真空冷凍干燥也叫凍干,就是采用低溫凍結(jié),低溫升華的方法進行干燥的,整個干燥過程溫度是關(guān)鍵的控制點。凍干法由于具有很多優(yōu)點,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)點很多,凍干工藝原理簡單,但是實際控制過程難以控制,所以了解清楚凍干的工藝,凍干的原理,凍干的機器設(shè)備,凍干原料的特點及凍干的配套設(shè)備等整個凍干流程相關(guān)的知識是非常關(guān)鍵的,而在這些里面牽扯5個關(guān)鍵溫度,對做凍干非常關(guān)鍵,了解和清楚的獲得制品的關(guān)鍵溫度,對于凍干的整個控制就得心應(yīng)手。
THE first 關(guān)鍵溫度是共晶點溫度,和共晶點溫度相關(guān)的還有冰點。冰點就是物質(zhì)的結(jié)冰點,開始結(jié)冰的溫度叫做冰點溫度。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,不是在某一個溫度點一下子全部變成固體狀態(tài),是先出現(xiàn)冰點,在冰點,the first 種成分開始結(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,這個溫度叫共晶點溫度,也就是到了共晶點溫度,所有的成分都變成固體。因此共晶點溫度是一個關(guān)鍵溫度,只有凍結(jié)到共晶點溫度以下,才能保證制品凍實,所有的水分凝結(jié),全部變成固體狀態(tài)。
第二個關(guān)鍵溫度是共熔點溫度,共熔點溫度是和共晶點溫度相反的過程。共晶點溫度是隨著溫度的降低逐步出現(xiàn)的,是伴隨降溫的過程,而共熔點的溫度是一個升溫的過程,當(dāng)隨著制品的溫度逐步升高,當(dāng)制品中the first成分開始出現(xiàn)融化的溫度點叫做共熔點溫度。共熔點溫度是物質(zhì)的融化開始點,從這個點開始有液體出現(xiàn),因此這個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)。
第三個溫度是玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度Tg,這個溫度是指的常溫的含水量低于20%的制品的一個玻璃轉(zhuǎn)變溫度,是保證物質(zhì)儲存的一個關(guān)鍵溫度,也就是在儲存過程中物質(zhì)的溫度不能高于他的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度Tg。這個玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度Tg不是一個固定值,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,這個溫度越高,在室溫下存儲越安全。但是含稅量越低,獲得凍干制品需要的時間越長。因此凍干終水分含量需要結(jié)合經(jīng)濟效益和儲存長短,工藝難易程度進行綜合確定,一般5%以下。
第四個關(guān)鍵溫度是玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度Tg’,這個是高含水量的物質(zhì)在凍結(jié)過程中出現(xiàn)玻璃態(tài)的溫度。這個溫度也不是一個固定值,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)才會有玻璃轉(zhuǎn)變溫度。
第五個關(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,剛性結(jié)構(gòu)的骨架不足以支撐其強度,開始出現(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,否則就會造成物質(zhì)塌陷,升華干擾。
這五個溫度非常關(guān)鍵,因此準(zhǔn)確的獲得其關(guān)鍵溫度對凍干的幫助非常大,其中共熔點溫度和共晶點溫度是可以通過共晶點測試儀,差式掃描量熱法(DSC)、低溫顯微鏡直接觀察法、數(shù)字公式計算法獲得,其中共晶點測試儀相對來說價格便宜,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,可能測得數(shù)值會有偏差,而DSC一般比較貴,如果有條件可以買這個儀器,也可以送樣檢測。玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度Tg和Tg’可以通過差式掃描量熱法(DSC)、差熱分析(DTA)獲得,而塌陷溫度要通過凍干顯微鏡觀察獲得。不具備測量條件的可以找配套的凍干顯微鏡及DSC常見進行測量。