1. Înghețarea Produselor
Când soluția este înghețată rapid (temperatura scade cu 10~50 de grade pe minut), cristaliții păstrează dimensiunea vizibilă la microscop; dimpotrivă, atunci când sunt înghețate lent (1 grad/min), cristalele formate sunt vizibile cu ochiul liber. Cristalele grosiere lasă un gol mare în sublimare, ceea ce poate îmbunătăți eficiența liofilizării. Cristalele fine lasă un mic gol după sublimare, ceea ce împiedică sublimarea stratului inferior. Particulele finite produse prin înghețare rapidă sunt fine, cu meritele de aspect uniform, mari ca suprafață specifică, bune în structură poroasă, rapid în dizolvare și relativ mai puternice în absorbția de umiditate a produselor finite. Medicamentele sunt pre-congelate în liofilizator în două moduri: unul este că produsele sunt răcite în cuptorul de uscare în același timp; Celălalt este să așteptați ca raftul cutiei de uscare să fie răcit la aproximativ -40 grade și apoi să puneți produsul în interior. Prima este echivalentă cu congelarea lentă, în timp ce cea din urmă este între congelarea rapidă și congelarea lentă, deci este adesea folosit pentru a lua în considerare eficiența liofilizării și calitatea produsului. Dezavantajul acestei metode este că atunci când produsul este introdus în cutie, vaporii de apă din aer se vor condensa rapid pe raft. Cu toate acestea, în stadiul incipient al sublimării, dacă temperatura raftului crește mai repede, este posibil să se depășească sarcina normală a condensatorului datorită sublimării suprafețelor mari. Acest fenomen este deosebit de pronunțat vara. Înghețarea produsului este în stare statică. Experiența a arătat că fenomenul de suprarăcire este ușor de produs, ceea ce va duce la atingerea temperaturii produsului în punctul eutectic, dar soluția nu este încă cristalizată. Pentru a depăși fenomenul de suprarăcire, temperatura de îngheț a produsului ar trebui să fie mai mică decât un interval sub punctul eutectic și trebuie păstrată o perioadă de timp până când produsul este înghețat complet.
2. Condiții și viteza de sublimare
Sublimarea poate începe atunci când presiunea vaporilor de saturație a gheții la o anumită temperatură este mai mare decât presiunea parțială a vaporilor de apă din împrejurimi; Aspirarea și captarea vaporilor de apă de către condensator care este mai mică decât temperatura produsului este condiția necesară pentru menținerea sublimării. Distanța parcursă de un gaz între două ciocniri consecutive se numește calea liberă medie, care este invers proporțională cu presiunea. Sub presiune normală, moleculele de apă minuscule și sublimate se ciocnesc cu ușurință de gaz și apoi revin la suprafața sursei de abur, astfel încât viteza de sublimare este foarte lentă. Pe măsură ce presiunea scade sub 13,3 Pa, calea liberă medie crește de 105 ori, ceea ce face ca viteza de sublimare să fie semnificativ mai rapidă. Moleculele de apă care zboară rar își schimbă propriile aspecte, formând astfel un flux direcțional de abur. Pompa de vid joacă rolul de a elimina gazul din liofiliza pentru a menține presiunea scăzută necesară sublimării. 1 gram de vapori de apă înseamnă 1,25 L la presiune normală, dar se extinde la 10,000 L la 13,3 Pa. Este imposibil ca pompele de vid obișnuite să pompeze un volum atât de mare într-o unitate de timp. De fapt, condensatorul formează o pompă de vid specială pentru captarea vaporilor de apă. Temperatura de producție și de condensare este de obicei de -25 grade și -50 grade . La această temperatură, presiunea vaporilor saturați a gheții este de 63,3 Pa și, respectiv, 1,1 Pa, creând o diferență semnificativă de presiune între suprafața de sublimare și suprafața de condensare. Dacă presiunea parțială a gazului necondensabil din sistem poate fi neglijată în acest moment, va promova vaporii de apă sublimați din produs să ajungă direcțional la suprafața condensatorului la un anumit debit și formează îngheț. Căldura de sublimare a gheții este de aproximativ 2822 J/g. Dacă procesul de sublimare nu furnizează căldură, produsul își poate reduce energia internă doar pentru a compensa căldura de sublimare până când temperatura sa este egală cu temperatura condensatorului și apoi sublimarea se va opri. Produsului este furnizată suficientă căldură pentru a menține diferența de temperatură dintre sublimare și condensare.
