冷(lěng)凍(dòng)幹燥是(shì)利(lì)用(yòng)升華的(dí)原(yuán)理進行(háng)幹燥的一種(zhǒng)技術，是將被幹燥的(dí)物(wù)質在(zài)低(dī)溫(wēn)下快速(sù)凍(dòng)結,然後在適(shì)當的真(zhēn)空環(huán)境下,使(shǐ)凍結的水分子(zǐ)直接升(shēng)華(huá)成(chéng)為水(shuǐ)蒸氣逸出(chū)的(dí)過(guò)程(chéng). 冷凍(dòng)幹燥得(dé)到(dào)的產物(wù)稱作(zuò)凍幹物(wù)（lyophilizer），該過程稱(chēng)作凍(dòng)幹（lyophilization）
。
       物質(zhì)在幹燥(zào)前始終(zhōng)處(chǔ)於(yú)低溫(凍結狀態(tài)),同時冰晶均匀(yún)分布(bù)於物(wù)質中(zhōng),升(shēng)華(huá)過(guò)程(chéng)不會因(yīn)脫水而發生濃(nóng)縮(suō)現(xiàn)象(xiàng),避免了(liǎo)由(yóu)水蒸(zhēng)氣(qì)產生(shēng)泡沫
，氧(yǎng)化等副作(zuò)用(yòng)
。幹燥物質呈幹海(hǎi)綿(mián)多孔狀(zhuàng)，體積基本(běn)不(bù)變(biàn)，極易(yì)溶(róng)於水而(ér)恢復原狀
。在(zài)zui大程(chéng)度(dù)上(shàng)防止幹(gān)燥(zào)物質的(dí)理(lǐ)化和生物學方麵的變(biàn)性
。
       冷(lěng)凍幹燥機係由製冷係統(tǒng)
，真空(kōng)係統
，加(jiā)熱係統(tǒng)
，電器(qì)儀表控(kòng)製(zhì)係統(tǒng)所組成
。主要(yào)部件(jiàn)為幹(gān)燥箱
，凝結器
，冷凍(dòng)機(jī)組(zǔ)
，真空泵(bèng)
，加熱/冷卻裝置(zhì)等(děng)
。它(tā)的工作原理是將(jiāng)被幹燥(zào)的(dí)物品先凍結到(dào)三(sān)相點(diǎn)溫度(dù)以下，然(rán)後(hòu)在真空條(tiáo)件下使物品中的(dí)固態水份（冰）直(zhí)接升華成水蒸(zhēng)氣(qì)，從物品中排(pái)除(chú)，使物品(pǐn)幹燥
。物(wù)料(liào)經前處(chǔ)理(lǐ)後(hòu)，被(bèi)送入速凍倉(cāng)凍(dòng)結(jié)，再送入幹燥(zào)倉升華脫水，之後在(zài)後(hòu)處(chǔ)理車(chē)間包裝(zhuāng)
。真空係統(tǒng)為升華(huá)幹燥(zào)倉建立低(dī)氣壓(yā)條件(jiàn)，加熱(rè)係(xì)統(tǒng)向(xiàng)物料提供升華(huá)潛熱(rè)，製冷係統(tǒng)向冷阱和(hé)幹(gān)燥室(shì)提供(gōng)所需(xū)的冷(lěng)量
。本設(shè)備采(cǎi)用輻射(shè)加熱，物料(liào)受熱(rè)均匀(yún)；采(cǎi)用捕(bǔ)水冷阱(jǐng)，並可(kě)實現快(kuài)速化霜；采(cǎi)用真空(kōng)機組，並可(kě)實現油水(shuǐ)分離；采(cǎi)用(yòng)並(bìng)聯(lián)集中(zhōng)製(zhì)冷係統，多(duō)路(lù)按需供冷，工況穩定，有利節(jié)能；采(cǎi)用人(rén)工智(zhì)能控製(zhì)，控製精度(dù)高(gāo)，操作方(fāng)便(biàn)
。
       對凍(dòng)幹製(zhì)品(pǐn)的(dí)質量要(yào)求(qiú)是(shì)：生(shēng)物(wù)活(huó)性(xìng)不變(biàn)
