真空冷凍干燥也叫凍干,就是采用低溫凍結(jié),低溫升華的方法進(jìn)行干燥的,整個(gè)干燥過(guò)程溫度是關(guān)鍵的控制點(diǎn)。凍干法由于具有很多優(yōu)點(diǎn),而被廣泛應(yīng)用于制藥,生物,化工,材料,美容,食品等眾多行業(yè)。凍干優(yōu)點(diǎn)很多,凍干工藝原理簡(jiǎn)單,但是實(shí)際控制過(guò)程難以控制,所以了解清楚凍干的工藝,凍干的原理,凍干的機(jī)器設(shè)備,凍干原料的特點(diǎn)及凍干的配套設(shè)備等整個(gè)凍干流程相關(guān)的知識(shí)是非常關(guān)鍵的,而在這些里面牽扯5個(gè)關(guān)鍵溫度,對(duì)做凍干非常關(guān)鍵,了解和清楚的獲得制品的關(guān)鍵溫度,對(duì)于凍干的整個(gè)控制就得心應(yīng)手。
THE first 關(guān)鍵溫度是共晶點(diǎn)溫度,和共晶點(diǎn)溫度相關(guān)的還有冰點(diǎn)。冰點(diǎn)就是物質(zhì)的結(jié)冰點(diǎn),開(kāi)始結(jié)冰的溫度叫做冰點(diǎn)溫度。由于凍干溶液不是純物質(zhì),都是混合物,所以凍干溶液的結(jié)冰是逐步的,不是在某一個(gè)溫度點(diǎn)一下子全部變成固體狀態(tài),是先出現(xiàn)冰點(diǎn),在冰點(diǎn),the first 種成分開(kāi)始結(jié)冰,隨著溫度的降低,溶液逐步凍結(jié),當(dāng)全部溶液都變成固體時(shí),這個(gè)溫度叫共晶點(diǎn)溫度,也就是到了共晶點(diǎn)溫度,所有的成分都變成固體。因此共晶點(diǎn)溫度是一個(gè)關(guān)鍵溫度,只有凍結(jié)到共晶點(diǎn)溫度以下,才能保證制品凍實(shí),所有的水分凝結(jié),全部變成固體狀態(tài)。
第二個(gè)關(guān)鍵溫度是共熔點(diǎn)溫度,共熔點(diǎn)溫度是和共晶點(diǎn)溫度相反的過(guò)程。共晶點(diǎn)溫度是隨著溫度的降低逐步出現(xiàn)的,是伴隨降溫的過(guò)程,而共熔點(diǎn)的溫度是一個(gè)升溫的過(guò)程,當(dāng)隨著制品的溫度逐步升高,當(dāng)制品中the first成分開(kāi)始出現(xiàn)融化的溫度點(diǎn)叫做共熔點(diǎn)溫度。共熔點(diǎn)溫度是物質(zhì)的融化開(kāi)始點(diǎn),從這個(gè)點(diǎn)開(kāi)始有液體出現(xiàn),因此這個(gè)溫度是升華階段晶體類物質(zhì)允許的zui高溫度,必須保證制品低于這個(gè)溫度,才是安全的升華,否則就變成了蒸發(fā)或者沸騰出現(xiàn)。
第三個(gè)溫度是玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度Tg,這個(gè)溫度是指的常溫的含水量低于20%的制品的一個(gè)玻璃轉(zhuǎn)變溫度,是保證物質(zhì)儲(chǔ)存的一個(gè)關(guān)鍵溫度,也就是在儲(chǔ)存過(guò)程中物質(zhì)的溫度不能高于他的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度Tg。這個(gè)玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度Tg不是一個(gè)固定值,他的高低與含稅量有關(guān),含水量多,Tg低,含水量低,Tg高,因此凍干的越干,這個(gè)溫度越高,在室溫下存儲(chǔ)越安全。但是含稅量越低,獲得凍干制品需要的時(shí)間越長(zhǎng)。因此凍干終水分含量需要結(jié)合經(jīng)濟(jì)效益和儲(chǔ)存長(zhǎng)短,工藝難易程度進(jìn)行綜合確定,一般5%以下。
第四個(gè)關(guān)鍵溫度是玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度Tg’,這個(gè)是高含水量的物質(zhì)在凍結(jié)過(guò)程中出現(xiàn)玻璃態(tài)的溫度。這個(gè)溫度也不是一個(gè)固定值,其數(shù)值與配方,與凍結(jié)工藝有關(guān),一般預(yù)凍速度越快,玻璃轉(zhuǎn)變溫度越低,獲得這種穩(wěn)定的玻璃態(tài)越難。玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度是非晶體類物質(zhì)具有的一個(gè)溫度,如果是純晶體態(tài),在一般的低溫是找不到玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度Tg’的,只有非??斓念A(yù)凍速度才能出現(xiàn)玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變,因此玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變只有成分中有非晶體態(tài)物質(zhì)才會(huì)有玻璃轉(zhuǎn)變溫度。
第五個(gè)關(guān)鍵溫度是塌陷溫度也叫崩解溫度,就是隨著升華的不斷進(jìn)行,已干燥部分形成剛性的骨架結(jié)構(gòu),當(dāng)溫度繼續(xù)升高時(shí),剛性結(jié)構(gòu)的骨架不足以支撐其強(qiáng)度,開(kāi)始出現(xiàn)塌陷的現(xiàn)象,塌陷之后就堵塞了升華的通道,造成升華緩慢,或者升華中斷,導(dǎo)致制品的外觀不達(dá)標(biāo),成分不合格,因此塌陷溫度是干燥部分能夠承受的zui高溫度,必須保證干燥部分的溫度不超其塌陷溫度,否則就會(huì)造成物質(zhì)塌陷,升華干擾。
這五個(gè)溫度非常關(guān)鍵,因此準(zhǔn)確的獲得其關(guān)鍵溫度對(duì)凍干的幫助非常大,其中共熔點(diǎn)溫度和共晶點(diǎn)溫度是可以通過(guò)共晶點(diǎn)測(cè)試儀,差式掃描量熱法(DSC)、低溫顯微鏡直接觀察法、數(shù)字公式計(jì)算法獲得,其中共晶點(diǎn)測(cè)試儀相對(duì)來(lái)說(shuō)價(jià)格便宜,比較容易獲得,但是可能由于配方不同或者工藝控制的不嚴(yán)格,可能測(cè)得數(shù)值會(huì)有偏差,而DSC一般比較貴,如果有條件可以買這個(gè)儀器,也可以送樣檢測(cè)。玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度Tg和Tg’可以通過(guò)差式掃描量熱法(DSC)、差熱分析(DTA)獲得,而塌陷溫度要通過(guò)凍干顯微鏡觀察獲得。不具備測(cè)量條件的可以找配套的凍干顯微鏡及DSC常見(jiàn)進(jìn)行測(cè)量。