1. Frysing av produkter
Når oppløsningen raskt fryses (temperaturen synker med 10 ~ 50 ° Cper minutt), holder krystalllittene størrelsen synlig under mikroskopet; Tvert imot, når de fryses sakte (1°C/ min), er krystallene som dannes synlige for det blotte øye. Grove krystaller etterlater et stort gap i sublimering, noe som kan forbedre effektiviteten av frysetørking. Fine krystaller etterlater et lite gap etter sublimering, noe som hindrer sublimering av det nedre laget. De ferdige partiklene som produseres ved rask frysing er fine, med fordelene av uniform i utseende, store i bestemt overflateareal, god i porøs struktur, rask i oppløsning og relativt sterkere i fuktighetsabsorpsjon av de ferdige produktene. Narkotika er forfryst i frysetørker på to måter: en er at produktene avkjøles i tørkeovnen samtidig; Den andre er å vente på at tørkeboksens hylle skal avkjøles til ca. -40 °C og deretter sette inn produktet. Førstnevnte tilsvarer langsom frysing, mens sistnevnte er mellom rask frysing og langsom frysing, så det brukes ofte til å ta hensyn til frysetørkingseffektivitet og produktkvalitet. Ulempen med denne metoden er at når produktet legges i esken, vil vanndampen i luften kondensere på hyllen raskt. Men i det tidlige stadiet av sublimering, hvis temperaturen på hyllen stiger raskere, er det mulig å overskride kondensatorens normale belastning på grunn av sublimering av store områder. Dette fenomenet er spesielt uttalt om sommeren. Frysing av produktet er i statisk tilstand. Erfaring har vist at fenomenet superkjøling er lett å oppstå, noe som vil føre til at produkttemperaturen når det eutektiske punktet, men løsningsmiddelet er fortsatt ikke krystallisert. For å overvinne superkjølingsfenomenet, bør frysetemperaturen til produktet være lavere enn et område under eutektisk punkt, og det bør holdes i en periode til produktet er frosset helt.
2. Betingelser og hastighet på sublimering
Sublimering kan starte når isens metningsdamptrykk ved en viss temperatur er høyere enn det delvise trykket på vanndampen i omgivelsene; Suge og fangst av vanndamp av kondensatoren som er lavere enn produkttemperaturen, er den nødvendige betingelsen for å opprettholde sublimeringen. Avstanden som reises av en gass mellom to påfølgende kollisjoner kalles den gjennomsnittlige frie banen, som er omvendt proporsjonal med trykket. Under normalt trykk er det små og sublimerte vannmolekyler kolliderer med gassen enkelt og går deretter tilbake til overflaten av dampkilden, så hastigheten på sublimering er veldig langsom. Etter hvert som trykket synker under 13,3 T, øker den gjennomsnittlige frie banen med 105 ganger, noe som gjør sublimeringshastigheten betydelig raskere. Vannmolekylene som flyr ut endrer sjelden sine egne aspekter, og danner dermed en retningsbestemt dampstrøm. Vakuumpumpen spiller rollen som å fjerne gass i frysetørkeren for å opprettholde det lave trykket som er nødvendig for sublimering. 1 gram vanndamp er 1,25 L ved normalt trykk, men det utvides til 10.000 L ved 13.3Pa. Det er umulig for vanlige vakuumpumper å pumpe et så stort volum i en enhetstid. Faktisk danner kondensatoren en spesiell vakuumpumpe for å fange vanndamp. Temperaturen på produksjon og kondens er vanligvis -25 °C og -50 °C. Ved denne temperaturen er det mettede damptrykket av is henholdsvis 63,3Pa og 1,1Pa, noe som skaper en betydelig trykkforskjell mellom sublimeringsoverflaten og kondensoverflaten. Hvis det delvise trykket av ikke-kondenserbar gass i systemet kan overses på dette tidspunktet, vil det fremme vanndampen sublimert fra produktet for å nå overflaten av kondensatoren retningsmessig med en viss strømningshastighet og danner frost. Den sublimeringsvarmen av is er ca. 2822J/ g. Hvis sublimeringsprosessen ikke leverer varme, kan produktet bare redusere sin indre energi for å kompensere for sublimeringsvarmen til temperaturen tilsvarer kondensatorens temperatur og deretter vil sublimeringen stoppe. Tilstrekkelig varme tilføres produktet for å opprettholde temperaturforskjellen mellom sublimering og kondensering.