，外觀色澤(zé)均匀
，形(xíng)態(tài)飽滿
，結構牢(láo)固
，溶解速(sù)度快(kuài)，殘餘水分(fēn)低
。要(yào)獲得高質(zhì)量(liáng)的(dí)製品(pǐn)，對凍幹(gān)的(dí)理論(lùn)和工藝應(yīng)有(yǒu)一(yī)個(gè)比較(jiào)全麵的了解
。凍(dòng)幹(gān)工藝包(bāo)括預(yù)凍
，升華和(hé)再凍幹三(sān)個分階段(duàn)
。合理(lǐ)而(ér)有效地縮(suō)短(duǎn)凍(dòng)幹(gān)的周期(qī)在(zài)工業生(shēng)產上(shàng)具有(yǒu)明顯的(dí)經濟價值(zhí)
。

一(yī)製品的(dí)凍結(jié)
       溶液(yè)速(sù)凍時(shí)（每(měi)分(fēn)鐘降溫(wēn)10~50℃），晶粒保持(chí)在顯微鏡下(xià)可見的大(dà)小；相反慢(màn)凍時(shí)（1℃/分(fēn)），形成的結晶肉眼可(kě)見
。粗(cū)晶在(zài)升(shēng)華留下較大的(dí)空(kōng)隙(xì)，可(kě)以(yǐ)提高(gāo)凍(dòng)幹(gān)的效率，細晶(jīng)在(zài)升華後留下的間(jiān)隙較小，使下層(céng)升華受(shòu)阻，速成(chéng)凍(dòng)的成(chéng)品(pǐn)粒(lì)子細膩，外觀均匀(yún)，比表麵積大，多孔結構(gòu)好，溶(róng)解速度(dù)快，便(biàn)成品的引濕性相對(duì)也要(yào)強(qiáng)些
。
       藥品在凍幹機中預凍在兩種(zhǒng)方式：一種(zhǒng)是製品(pǐn)與幹(gān)燥(zào)箱(xiāng)同時降(jiàng)溫(wēn)，；另一(yī)種是待(dài)幹燥箱(xiāng)擱板降(jiàng)溫至-40℃左(zuǒ)右(yòu)，再(zài)將製品(pǐn)放(fàng)入，前者相當(dāng)於(yú)慢凍(dòng)，後者則(zé)介於速(sù)凍(dòng)與(yǔ)慢凍之間，因(yīn)而(ér)常(cháng)被(bèi)采(cǎi)用，以(yǐ)兼(jiān)顧凍幹效率與(yǔ)產(chǎn)品質(zhì)量
。此(cǐ)法的(dí)缺(quē)點(diǎn)是製品(pǐn)入箱(xiāng)時(shí)，空氣中的(dí)水蒸氣將(jiāng)迅(xùn)速(sù)地(dì)凝結(jié)在(zài)擱板上，而在(zài)升華初期，若板升(shēng)溫較(jiào)快(kuài)，由於大(dà)麵積的(dí)升(shēng)華將有(yǒu)可能超(chāo)越(yuè)凝(níng)結器(qì)的正常負荷(hé)
。此(cǐ)現象在夏(xià)季尤(yóu)為顯(xiǎn)著(zhù)
。
       製品的凍結處(chǔ)於靜止(zhǐ)狀態
。經驗證(zhèng)明(míng)，過冷(lěng)現象容(róng)易發生至使(shǐ)製(zhì)品溫度雖(suī)已(yǐ)達(dá)到共晶點(diǎn)
。但(dàn)溶質仍不結(jié)晶(jīng)，為了(liǎo)克服過冷(lěng)現(xiàn)象(xiàng)，製品凍結的溫(wēn)度應(yīng)低(dī)於共晶(jīng)點以下一(yī)個(gè)範圍(wéi)，並需保(bǎo)持一(yī)段時(shí)間(jiān)，以待(dài)製品*凍結(jié)
。

二升(shēng)華(huá)的條件與(yǔ)速(sù)度
