《冷冻干燥技术》推荐教材与补充讲义
冻干工艺培训教材东富龙第二章、真空冷冻干燥原理
冻干工艺培训教材(东富龙)-第二章、真空冷冻干燥原理第二章冷冻干燥基础理论第一节冷冻干燥的原理一、冻干的概念、目的及应用冷冻干燥就是把含有大量水分的物质,预先进行降温冻结成固体。
然后在真空的条件下使水蒸汽直接从固体中升华出来,而物质本身留在冻结的冰架子中,从而使得干燥制品不失原有的固体骨架结构,保持物料原有的形态,且制品复水性极好。
利用冷冻干燥目的是为了贮存潮湿的物质,通常是含有微生物组织的水溶液,或不含微生物组织的水溶液。
产品在冻结之后置于一个低水气压下,这时包含冰的升华,直接由固态在不发生熔化的情况下变成汽态。
与其他干燥方式相比避免了化学、物理和酶的变化,从而确保了制品物性在保存时不易改变。
实际需要的低水汽压是靠真空的状况下达到的。
真空冷冻干燥技术主要应用于:(1)热稳定性差的生物制品,生化类制品,血液制品,基因工程类制品等药物冻干;(2)为保持生物组织结构和活性,外科手术用的皮层、骨骼、角膜、心瓣膜等生物组织的处理;(3)以保持食物色、香、味和营养成分以及能迅速复水的咖啡、调料、肉类、海产品、果蔬的冻干;(4)在微胶囊制备、药品控释材料等方面的应用。
以保持生鲜物质不变性的人参、蜂皇浆、龟鳖等保健品及中草药制剂的加工;(5)超微细粉末功能材料如:光导纤维、超导材料、微波介质材料、磁粉以及能加速反应工程的催化剂的处理等。
二、冷冻干燥的原理及优点1、水的状态平衡图物质有固、液、汽三态,物质的状态与其温度和压力有关。
图1-1示出水(HO)的状态平衡图。
图中OA、OB、OC三条曲线分别表示冰和2水、水和水蒸汽、冰和水蒸汽两相共存时其压力和温度之间的关系。
分别称为溶化线、沸腾线和升华线。
此三条曲线将图面分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个区域,分别称为固相区、液相区和气相区。
箭头1、2、3分别表示冰溶化成水,水汽化成水蒸汽和冰升华成水蒸汽的过程。
曲线OB的顶端有一点K,其温度为374℃,称为临界点。
若水蒸汽的温度高于其临界温度374℃时,无论怎样加大压力,水蒸汽也不能变成水。
B真空冷冻干燥技术PPT课件
SIP 在线灭菌
蒸汽灭菌 121 ℃ F0>8
SIP
VHP 气化双氧水灭菌
气体灭菌 VOP 臭氧消毒
EO 环氧乙烷灭菌
目前国际、国内的GMP标准主要推荐使用蒸汽灭菌的方法
CIP在线清洗
复压过滤器的灭菌与完整性试验
冻干结束后,为了向药瓶内导入包括不活性气 体的无菌气体,必须在复压回路设置无菌过滤 器。
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GMP 无菌技术
无菌技术 按照现行的药品生 产管理法规,对整 个药品生产过程进 行控制,以防止制 品在生产过程中不 被污染。
冻干原理
冻干(冷冻干燥)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。
冷冻干燥的应用
医药行业 如:生物工程、生物制品(疫苗、血制
真空冷冻干燥技术
设计制造技术
控制 制造 设计 真空
冷冻 循环
冻干技术 利用冻干的微观 机理,使用冻干 曲线来最大程度 做出好的产品, 并且不断的优化 曲线,来节约生 产运行成本。
冷冻干燥
优化曲线 冻干工艺
冻干技术
FDA
设计制造技术 通过合理的利用冻干原 理,并且结合其他现代 技术,生产制造一台能 够符合现代药品生产的 冻干设备。
冷冻干燥技术设备培训讲座PPT冻干机维护保养培训教材_OK
冻干技术原理及其特点
冷冻干燥技术-冻干技术原理及其特点
1 冻干技术原理: 冷冻干燥的机理就是将需干燥的物料在低温下先行冻结
至其共熔点以下,使物料中的水分变成固态的冰,然后在适当的 真空环境下,通过加热,使冰直接升华为水蒸气而除去,从而获 2得干冻燥干的技制术品特。点:
冻干是一种使物料在低温低压下脱水的干燥工艺,与其他 干燥方法相比,具有药品不变质、易长期储存、药剂定量准确、 脱水彻底、易复水再生、易进行无菌操作、利于热敏性药物 保持活性、挥发成分损失少等优点;但也存在设备要求高、 投资大、干燥速率低、时间长、能耗高、产品成本高等缺点 和不足。
②提高非晶相的最大浓缩液玻璃化转变温度。从非晶相中 除去Tg’较低的结晶成分,能够提高非晶相的Tg’。在研究 非晶态碳水化合物的水合物结晶规律时发现,经过退火之后的 海藻糖干燥溶液的Tg’由31℃上升到79℃,大大提高了稳定作 用。
