冷凍干燥的基本過(guò)程是怎么樣的呢？ 從凍干的基本概念，到發(fā)展歷史。從預(yù)凍、一次干燥、二次干燥以及其他輔助步驟，我們來(lái)詳細(xì)了解下。 1、冷凍干燥 冷凍干燥也叫凍干，是一個(gè)干燥過(guò)程，濕的產(chǎn)品先被冷凍成固體，隨后通過(guò)將其暴露在低的水分分壓下，溶劑直接通過(guò)升華變?yōu)闅庀?，整個(gè)過(guò)程不經(jīng)過(guò)液相。

凍干的英文“l(fā)yophilisation”，在希臘詞根中： Lyo = Solvent Philo = Friend Lyo=溶劑 Philo=友好

通過(guò)凍干獲得的干燥產(chǎn)品，具有很好地“溶劑親和性”

2、歷史 印加文明-在馬丘比丘的高山上存儲(chǔ)他們的馬鈴薯和其他食物。 1906-凍干技術(shù)應(yīng)用在血清和疫苗的保存上。 1909-基本的凍干（Shackell） 1937-雀巢開(kāi)始在巴西凍干咖啡 1939-1945-二戰(zhàn)，凍干用于保存血液制品。 1945-發(fā)明盤(pán)尼西林，凍干技術(shù)用于抗生素（Chain） 至今-用于生物技術(shù)、納米技術(shù)樣品、脂質(zhì)體、蛋白等

3、水的不同相

水的相圖和不同的干燥方法： 熱空氣干燥：溶劑在大氣壓和“高溫”下蒸發(fā)； 真空干燥：溶劑在“低”壓力和溫度下蒸發(fā)； 凍干：溶液先冷凍然后在真空下溶劑升華。

4、凍干過(guò)程（原理）

三相圖解釋了冰如何升華為水蒸氣： 1、 水在大氣壓下冷凍成固體；

2、 壓力降低到低于三相點(diǎn)以下；

3、 升高溫度冰升華為水蒸氣；

4、 升華的水蒸氣以冰的形式捕捉在冷阱里； 5、干燥結(jié)束后，被捕捉的冰融化成水排出； 5、凍干過(guò)程中的主要步驟 完全的冷凍：樣品獲得一個(gè)剛性的結(jié)構(gòu)，不發(fā)生變性、低溫濃縮或者其他化學(xué)變化； 真空干燥：去除溶劑（通常是水），分兩步進(jìn)行： 一次干燥，以升華的方式去除冰； 二次干燥 ，通過(guò)解吸干燥的方式去除殘余的水分； 最終條件：使得凍干的產(chǎn)品不會(huì)受環(huán)境濕度、氧氣、光照的影響，通常是在一定真空度的條件下。

6、水的變化

結(jié)合上圖，水在整個(gè)過(guò)程中經(jīng)歷了以下變化： 樣品在液體狀態(tài)下降溫； 可凝結(jié)性的水冷凍成冰； 溶質(zhì)開(kāi)始結(jié)晶； 無(wú)定型物質(zhì)濃縮，形成一個(gè)剛性的結(jié)構(gòu)； 冰升華； 吸附水和結(jié)合水以解析干燥的方式去除； 升華的水汽凝結(jié)在冷阱里； 冷阱里除霜排出。

7、過(guò)程 凍干是一個(gè)以升華的方式去除溶劑的干燥過(guò)程： 溶液冷凍到低于共晶點(diǎn)溫度或者關(guān)鍵溫度（通常是低于關(guān)鍵溫度10-15℃）； 溶劑晶體通過(guò)升華的方式去除； 剩余水分通過(guò)解析干燥的方式去除。

8、一個(gè)西林瓶的樣品，在中式及工業(yè)凍干設(shè)備中的過(guò)程

升華是在一個(gè)“面”上發(fā)生的過(guò)程，而不是整瓶樣品一起升華。 9、西林瓶?jī)?nèi)外不同位置的真空度

壓力差，是升華的主要?jiǎng)恿Α?10、凍干機(jī)的P&ID圖

作為凍干工藝摸索的研發(fā)人員，看懂上圖是屬于必須。 11、能量流

12、為什么要有真空？ 真空是讓凍干過(guò)程很好進(jìn)行的必要條件，凍干過(guò)程中需要對(duì)真空進(jìn)行控制以及通過(guò)控制真空把凍干過(guò)程控制在一個(gè)“合理”的速率。 預(yù)凍完成之后，系統(tǒng)將真空度降低到可以升華的真空數(shù)值； 升華開(kāi)始之后，真空泵只負(fù)責(zé)： 補(bǔ)償設(shè)備泄露氣體； 移除產(chǎn)品中的不可凝結(jié)性氣體； 補(bǔ)償滲氣閥進(jìn)入的氣體。 羅茨泵可以使得抽真空速率更快以及達(dá)到一個(gè)更低的真空度 13、干燥速度 干燥速度通常為1mm/ h: 一個(gè)12-13mm高度的產(chǎn)品，完成整個(gè)凍干過(guò)程通常需要20-24小時(shí)（包含上料、下料、預(yù)凍、二次干燥和壓塞時(shí)間） 散裝產(chǎn)品干燥速度比西林瓶樣品慢（沒(méi)有瓶壁帶來(lái)的額外傳熱）。每個(gè)裝載面積上的產(chǎn)品更多，也容易使得冷阱過(guò)載； 理論上說(shuō)，升華從上往下平行進(jìn)行。實(shí)際因?yàn)閭鳠岬脑?，是從上往下同時(shí)從外往里進(jìn)行。

14、濃度 樣品初始濃度通常為3-15%之間： 濃度低于2%，則需要加入額外賦形劑，不然很難形成蛋糕狀； 濃度太高，升華通道不順暢。升華界面蒸氣壓容易升高，從而導(dǎo)致升華界面溫度升高。帶來(lái)塌陷和融化的風(fēng)險(xiǎn)。 樣品裝載量通常不會(huì)高于西林瓶容量的一半，以利于重建。