       冰(bīng)在(zài)一(yī)定(dìng)溫(wēn)度(dù)下的飽(bǎo)和(hé)蒸汽壓(yā)大於環(huán)境(jìng)的(dí)水(shuǐ)蒸氣(qì)分壓時(shí)即可(kě)開始(shǐ)升華；比製品(pǐn)溫(wēn)更低的(dí)凝(níng)結(jié)器對(duì)水水蒸氣的抽(chōu)吸與(yǔ)捕獲(huò)作(zuò)用，則是(shì)維(wéi)護升所必需的條件
。
氣體分子在(zài)兩次連續碰撞(zhuàng)之間所(suǒ)走(zǒu)的(dí)距(jù)離(lí)稱為平均(jūn)自由程(chéng)，它(tā)與(yǔ)壓力成反比
。在常壓(yā)下，其(qí)值(zhí)很小(xiǎo)，升華(huá)的水(shuǐ)分(fēn)子(zǐ)很容易(yì)與(yǔ)氣(qì)體碰(pèng)撞又(yòu)返回到(dào)蒸汽(qì)源表麵，因(yīn)而升華(huá)速(sù)度(dù)很漫(màn)
。隨著壓(yā)力降低13.3Pa以下(xià)，平均自由程增(zēng)大(dà)105倍(bèi)，使(shǐ)升華(huá)速度顯(xiǎn)著(zhù)加(jiā)快(kuài)，飛(fēi)離(lí)出來(lái)的水分子很少(shǎo)改(gǎi)變自己(jǐ)的(dí)方麵(miàn)，從(cóng)而形(xíng)成了(liǎo)定向的蒸汽(qì)流(liú)
。
       真空泵(bèng)在(zài)凍幹(gān)機(jī)中(zhōng)起著抽(chōu)除(chú)*氣(qì)體(tǐ)的作用，以維(wéi)護(hù)升華(huá)所必(bì)需的低壓(yā)強(qiáng)
。1g水蒸氣(qì)在(zài)常(cháng)壓下為(wéi)1.25L而在(zài)13.3Pa時卻(què)膨(péng)脹(zhàng)為10000升(shēng)，普通的(dí)真(zhēn)空泵在單位(wèi)時間內(nèi)抽除(chú)如此大(dà)量的(dí)體(tǐ)積是(shì)不(bù)可能(néng)的(dí)
。凝結器實際(jì)上形成了專門(mén)捕(bǔ)集水(shuǐ)蒸氣的(dí)真空(kōng)泵
。
       製(zhì)品(pǐn)與凝(níng)結(jié)的(dí)溫度(dù)通(tōng)常為-25℃與-50℃
。冰(bīng)在(zài)該溫(wēn)度下的飽和蒸(zhēng)汽壓分別(bié)為63.3Pa與1.1Pa,因而(ér)在(zài)升(shēng)華麵與冷凝麵(miàn)之間(jiān)便產生了(liǎo)一個相(xiāng)當大(dà)的(dí)壓力差(chà),如果此(cǐ)時(shí)係(xì)統內(nèi)的不凝性(xìng)氣體(tǐ)分壓可(kě)以忽略(lüè)不計,它將促(cù)使(shǐ)製(zhì)品升華(huá)出來(lái)的水蒸氣(qì),以一定(dìng)的(dí)流速(sù)定向地(dì)抵(dǐ)達凝結器表麵結(jié)成冰霜
。
       冰的(dí)升華(huá)熱約(yuē)為2822J/克，如果升(shēng)華過程不供(gōng)給熱量(liáng)，那末(mò)製品隻(zhī)有降(jiàng)低內(nèi)能來補償升華熱，直至其溫(wēn)度(dù)與凝結器溫(wēn)度(dù)平衡(héng)後(hòu)，升華也(yě)就停(tíng)止(zhǐ)了(liǎo)
。為了保(bǎo)持(chí)升華(huá)與冷(lěng)凝來(lái)的溫(wēn)度差，必(bì)須(xū)對製品(pǐn)提(tí)供足夠的熱量
。

三升(shēng)華過程
       在(zài)升溫的*階(jiē)段(duàn)（大(dà)量(liáng)升華(huá)階段(duàn)），製(zhì)品溫度要低(dī)於其(qí)共晶點(diǎn)一(yī)個(gè)範(fàn)圍(wéi)
