凍干技術(shù)是一種特殊干燥技術(shù),凍干技術(shù)的原理是依據水3相變化。水(H2O)的3相為固體、液體和汽態(tài),水三相中間既能并存又可以互相變換。
關(guān)鍵在于冷凍,水溶液冷凍時(shí)(每分減溫10~50℃),晶體維持在顯微鏡下由此可見(jiàn)大;反過(guò)來(lái)慢凍時(shí)(1℃/分),所形成的結晶體可觀(guān)測。粗晶在升華留有比較大的間隙,能提高干凍效率,細晶在升華后留有間隙比較小,使下一層升華遇阻,速學(xué)凍的制成品顆粒細致,外型勻稱(chēng),比表面積,多孔材料好,融解速度更快,便成品引濕性相對性也要好些。
藥物在凍干機中預凍在兩種形式:一種是制品與烘干箱與此同時(shí)減溫;另一種是待烘干箱擱板減溫至-40℃上下,然后將制品放進(jìn)。前面一種等同于慢凍,后面則在冷凍與慢凍中間,因此經(jīng)常被選用,以兼具干凍高效率與產(chǎn)品品質(zhì)。此方法的主要缺點(diǎn)制品入箱時(shí),空氣中水蒸氣將快速地凝固在擱板上,但在升華前期,若板提溫迅速,因為大面積升華將有可能會(huì )超過(guò)凝結器正常的負載。
此狀況在夏天尤其明顯。制品的凍潔處在靜息狀態(tài)。工作經(jīng)驗證實(shí),低溫狀況很容易發(fā)生至使制品溫度雖已做到共晶點(diǎn)。但溶液仍不能結晶體,為了能擺脫低溫狀況,制品凍潔的溫度應小于共晶點(diǎn)下列一個(gè)范疇,并需維持一段時(shí)間,待制品徹底凍潔。 再有就是升華的前提條件與速率,冰在一定溫度中的飽和蒸氣壓超過(guò)環(huán)境中的水蒸氣分壓電路時(shí)即可進(jìn)行升華;比制品溫較低的凝結器對水蒸氣的吸脂與捕捉功效,乃是維護保養所必須的標準。汽體分子結構在2次持續撞擊中間所走之間的距離稱(chēng)之為真空磁導率,它與壓力反比。在大氣壓下,其值不大,升華的水分非常容易與汽體撞擊又回到蒸汽源表層,因此升華速率很慢。 伴隨著(zhù)工作壓力減少13.3Pa,真空磁導率擴大105倍,使升華速率明顯加速,飛出的水分非常少的改變自己層面,進(jìn)而構成了定項的蒸汽流。機械泵在凍干機中起到抽除永久性汽體的功效,以保障升華所必須的低電壓強。1g水蒸氣在自然壓下以1.25L但在13.3Pa的時(shí)候卻澎漲為10000升,普通機械泵在公司期限內抽除這般大量容積根本不可能。凝結器事實(shí)上構成了專(zhuān)業(yè)收集水蒸氣的機械泵。制品與凝聚的溫度一般為-25℃與-50℃。冰在這個(gè)溫度中的飽和蒸氣壓分別是63.3Pa與1.1Pa,因此在升華面與冷疑面中間便形成了一個(gè)非常大的壓差,如果這時(shí)系統中的不凝性氣體分壓電路忽略不計,這將促進(jìn)制品升華出的水蒸氣,以一定的流動(dòng)速度定項地到達凝結器表層結為寒霜。冰的升華熱大約為2822J/克,假如升華全過(guò)程不提供發(fā)熱量,那么制品僅有減少可以來(lái)賠償升華熱,直到其溫度與凝結器溫度均衡后,升華可能就暫停了。為保持升華與冷疑的溫度差,一定要對制品給予充足熱量。 進(jìn)到升華全過(guò)程,在加熱的第一階段(很多升華環(huán)節),制品溫度要小于其共晶點(diǎn)一個(gè)范疇。因而擱板溫要加以控制,若制品早已一部分干躁,但溫度卻超過(guò)其共晶點(diǎn),這時(shí)將產(chǎn)生制品溶化狀況,而這時(shí)融化的液態(tài),對冰飽和狀態(tài),對溶液卻并未飽和狀態(tài),因此干燥溶液將快速融解進(jìn)來(lái),最終萃取成一薄僵塊,外形極其欠佳,融解速率比較差,若制品的溶化出現于很多升華中后期,則由于融化的液態(tài)總數偏少,因此被干燥孔性固態(tài)所消化吸收,產(chǎn)生干凍后小塊物有所破損,放水融解后仍能夠發(fā)現融解速率比較慢。在很多升華全過(guò)程,盡管擱板和制品溫度也有很大差距,但是由于板溫、凝結器溫度和真空泵溫度基本上不會(huì )改變,因此升華吸熱反應相對穩定,制品溫度相對性穩定。伴隨著(zhù)制品由上而下逐層干躁,冰面升華的壓力逐步增加。