3. Sublimeringsprosess
I den første fasen av oppvarming (masse sublimeringsstadium) bør produkttemperaturen være lavere enn det eutektiske punktet med et område. Derfor bør hylletemperaturen kontrolleres. Hvis produktet har blitt tørket delvis, men temperaturen overstiger sitt eutektiske punkt, vil produktet smelte på dette tidspunktet. På dette tidspunktet er smeltet væske mettet med is, men ikke med løsning, så den tørkede løsningsmiddelet vil oppløses raskt inn i den, og til slutt konsentrere seg i en tynn frossen blokk, som har et dårlig utseende og en dårlig oppløsningshastighet. Hvis produktet smelter på det senere stadiet av sublimering, vil det bli absorbert av det tørre porøse faste på grunn av den lille mengden smeltet væske, noe som fører til at klumpen blir skadet etter lyofilisering, og oppløsningshastigheten kan også bli funnet å være treg når du tilsetter vann for oppløsning. I prosessen med sublimering, selv om temperaturen på hylle og produkt er ganske forskjellig, er temperaturen på plate, kondensator og vakuum i utgangspunktet uendret. Så sublimeringsvarmeabsorpsjonen er relativt stabil og produkttemperaturen er relativt konstant. Etter hvert som produktet tørker fra topp til bunn, øker motstanden til isunderlimering gradvis. Produkttemperaturen vil også stige litt tilsvarende til iskrystallene er usynlige for det blotte øye. På dette tidspunktet er mer enn 90% av vannet fjernet. Så langt er prosessen med sublimering i utgangspunktet avsluttet. For å sikre sublimering av hele esken med produkter, må hylletemperaturen fortsatt holdes i ett stadium før den andre fasen av oppvarmingen. Den resterende prosentandelen vann kalles restvann, som er forskjellig fra fritt vann i fysiske og kjemiske egenskaper. Restvann inkluderer kjemisk kombinert vann og fysisk kombinert vann, for eksempel krystallisering av kombinert krystallvann, vannet bundet av protein gjennom hydrogenbindinger, og vannet adsorbert på fast overflate eller kapillær. Mettet damptrykk av gjenværende vann reduseres i forskjellige grader på grunn av motstanden av en viss tyngdekraft, slik at tørkehastigheten reduseres åpenbart. Selv om det å øke temperaturen på produktet kan fremme gassifisering av restvann, hvis det overskrider en viss temperatur, kan den biologiske aktiviteten også falle kraftig. Den høyeste tørketemperaturen for å sikre sikkerheten til produktene bør bestemmes av eksperimenter. Vanligvis, i andre fase, er platetemperaturen ca. 30 °C og holdt konstant. I begynnelsen av dette stadiet stiger temperaturen på produktet raskt etter hvert som platetemperaturen øker og restvannet fordampes mindre. Men når produkttemperaturen gradvis nærmer seg platetemperaturen, blir varmeledningen langsommere, og det tar lang tid å vente tålmodig. Praktisk erfaring viser at tørketiden for gjenværende vann er nesten lik sublimeringstiden, og noen ganger overstiger den til og med.
4. Lyofiliseringskurve
Lyofiliseringskurven oppnås ved å registrere temperaturendringen på hyllen og temperaturen på produktet i henhold til tidsendringen. Den typiske lyofiliseringskurven deler hylletemperaturen i to trinn. Hylletemperaturen holdes lav under masseunderdanning, som generelt kan kontrolleres mellom -10 °C og 10 °C i henhold til den faktiske situasjonen. I andre fase vil hylletemperaturen økes i henhold til produktegenskapene på riktig måte. Denne metoden er egnet for produkter med lavt smeltepunkt. Hvis produktets ytelse er ukjent og ytelsen til maskinen er dårlig eller arbeidet ikke er stabilt nok, er det tryggere å bruke denne metoden. Hvis produktets eutektiske punkt er høyt, kan vakuumgraden til systemet opprettholdes godt, og kondensatorens kjølekapasitet er tilstrekkelig, kan den enkelte oppvarmingshastigheten vedtas for å øke hylletemperaturen til maksimal tillatt temperatur til lyofiliseringen er ferdig. Det er imidlertid også nødvendig å sikre at temperaturen på produktet under masse sublimering ikke bør overstige det eutektiske punktet. Hvis produktet er ustabilt å varme, bør den andre trinns platetemperaturen ikke være for høy. For å forbedre sublimeringshastigheten i første fase, kan hylletemperaturen økes til over den maksimale tillatte temperaturen på produktet på en gang; Når masse sublimeringsstadiet i utgangspunktet er ferdig, senkes hylletemperaturen til maksimal tillatt temperatur. Selv om de to sistnevnte metodene har forbedret hastigheten på masseunderlimering, vil anti-interferensevnen reduseres tilsvarende, og den plutselige reduksjonen av vakuumgrad og kjølekapasitet eller strømbrudd kan smelte produktene. En rimelig og fleksibel tilnærming til den første metoden er en stadig mer vanlig metode som brukes i dag.