。因此擱板(bǎn)溫要加(jiā)以控製(zhì)，若(ruò)製(zhì)品(pǐn)已經(jīng)部分幹燥，但(dàn)溫(wēn)度卻超(chāo)過了其共晶點，此時將發(fā)生(shēng)製品(pǐn)融化現象(xiàng)，而此時(shí)融化的液體，對冰飽(bǎo)和(hé)，對溶質卻未飽和，因(yīn)而(ér)幹(gān)燥(zào)的(dí)溶質將(jiāng)迅速(sù)溶(róng)解(jiě)進(jìn)去(qù)，zui後(hòu)濃縮(suō)成(chéng)一(yī)薄(báo)僵(jiāng)塊(kuài)，外觀極為(wéi)不(bù)良(liáng)，溶解速度(dù)很差，若(ruò)製(zhì)品的(dí)融(róng)化發生(shēng)在(zài)大量升(shēng)華(huá)後(hòu)期，則由(yóu)於(yú)融(róng)化的液體(tǐ)數量較(jiào)少(shǎo)，因而(ér)被(bèi)幹(gān)燥的(dí)孔(kǒng)性(xìng)固體所吸收，造(zào)成(chéng)凍幹(gān)後塊狀(zhuàng)物(wù)有(yǒu)所(suǒ)缺損，加水(shuǐ)溶解時(shí)仍(réng)能發(fā)現(xiàn)溶解速度較慢
。
       在大量升華(huá)過程(chéng)，雖然(rán)擱板和(hé)製品溫度(dù)有很大懸殊，但由(yóu)於板溫(wēn)
，凝結器(qì)溫度和(hé)真空溫度基本不變，因(yīn)而(ér)升華(huá)吸熱(rè)比(bǐ)較穩定，製品溫(wēn)度相(xiāng)對(duì)恒(héng)定(dìng)
。隨著製品自上而下層(céng)層(céng)幹燥，冰(bīng)層升華的(dí)阻力逐(zhú)漸增大(dà)
。製品溫(wēn)度(dù)相應(yīng)也(yě)會(huì)小(xiǎo)幅上升
。直(zhí)至用肉(ròu)眼已不(bù)到(dào)冰晶(jīng)的存在
。此(cǐ)時90%以(yǐ)上(shàng)的水分已除(chú)去
。大(dà)量升(shēng)華的過程至此已基本結(jié)束，為(wéi)了(liǎo)確保整箱製(zhì)品(pǐn)大量升華完畢(bì)，板溫仍(réng)需(xū)保持(chí)一(yī)個階(jiē)段後再(zài)進行第(dì)二階段(duàn)的升溫(wēn)
。剩(shèng)餘(yú)百分之(zhī)幾的(dí)水分稱殘餘(yú)水分(fēn)，它(tā)與自由狀(zhuàng)態的水在(zài)物理化(huà)學性質上有所(suǒ)不同，殘餘水分包括(kuò)了(liǎo)化(huà)學(xué)結合(hé)之(zhī)水與物理(lǐ)結(jié)合之(zhī)水，諸如化(huà)合(hé)的結晶水(shuǐ)結(jié)晶
，蛋白質通過(guò)氫(qīng)鍵(jiàn)結(jié)合的水以及(jí)固體表(biǎo)麵或(huò)毛細管中吸附(fù)水等
。由於殘餘(yú)水分(fēn)受(shòu)到某(mǒu)種引力(lì)的(dí)束縛，其飽和(hé)蒸汽壓則是不(bù)同程度的降低(dī)，因(yīn)而幹(gān)燥速度(dù)明顯下(xià)降
。雖(suī)然(rán)提(tí)高(gāo)製(zhì)品(pǐn)溫度(dù)促進(jìn)殘(cán)餘水(shuǐ)分的(dí)氣化(huà)，但若(ruò)超過某極(jí)限(xiàn)溫度(dù)，生物(wù)活性(xìng)也(yě)可能急(jí)劇(jù)下降
。保證製品安全的zui高幹燥(zào)溫(wēn)度(dù)要由實驗來確定
。通(tōng)常(cháng)我們在(zài)第(dì)二階段(duàn)將板溫+30℃左(zuǒ)右(yòu)，並保持(chí)恒(héng)定(dìng)