制品溫度相對應還會(huì )小幅度升高。 直到用人眼已跟不上冰霜的出現。這時(shí)90%之上水分已去除。很多升華的一個(gè)過(guò)程到此已經(jīng)基本完畢,為了保證成箱制品很多升華結束,板溫還需維持一個(gè)階段之后再進(jìn)行第二階段的加熱。剩下百分之幾十水分稱(chēng)殘留水份,它和自由狀態(tài)水在物理學(xué)特性上各有不同,殘留水份涵蓋了化學(xué)結合之水與物理學(xué)融合之水,例如結合的羧基結晶體、蛋白根據共價(jià)鍵相結合的水及其固態(tài)表層或毛細血管中吸附等。因為殘留水份遭受某類(lèi)吸引力的桎梏,其飽和蒸氣壓乃是一定程度的減少,因此干躁速率明顯下降。盡管提升制品溫度推動(dòng)殘留水分汽化,但是若超出某極限值溫度,生理活性也有可能驟降。確保制品安全最大干躁溫度需要由試驗來(lái)決定。 一般大家在第二階段將板溫30℃上下,并維持穩定。在這一階段前期,因為板溫高,殘留水份少又不容易汽化,因而制品溫度升高迅速。但是隨著(zhù)制品溫度與板溫慢慢看齊,導熱變得更加遲緩,必須耐心的等待很長(cháng)的一段時(shí)間,社會(huì )經(jīng)驗說(shuō)明,殘留水份干燥時(shí)間和很多升華的時(shí)間也基本上相同有時(shí)候而且還會(huì )超出! 最終,將擱板溫度與制品溫度隨時(shí)間變化記下來(lái),就可以獲得凍干曲線(xiàn)。較為最典型的凍干曲線(xiàn)系將擱板提溫分成兩階段,在很多升華時(shí)擱板溫度維持比較低,結合實(shí)際情況,一般可保持在-10至10中間。 第二階段則按照制品特性將擱板溫度適度提高,此方法適用其溶點(diǎn)相對較低的制品。若對制品性能尚不太清楚,設備特性較弱或者其工作中不足平穩時(shí),用此方法都比較妥當。假如制品共晶點(diǎn)比較高,全面的真空值也可以保持穩定,凝結器的冷卻水平充足,則也可以采用一定的升溫速率,將擱板溫度上升至許可的最大溫度,直到干凍完畢,卻也需確保制品在很多升華后的溫度不能超過(guò)共晶點(diǎn)。若制品對熱不穩,則第二階段板溫不適合太高。 為了保證第一階段的升華速率,可將擱板溫度一次上升至制品許可的最大溫度之上;待很多升華環(huán)節基本上結束后,然后將板溫降到許可的最大溫度,這后兩種形式盡管使大量升華速率有一些提升,但是其抗干擾性能力相對應減少,真空值和致冷的能力忽然減少或斷電都可能會(huì )讓制品溶化。有效而靈活把握第一種方法,仍然是現階段較常見(jiàn)的方法。 當水飽和蒸汽壓超過(guò)6.105×10-4MPa時(shí),冰會(huì )溶化為水,水再揮發(fā)為水蒸氣,即是蒸發(fā)過(guò)程;當水飽和蒸汽壓低于6.105×10-4MPa,冰加溫升華為水蒸氣,即是升華全過(guò)程。真空冷凍干燥機就是通過(guò)了水改變這一基本原理,低溫干燥是把原材料急冷至-30~-40℃,可以使原材料中的大多數水份凍結成冰,隨后給予低溫熱源,在真空泵環(huán)境下,冰被升華為水蒸氣,從而使得原材料做到脫水干燥的效果。 一般干躁所獲得的商品一般都存有容積變小、材質(zhì)發(fā)硬問(wèn)題,容易揮發(fā)成分絕大多數會(huì )虧損掉,一些熱敏性物質(zhì)的產(chǎn)生轉性、失去活性,有一些化學(xué)物質(zhì)乃至出現了空氣氧化。在特性上有非常大的區別。由于真空凍干機其與傳統加熱方法不一樣,加溫干躁只產(chǎn)生一個(gè)從“液態(tài)→汽體”的改變,而凍干技術(shù)則需經(jīng)過(guò)2次改變,從“液態(tài)→固態(tài)”的變形,再經(jīng)升華“固態(tài)→汽體”的改變。因此,經(jīng)凍干技術(shù)處理原材料呈多孔結構、松散構造,具備更加好的復水性,方便后期生產(chǎn)加工處理立即服用。 且冷凍式干燥機適用范圍非常廣泛性,無(wú)毒性含水分的所有物件都可以使用凍干技術(shù),用于藥業(yè)、微生物制品、食品類(lèi)、活性成分等各大行業(yè),其運用經(jīng)營(yíng)規模還在持續迅速擴張。