冷冻干燥的奥秘:冻干过程
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冷冻干燥的奥秘:冻干过程
冷冻干燥机(冻干机)由制冷系统、真空系统、加热系统、电器仪表控制系统所组成。主要部件为干燥箱、凝结器、冷冻机组、真空泵、加热/冷却装置等。冷冻干燥简称冻干,就是将含水物质,先冻结成固态,而后使其中的水分从固态升华成气态,以除去水分而保存物质的方法。冻干机起源于19世纪20年代的真空冷冻干燥技术经历了几十年的起伏和徘徊后,在最后的20年中取得了长足进展。进入21世纪,真空冻干技术凭借其它干燥方法无法比拟的优点,越来越受到人们的青睐,除了在医药、生物制品、食品、血液制品、活性物质领域得到广泛应用外,其应用规模和领域还在不断扩大中。为此,真空冷冻干燥必将成为21世纪的重要应用技术。
作为一般概念来讲,冻干技术实际上已经有几百年的历史了。古代的秘鲁印加人将安第斯山脉的峰顶作为天然的食物保存处。在高海拔下,温度和气压都极低,这种防止食物变质的方法与现代冷冻干燥机和冰箱冻结室如出一辙。这是低科技含量的冻干法之一。
冻干技术的基本原理是升华——从固态直接转化成气态。跟蒸发一样,升华也是当一个分子吸收了足够的能量后,从周围的分子中脱离开来的过程。如果水分子获得了使之脱离的足够能量,同时周围的环境又不容许液态水存在,那么水就会由固态(冰)升华为气态(水蒸气)。
某种物质会处于什么状态(固态、液态或者气态)主要由两个因素决定:热量和大气压。只有当温度和压强在特定范围内时,一种物质才会处于某一特定状态。如果这些条件不能满足,这种物质就不会以该状态存在。
这就是冷冻干燥机的原理。典型的冷冻干燥机由冷冻干燥仓(带有与加热部件相连的多个架子)、与制冷压缩机相连的制冷线圈和真空泵三部分组成。
可以知道,如果温度在海平面冰点(0摄氏度)和海平面沸点(100摄氏度)之间,水在海平面(压强为1个标准大气压)状态下就为液态。但是如果温度超过了0摄氏度,而大气压低于
0.06个标准大气压(A TM),则温度足以让冰融化,但是却没有足够的压强使之转化成液态水。因此,它转化成了气态。
对大部分机器来说,您都要趁需要保存的原料未冷冻时将其置于架子上。将冷冻干燥仓密封,并开始冻干过程,这时机器将启动压缩机来降低仓内温度。之后原料会冻成固体,此时水依然存在,但在分子层面上它已经与周围的所有物质分开了。
接下来,机器会启动真空泵,将空气排出冷冻干燥仓,使仓内压强低于0.06个标准大气压。加热部件向架子输送很少的热量,以使冰改变状态。由于压强很低,冰就直接转化成了水蒸气。水蒸气从冷冻干燥仓中跑出,途经冷冻线圈。水蒸气在冷冻线圈上凝结成固态的冰,就像在寒冷的天气里水凝结成霜一样。
原料逐渐干透需要很多个小时(甚至几天)。这一过程之所以这么长,是因为过度加热原料会显著改变其成分和结构。另外,加快升华过程也会在一段时间内产生更多的水蒸气,需要真空泵将其抽到冷冻仓外。这可能会使原料复水,从而降低其质量。
原料充分干燥后,就会被密封在无水包装内,通常其中还会加入吸氧物质。只要该包装安全,里面的原料就能保存数年而不变质,直到加入一点水使它恢复原状为止(原料中总会残留极少量的湿气,所以它终究还是会变质的)。如果一切顺利,那么在整个冻干过程中,原料都将会毫无损伤!
冻干机应用:真空冷冻干燥技术在生物工程、医药工业、食品工业、材料科学和农副产品深加工等领域有着广泛的应用。药品冷冻干燥包括西药和中药两部分。西药冷冻干燥在国内已经得到了一定的发展,很多较大型的制药厂都有冷冻干燥设备。在中药方面,目前还只局限在人参、鹿茸、山药、冬虫夏草等少量中药材的冻干,大量的中成药还没有采用冻干工艺,与国外差距较大。在生物技术产品领域,冻干技术主要用于血清、血浆、疫苗、酶、抗生素、激素等药品的生产;生物化学的检查药品、免疫学及细菌学的检查药品;血液、细菌、动脉、骨骼、皮肤、角膜、神经组织及各种器官长期保存等。
冷冻干燥机系列:
真空冷冻干燥机简称冻干机,经真空冷冻干燥处理的物品易于长期保存,加水后能恢复到冻干前的状态并保持原有的生化特性,对热敏性物质如抗生素、疫苗、血液制品、酶激素及其他生物组织,冻干技术非常适用,广泛应用于医学、制药、生物研究、化工和食品等领域。
本系列分为四种:普通型、压盖型、多岐管普通型和多岐管压盖型。
优于同类冷冻干燥机的十大特点:
1、液晶显示干燥曲线。
2、D SC-5型控制器,控温精确。
3、配有通讯接口,提供给用户干燥过程的更多信息。
4、冷阱带有预冻功能,省去了低温冰箱的费用。
5、丹佛斯压缩机,噪音小、功率大、寿命长。
6、混合环保制冷剂,绿色环保,制冷量大。
7、内置换热器,有效降低冷阱温度,捕水能力强。
8、防返油真空泵,防止物料的污染。
9、可配有电除霜功能。
小型冷冻干燥机:
YB-FD-1/12/18系列冷冻干燥机:
YB-FD-1/12/18冷冻干燥机,少量样品可直接在冷阱内预冻,适用于实验室使用或少量生产,可满足大多数实验室常规冻干的需求。
主要特点:
●符合国际标准的绿色环保型;
●中文界面,显示干燥曲线;
●冷阱开口大,无内盘管,带样品预冻功能;
●预冷架,可作导流桶,加快干燥速度;
●冷阱和操作面为全不锈钢,耐腐蚀易光洁;
●透明钟罩式干燥室,安全直观;
●不锈钢样品架,普通型样品盘间距可调;
●设计新颖,体积小操作方便,减少实验室台面占用。
●可选加有氮气充气阀。
技术指标:
YB-FD-18S加热、原位预冻冷冻干燥机:
YB-FD-18S冷冻干燥机是一种小型立式冷冻干燥设备,该机型具备隔板加热和可编程功能,适合于实验室样品的冻干实验及少量生产。
YB-FD-18S原位冷冻干燥机就是将物料直接放入干燥室内,一次性完成干燥过程,实现了自动化,减少传统的繁琐操作。
主要特点:
●液晶显示:隔板温度曲线、冷阱温度曲线、样品温度曲线;
●可储存32个程序,每个程序可设36段,冷冻干燥机在运行的过程中可修改程序参数,并记忆最后的干燥曲线;
●触摸屏显示各功能键,无操作按键,减少了误操作,提供了仪器的可靠性和稳定性;
●电路系统采用PID控制,使控温精度更精确;