。在(zài)這一階(jiē)段初(chū)期(qī)，由(yóu)於板(bǎn)溫升(shēng)高，殘餘水(shuǐ)分(fēn)少又(yòu)不(bù)易氣(qì)化(huà)，因此(cǐ)製品溫度上升(shēng)較快(kuài)
。但隨著製(zhì)品溫度(dù)與板溫(wēn)逐漸靠攏(lǒng)，熱傳導變得(dé)更(gēng)為(wéi)緩(huǎn)慢，需要耐心等待相(xiāng)當(dāng)長(cháng)的(dí)一段(duàn)時間(jiān)，實踐(jiàn)經驗表(biǎo)明，殘餘(yú)水分幹(gān)燥的時(shí)間(jiān)與(yǔ)大量(liáng)升(shēng)華的(dí)時間(jiān)幾乎(hū)相(xiāng)等(děng)有(yǒu)時甚至還(huán)會(huì)超過(guò)
。

四(sì)凍幹(gān)曲(qū)綫
       將擱板溫度與製品(pǐn)溫(wēn)度隨時間(jiān)的變(biàn)化記錄(lù)下(xià)來，即可得(dé)到凍幹曲綫(xiàn)
。比較(jiào)典(diǎn)型(xíng)的凍幹曲綫係(xì)將擱(gē)板(bǎn)升(shēng)溫分(fēn)為兩個階(jiē)段(duàn)，在大(dà)量(liáng)升華時(shí)擱板溫度保持較(jiào)低，根(gēn)據實(shí)際情況，一般可(kě)控(kòng)製(zhì)在-10至+10之間
。第二(èr)階(jiē)段則(zé)根據製品(pǐn)性質(zhì)將擱(gē)板溫度適當(dāng)調高(gāo)，此法適(shì)用於(yú)其(qí)熔(róng)點較(jiào)低的(dí)製(zhì)品(pǐn)
。若(ruò)對製(zhì)品(pǐn)的性能(néng)尚(shàng)不清(qīng)楚(chǔ)，機(jī)器性能(néng)較(jiào)差(chà)或其(qí)工(gōng)作不(bù)夠(gòu)穩定時，用(yòng)此法(fǎ)也(yě)比(bǐ)較(jiào)穩(wěn)妥
。
       如果(guǒ)製(zhì)品共晶點(diǎn)較(jiào)高(gāo)，係(xì)統的(dí)真空(kōng)度也(yě)能保持良(liáng)好(hǎo)，凝(níng)結器(qì)的製冷(lěng)能力充裕(yù)，則(zé)也可采用(yòng)一定(dìng)的(dí)升(shēng)溫速度，將(jiāng)擱板溫度升高(gāo)至允(yǔn)許的zui高(gāo)溫度，直(zhí)至凍幹(gān)結束(shù)，但也需(xū)保證製品(pǐn)在大量升華(huá)時的(dí)溫度不(bù)得(dé)超(chāo)過(guò)共晶(jīng)點
。
      若(ruò)製品對(duì)熱不穩定，則第二階段板溫不宜過(guò)高
。為(wéi)了提(tí)高(gāo)*階(jiē)段的升華(huá)速度，可將(jiāng)擱板(bǎn)溫度一(yī)次(cì)升高(gāo)至(zhì)製(zhì)品允許的zui高溫(wēn)度(dù)以上(shàng)；待大(dà)量升華階段基本(běn)結束(shù)時，再將(jiāng)板(bǎn)溫降至(zhì)允許的zui高(gāo)溫度，這(zhè)後(hòu)兩(liǎng)種方式雖(suī)然使(shǐ)大(dà)量的(dí)升(shēng)華速度有一(yī)些(xiē)提(tí)高(gāo)，但(dàn)其(qí)抗幹擾的(dí)能力(lì)相(xiāng)應降低，真空度和製冷能(néng)力的突然降低(dī)或(huò)停電都可能會使製(zhì)品融化
。合理而靈活(huó)地(dì)掌(zhǎng)握(wò)*種(zhǒng)方式，仍是目前(qián)較常用(yòng)的(dí)方