冻干仪器原理和操作

干燥目标
• 对冻干样品的质量要求是：生物活性不变、 外观色泽均匀、形态饱满、结构牢固、溶 解速度快，残余水分低。
样品的要求
1. 溶剂为水； 2. pH为中性； 3. 盐的影响：挥发性的盐，NH4Cl；浓度过
大，样品易吸潮。
样品的冻结
溶液速冻时（每分钟降温10~50℃），晶粒保持在显微
镜下可见；相反慢冻时（1℃/分），形成的结晶肉眼可见。 粗晶在升华留下较大的空隙，可以提高冻干的效率；细晶 在升华后留下的间隙较小，使下层升华受阻，速成冻的成 品粒子细腻，外观均匀，比表面积大，多孔结构好，溶解 速度快，便成品的引湿性相对也要强些。
升华
升华
冰在一定温度下的饱和蒸汽压大于环境的水蒸气分压时即可开始升华；比样 品温更低的冷阱对水蒸气的抽吸与捕获作用，则是维护升华所必需的条件。
13.3Pa
气体分子在两次连续碰撞之间所走的距离称为平均自由程，与压力成反比。 在常压下，其值很小，升华的水分子很容易与气体碰撞又返回到蒸汽源表面， 因而升华速度很慢。压力降低13.3Pa以下，平均自由程增大105倍，使升华 速度显著加快，形成了定向的蒸汽流。
不可避免要耗油。以后换油间期根据使用条件不同而定， 一般要求500至1000小时换一次油。 6. 排气过滤器：冷凝物过多时要排放。 7. 冻干机的清洁：用肥皂等中性清洁剂。
冷冻干燥机的维护
8. 附件的清洁：化学应力腐蚀会损坏材料，开始时这些损 伤都很微小，当已经被观察到时，就应当更换。风扇、 盖子、密封圈、容器、搁板架、腔体等必须定期清洁， 以防损坏。要求每周将这些附件从冻干机中取出来清洗。 如果使用有毒、放射性、传染性污染物，要采取相应的 防护措施。铝容易受腐蚀，要用中性的清洗剂，pH6～ 8。碱性清洗剂pH〉8，不能使用。
注意：此时真空计示数下降较慢，请停止抽真空，重新检查样 品和各接口。
【开机操作】
1. 接 通 电 源 线 ， 此 时 真 空 度 窗 口 显 示 “ 110” 且 总 开 关 指 示 灯 闪 烁 ， 说 明 电 源已接通。
2. 按下“总开关”键三秒，此时“冷阱温 度”显示窗开始显示冷阱温度，放开此 键。
升华过程
• 在升温的第一阶段（大量升华阶段），此时90%以上的水 分已除去。
虽然搁板和样品温度有很大悬殊，但由于板温、冷阱温度和真空温度 基本不变，因而升华吸热比较稳定，样品温度相对恒定。随着样品自 上而下层层干燥，冰层升华的阻力逐渐增大。样品温度相应也会小幅 上升。直至用肉眼已不到冰晶的存在。大量升华的过程至此已基本结 束，为了确保整箱样品大量升华完毕，板温仍需保持一个阶段后再进 行第二阶段的升温。
5. 按下“真空泵”开关键，真空泵开始工 作 ， 数 码 显 示 下 降 直 至 20Pa 以 下 ， 冷 冻干燥进程开始。注：在真空泵开始工 作时，用力下压有机玻璃罩片刻，有利 于密封。
总开关 制冷机 真空泵 充气阀 注意：此时真空计示数下降较慢，请停止 抽真空，重新检查样品和各接口。
【关机操作】
来自百度文库
真空度
1151.01
3. 按下“制冷机”开关键，制冷机开始运 转，冷阱温度逐渐降低。为使冷阱具有
充分吸附水份的能力，预冷时间应不少 于30分钟。
X103 X102 X101 X100
冷阱温度
-2555
4. 预冷结束后，将已准备好的待干燥物品 置于干燥盘中，罩上有机玻璃筒，放水 阀（位于右侧板上）顺时针方向拧紧。
冷冻干燥机操作规程
冻干的优点
① 由于是由冰冻状态直接升华为汽态，所以样品 不起泡，不爆沸。
② 得到的干粉样品不粘壁，易取出。 ③ 冰干后的样品是疏松的粉末，易溶于水。 ④ 常温下除去溶剂水等物质。
冷冻干燥机的构造
冷冻干燥机系由制冷系统、真空系统、 加热系统、电器仪表控制系统所组成。
加热系统、
制冷系统 电器仪表
冷阱为缠绕柱面式，其工作温度低于干 燥箱内样品的温度，最低可达-55 ℃ ， 从样品中升华出来的水蒸气能充分地凝 结在与冷盘管相接触的不锈钢柱面的内 表面上，从而保证冻干过程的顺利进行， 光滑的柱面式结构最大的优点是容易清 洁，在冻干结束后，可用温水将霜层除 去。
真空系统
真空泵用以对系统抽真空，在进气口安装了一个带自 动放气的电磁真空阀，它与泵为同一电源控制，当停 泵时，电磁阀门自动关闭，同时向真空泵内放气，既 保护了真空系统，又防止了真空泵向系统返油。
药品预冻在两种方式：一种是样品放入冰箱降温；另一
种是冷却循环泵降温至-40℃左右，再将样品放入，前者 相当于慢冻，后者属于速冻与慢冻之间，常被采用，以兼 顾冻干效率与产品质量。此法的缺点是样品入箱时，空气 中的水蒸气将迅速地凝结在搁板上。
