍干層呈多孔蜂窩狀海綿體結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)與溫度有關(guān)。當(dāng)蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的固體基質(zhì)溫度較高時(shí)，其剛性降低。當(dāng)溫度達(dá)到某一臨界值時(shí)，固體基質(zhì)的剛性不足以維持蜂窩狀結(jié)構(gòu)，空穴的固形物基質(zhì)壁將發(fā)生塌陷，原先蒸汽擴(kuò)散的通道被封閉，此臨界溫度稱(chēng)為凍干物料的崩潰溫度或塌陷溫度。

　　3.玻璃化轉(zhuǎn)變溫度：

　　凍干過(guò)程的玻璃化溫度指較大凍結(jié) 濃縮液的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。在無(wú)定型結(jié)構(gòu)材料中，原子、離子或分子的排列是無(wú)規(guī)則的。因?yàn)樵趦鼋Y(jié)過(guò)程中隨著冰晶的析出，剩余溶液的濃度逐漸增加，當(dāng)達(dá)到一定濃度時(shí)，剩余的水分不再結(jié)晶，此時(shí)的溶液達(dá)到較大凍結(jié)濃縮狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的溫度稱(chēng)為較大凍結(jié)濃縮液的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。絕大部分制品是無(wú)定型結(jié)構(gòu)，小部分制品是晶體結(jié)構(gòu)，或者是混合結(jié)構(gòu)。除了與制品配方有關(guān)外，何種結(jié)構(gòu)，還與預(yù)凍溫度和速度有關(guān)。

　　在Tg’溫度下預(yù)凍，形成無(wú)定型結(jié)構(gòu)；

　　在Tg’溫度以上，在Te溫度以下預(yù)凍，就形成了晶體結(jié)構(gòu)。

　　晶體結(jié)構(gòu)可以更快和更容易凍干，但穩(wěn)定性稍差，溶解性稍差；

　　無(wú)定型結(jié)構(gòu)凍干比較難，但穩(wěn)定性好，溶解性好。

　　一般情況，塌陷溫度（Tc） > 比共晶點(diǎn)溫度（Te）> 玻璃化溫度Tg’。

　　多數(shù)情況下，塌陷溫度（Tc）要比玻璃化溫度Tg’高20K左右。

　　凍干制品升華前，必須凍結(jié)到一定的溫度，這個(gè)溫度應(yīng)設(shè)在制品的凝固溫度以下10至20℃左右。

　　該凝固溫度，主要取決于樣品凍干過(guò)程中需要固化的狀態(tài),是晶體結(jié)構(gòu)還是無(wú)定型結(jié)構(gòu)。

　　晶體結(jié)構(gòu)，對(duì)應(yīng)的溫度為T(mén)e；

　　無(wú)定型結(jié)構(gòu)，對(duì)應(yīng)的溫度是Tg。