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凍干技術(真空冷凍干燥)的操作流程主要包括預凍、升華干燥、解析干燥三大階段,具體步驟如下:
物料預處理
將待凍干物料(液體、懸浮液或固體)分裝至專用容器(如西林瓶、托盤等),厚度均勻(一般≤10mm),避免過厚影響干燥效率34。
對熱敏感物料可添加保護劑(蔗糖),防止凍干過程中結構破壞2。
設備檢查與清潔
確保凍干機箱體、擱板、冷阱(捕水器)清潔無殘留,密封圈完好5。
檢查真空泵油位、制冷系統、加熱系統及傳感器是否正常5。
快速凍結物料
預凍溫度:通常≤-40℃(工業機型可達-120℃)24。
預凍時間:2~4小時(依物料體積和熱傳導性調整)3。
將物料放入凍干機擱板或低溫冰箱(-80℃以下)中預凍,使物料凍結形成穩定冰晶34。
關鍵參數:
避免冰晶融化
預凍后快速轉移至凍干機腔體,避免回溫導致冰晶融化3。
啟動真空系統:
關閉箱門,啟動真空泵,逐步抽真空至0.1~0.2mbar(過低真空可能導致熱量不足)34。
控溫加熱:
隔板升溫至-20℃~0℃(低于冰的升華溫度但提供升華熱)34。
通過電加熱或循環介質(導熱油/水)均勻傳熱,避免局部過熱24。
冷阱捕水:
冷阱溫度維持≤-40℃,捕獲升華的水蒸氣,防止水汽返回腔體35。
持續時間:數小時至數十小時,直至冰晶升華(肉眼觀察無冰霜)3。
提高溫度:隔板升溫至25℃~50℃(病毒類產品需嚴格控制溫度)34。
維持真空:繼續抽真空,去除物料中殘留的結合水3。
結束標志:樣品溫度接近隔板溫度,且真空度穩定,表明水分已基本去除3。
回填氣體
干燥完成后,緩慢充入氮氣或干燥空氣至常壓,避免物料受潮或氧化35。
關機與清理
關閉真空泵、制冷系統和加熱裝置,切斷電源。
清理冷阱中的霜冰(可通過升溫或蒸汽化霜),清潔腔室和擱板35。
溫度與真空度控制
初級干燥時,隔板溫度需低于0℃,避免冰晶融化;二級干燥時逐步升溫34。
冷阱溫度必須始終低于物料溫度,否則水蒸氣無法凝結3。
防止污染
預凍后物料需快速轉移,減少回溫風險3。
使用防護罩隔離隔板與冷阱,避免交叉污染3。
設備維護
定期更換真空泵油,清理冷阱和排水管,檢查密封性5。
避免頻繁啟停設備,減少機械磨損3。
物料類型 | 預凍溫度 | 主干燥溫度 | 真空度 | 備注 |
---|---|---|---|---|
蛋白質溶液 | -50℃~-80℃ | -20℃~0℃ | 0.1~0.2mbar | 添加蔗糖、保護結構 |
中草藥提取物 | -40℃~-60℃ | 0℃~25℃ | 0.1~0.5mbar | 二次干燥需延長時間 |
細菌/病毒懸液 | -80℃以下 | ≤25℃ | 0.1mbar以下 | 嚴格控溫,避免失活 |
通過以上流程,凍干技術可在低溫、真空條件下實現物料的脫水,保留其活性成分和結構完整性。實際操作需根據物料特性和設備型號調整參數
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