60Pa 实线A-B为固态与液态之平衡曲线。 实线B-C为液态与气态之平衡曲线. 实线B-F为固态与气态之平衡曲线。 点B为三个相态之共存点。
冷阱
真空泵在冻干机中起着抽除永久气体的作用，以维护升华所必需的低压强。 1g水蒸气在常压下为1.25L而在13.3Pa时却膨胀为10000升，普通的真空泵 在单位时间内抽除如此大量的体积是不可能的。冷阱实际上形成了专门捕集水 蒸气的真空泵。 水的捕获 样品与凝结的温度通常为-25℃与-50℃。冰在该温度下的饱和蒸汽压分别为 63.3Pa与1.1Pa, 产生了一个相当大的压力差, 它将促使样品升华出来的水蒸 气,以一定的流速定向地抵达冷阱表面结成冰霜。 注意: 冰的升华热约为2822J/g，如果升华过程不供给热量，样品只有降低内 能来补偿升华热，直至其温度与冷阱温度平衡后，升华也就停止了。为了保持 升华与冷凝来的温度差，必须对样品提供足够的热量。
加热系统、
制冷系统、
电器仪表
真空系统、
真空度
1151.01
X103 X102 X101 X100
冷阱温度
-55
总开关 制冷机 真空泵 充气阀
【开机操作】 1. 接通电源线，此时真空度窗口显示“110”且总开关指示 灯闪烁，说明电源已接通。 2. 按下“总开关”键三秒，此时“冷阱温度”显示窗开始 显示冷阱温度，放开此键。 3. 按下“制冷机”开关键，制冷机开始运转，冷阱温度逐 渐降低。为使冷阱具有充分吸附水份的能力，预冷时间 应不少于30分钟。 4. 预冷结束后，将已准备好的待干燥物品置于干燥盘中， 罩上有机玻璃筒，放水阀（位于右侧板上）顺时针方向 拧紧。 5. 按下“真空泵”开关键，真空泵开始工作，数码显示下 降直至20Pa以下，冷冻干燥进程开始。注：在真空泵开 始工作时，用力下压有机玻璃罩片刻，有利于密封。
冷冻干燥机操作规程
【准备样品】 冷冻干燥机操作方法：冷冻干燥前，先将准备干燥的物 品置于低温冰箱或冷却循环泵中，使物品完全冰冻结实， 方可进行冷冻干燥。
【主机预冷】 主机的右侧板上设有真空泵的电源插座，将真空泵的电 源线连接好。检查真空泵，确认已加注真空泵油，不可无 油运转。油面不得低于油镜中线。 主机与真空泵之间由真空管连接，连接处采用标准卡箍。 卡箍内含一只密封橡胶圈，连接前可在橡胶圈上涂抹适量 真空脂，再用卡箍卡紧。主机冷阱上方的“O”型密封橡 胶圈应保持清洁，可薄薄涂上一层真空脂，有机玻璃罩 （保持罩口清洁）置于橡胶圈上，轻轻旋转几下，有利于 密封。
• 首先打开“充气阀”，同时按下“真空泵”电源开关键， 使空气缓慢进入冷阱。如需充入惰性气体，则将惰性气体 的减压导管连接“充气口”，然后慢慢打开“充气阀”， 使惰性气体缓慢进入冷阱。
• 按下“制冷机”开关，关闭，此时指示灯灭；按下“总开 关”键三秒无显示后放开此键。
• 提起有机玻璃罩，将物品取出，保存，冷冻干燥过程结束。 • 用温水清理冷阱内的水份和杂质，妥善保养设备。冷阱中
的冰化成水后，打开“放水阀”将水排出。 • 真空泵不用时，应盖上镇气嘴，以防脏物进入。 • 注意事项：操作过程中切勿频繁开关，如因操作失误造成
制冷机停止运转，不能立即启动，至少等20分钟后方可再 次启动，以免损坏制冷机。每次冷冻干燥后，冷阱盘管上 的冰化成水后，用毛巾清除干净。
冷冻干燥机的维护
1. 清除残余水分。建议每次使用前开关一次排水阀。 2. 每个月要检查并清洁热交换器，严重时会造成停机。 3. 真空探头的使用寿命有限。用温水解冻，最后擦干冷阱。 4. 清洁橡胶阀以防止硬化，及时涂真空脂增加密闭性。 5. 处检查真空泵油,缺油应补充。由于空气镇流器经常工作，
• 残余水分干燥的时间与大量升华的时间几乎相等有时甚至 还会超过。
剩余百分之几的水分称残余水分，它与自由状态的水在物理化学性质 上有所不同，残余水分包括了化学结合之水与物理结合之水，诸如化 合的结晶水、蛋白质通过氢键结合的水以及固体表面或毛细管中吸附 水等。由于残余水分受到种引力的束缚，其饱和蒸汽压则是不同程度 的降低，因而干燥速度明显下降。
9. 充气阀和排水孔的维护：如果管路中有残余物一定要清 理干净。
10. 操作者必须对可能造成的不安全的重要部件进行检查确 认：1）盖子或腔体2）密封圈3）真空泵的油标尺4） 任何不良变化如：腐蚀、磨损、伤痕等。此外还有接地 线也是要定期检查的。
11. 使用人员须登记使用日期、冻干物名称及冷阱流出水量 等数据。