3. Procesul de sublimare
În prima etapă de încălzire (etapa de sublimare în masă), temperatura produsului ar trebui să fie mai mică decât punctul său eutectic cu un interval. Prin urmare, temperatura raftului trebuie controlată. Dacă produsul a fost uscat parțial, dar temperatura depășește punctul eutectic, produsul se va topi în acest moment. În acest moment, lichidul topit este saturat cu gheață, dar nu cu soluție, astfel încât soluția uscată se va dizolva rapid în el și, în cele din urmă, se va concentra într-un bloc subțire înghețat, care are un aspect prost și o rată de dizolvare slabă. Dacă produsul se topește în etapa ulterioară a sublimării, acesta va fi absorbit de solidul poros uscat din cauza cantității mici de lichid topit, ceea ce face ca nodul să fie deteriorat după liofilizare, iar viteza de dizolvare poate fi, de asemenea, lentă. la adăugarea apei pentru dizolvare. În procesul de sublimare, deși temperatura raftului și a produsului este destul de diferită, temperatura plăcii, condensatorului și vidului sunt practic neschimbate. Deci, absorbția de căldură prin sublimare este relativ stabilă, iar temperatura produsului este relativ constantă. Pe măsură ce produsul se usucă de sus în jos, rezistența la sublimarea gheții crește treptat. Temperatura produsului va crește, de asemenea, ușor în consecință, până când cristalele de gheață sunt invizibile cu ochiul liber. În acest moment, mai mult de 90 la sută din apă a fost îndepărtată. Până acum, procesul de sublimare s-a încheiat practic. Pentru a asigura sublimarea întregii cutii de produse, temperatura de raft trebuie încă menținută pentru o etapă înainte de a doua etapă de încălzire. Procentul de apă rămas se numește apă reziduală, care este diferită de apa liberă în proprietăți fizice și chimice. Apa reziduală include apa combinată chimic și apa combinată fizic, cum ar fi cristalizarea apei cristaline combinate, apa legată de proteine prin legături de hidrogen și apa adsorbită pe suprafața solidă sau pe capilare. Presiunea vaporilor saturați a apei reziduale scade în grade diferite din cauza rezistenței la o anumită gravitație, astfel încât viteza de uscare scade în mod evident. Deși creșterea temperaturii produsului poate favoriza gazeificarea apei reziduale, dacă aceasta depășește o anumită temperatură, activitatea biologică poate scădea și ea brusc. Cea mai mare temperatură de uscare pentru a asigura siguranța produselor ar trebui determinată prin experimente. De obicei, în a doua etapă, temperatura plăcii este de aproximativ 30 de grade și se menține constantă. La începutul acestei etape, temperatura produsului crește rapid pe măsură ce temperatura plăcii crește și apa reziduală se evaporă mai puțin. Cu toate acestea, pe măsură ce temperatura produsului se apropie treptat de temperatura plăcii, conducția căldurii devine mai lentă și este nevoie de mult timp pentru a aștepta cu răbdare. Experiența practică arată că timpul de uscare al apei reziduale este aproape egal cu timpul de sublimare și uneori chiar îl depășește.
4. Curba de liofilizare
Curba de liofilizare se obține prin înregistrarea modificării temperaturii raftului și a temperaturii produsului în funcție de schimbarea timpului. Curba tipică de liofilizare împarte temperatura raftului în două etape. Temperatura raftului este menținută scăzută în timpul sublimării în masă, care poate fi, în general, controlată între -10 grade și 10 grade, în funcție de situația reală. În a doua etapă, temperatura raftului va fi ridicată în funcție de proprietățile produsului în mod corespunzător. Această metodă este potrivită pentru produse cu punct de topire scăzut. Dacă performanța produsului este necunoscută și performanța mașinii este slabă sau funcționarea sa nu este suficient de stabilă, este mai sigur să utilizați această metodă. Dacă punctul eutectic al produsului este ridicat, gradul de vid al sistemului poate fi menținut bine, iar capacitatea de refrigerare a condensatorului este suficientă, atunci poate fi adoptată o anumită rată de încălzire pentru a ridica temperatura raftului la temperatura maximă admisă până la liofilizarea este terminată. Cu toate acestea, este, de asemenea, necesar să se asigure că temperatura produsului în timpul sublimării în masă nu trebuie să depășească punctul eutectic. Dacă produsul este instabil la încălzire, temperatura plăcii din a doua etapă nu trebuie să fie prea mare. Pentru a îmbunătăți viteza de sublimare în prima etapă, temperatura de raft poate fi crescută la peste temperatura maximă admisă a produsului la un moment dat; Când etapa de sublimare în masă este practic terminată, temperatura raftului va fi scăzută la temperatura maximă admisă. Deși ultimele două metode au îmbunătățit viteza sublimării în masă, capacitatea anti-interferență va fi redusă în mod corespunzător, iar scăderea bruscă a gradului de vid și a capacității de refrigerare sau întreruperea alimentării poate topi produsele. O abordare rezonabilă și flexibilă a primei metode este o metodă din ce în ce mai comună folosită astăzi.