③改变冰晶形态和大小分布,提高干燥效率。不同成核温 度产生不同的冰晶形态和粒径大小,继而导致升华干燥的速 率不均匀。而一个过程中的干燥速率是由最慢的干燥药品确 定的,因此不均匀的干燥速率会影响药品质量和生产经济性。 退火过程中的行为和重结晶可以减小由于成核温度差异造成 7 的冰晶尺寸差异及干燥速率的不均匀性,提高干燥效率和药
冷冻干燥技术
2021/8/11
设备培训教材 秦刚
2012.09.17
1
目录
• 冻干技术原理及其特点 • 冻干过程的技术指标 • 冻干的质量评价 • 冻干技术在中药领域中的应用 • 制冷系统的组成 • 制冷系统的维护和保养 • 真空系统的组成 • 真空系统的维护和保养
2
冷冻干燥技术-冻干技术原理及其特点
冷冻干燥技术-冻干的质量评价
真空冷冻干燥技术讲解
整个升华干燥的时间约 12~24h 左右有的甚至更长,与产品在每瓶内的装量,总装 量,玻璃容器的形状、规格,产品的种类,冻干曲线及机器的性能等等有关。
冻干结束后,要充入干燥无菌的空气进入干燥箱,然后尽快地进行加塞封口,以防 重新吸收空气中的水分。
在冻干过程中,把产品和板层的温度、冷凝器温度和真空度对照时间划成曲线,叫 做冻干曲线。一般以温度为纵坐标,时间为横坐标。冻干不同的产品采用不同的冻干曲 线。同一产品使用不同的冻干曲线时,产品的质量也不相同,冻干曲线还与冻干机的性 能有关。因此不同的产品,不同的冻干机应用不同的冻干曲线。图十四是冻干曲线示意 图(其中没有冷凝器的温度曲线和真空度曲线)。
下使水蒸汽直接升华出来。而物质本身剩留在冻结时的冰架子中,因此它干燥后体积不
变,疏松多孔。在升华时冻结产品内的冰或其它溶剂要吸收热量。引起产品本身温度的
下降而减慢升华速度,为了增加升华速度,缩短干燥时间,必须要对产品进行适当加热。
整个干燥是在较低的温度下进行的。
冷冻干燥有下列优点:
⑴冷冻干燥在低温下进行,因此对于许多热敏性的物质特别适用。如蛋白质、微生
但某些已经干燥的产品当温度升高到某一数值时,会失去刚性,变得有粘性,发生 类似塌方的崩解现象,使干燥产品失去疏松多孔的状态,封闭了下层冻结产品水蒸汽的 逸出通路,妨碍了升华的继续进行。
03-冻干工艺培训教材第一章、前言
03-冻干工艺培训教材第一章、前言一、国内、外真空冷冻干燥技术的进展1、国外真空冷冻干燥技术的进展历程及现状冷冻干燥技术是指将水溶液在低温下冻结,而后在真空状态下将其中的水分不通过液体状态而直截了当升华,如此干燥后的物质,其物理、化学和形状差不多不变,有效成分缺失小,复水性好,密封储存周期长。
冷冻干燥能专门好的储存食物早就为人们所知,古代北欧的海盗利用干寒空气的自然条件来干燥和储存食物,确实是其中一例。
然而,将冷冻干燥作为科学技术,依旧近百年来的事。
1890年阿特曼(Altmann)改变过去制作标本的方法,采纳冷冻干燥的方法成功冻干储存了各种器官和组织,他的工作确立了生物标本系统的冻干程序,这是冻干在制作生物标本中的最早应用。
1909年谢盖尔(Shackell)将冻干引入细菌学和血清学领域。
他采纳盐冰预冻,在真空状态下,用硫酸作吸水剂,对补体、抗毒素、狂犬病毒等进行冻干,其设备虽十分简单,但却是后世先进冻干机的雏形。
1912年卡瑞尔(Carrel)第一提出用冻干技术为外科移植储存组织。
1935年第一台商业用冻干机咨询世,1940年冻干人血浆开始投入市场。
第二次世界大战中,由于冻干人血浆和青霉素的大量需求,推动了冻干在医药、血液制品等方面的应用和迅速进展。
战后,冻干法又迅速扩展到各种疫苗、药品等领域。
1930年弗洛斯道夫进行了食品冻干的试验,1949年他在著作中展望了冻干在食品中和其他疏松材料方面应用的前景。
二次世界大战后,英国食品部在阿伯丁的试验工厂也进行了食品冻干的研究。
他们在综合了当时一些研究成果的基础上,于1961年公布了试验成果,证明冻干法用于食品加工是一种能获得优质食品的方法。
随后在美、日、英、加等国相继建立起冻干食品的工厂,到1965年全球已有食品冻干厂50多家。
现在冻干食品除在宇宙航行、军队、登山、航海、探险等专门场合受到欢迎外,在一样的民用食品中也确立了稳固的地位。
目前,世界上已有较大规模的真空冷冻干燥食品企业130多家.真空冻干食品也在欧美日等国市场迅速流行。
真空冷冻技术讲解
真空冷冻干燥技术讲解⑴上海东富龙科技有限公司张耀平第一节冷冻干燥技术原理干燥是保持物质不致腐败变质的方法之一。
干燥的方法有许多,如晒干、煮干、烘干、喷雾干燥和真空干燥等。
但这些干燥方法都是在0℃以上或更高的温度下进行。
干燥所得的产品,一般是体积缩小、质地变硬,有些物质发生了氧化,一些易挥发的成分大部分会损失掉,有些热敏性的物质,如蛋白质、维生素会发生变性。
微生物会失去生物活力,干燥后的物质不易在水中溶解等。
因此干燥后的产品与干燥前相比在性状上有很大的差别。
而冷冻干燥法不同于以上的干燥方法,产品的干燥基本上在0℃以下的温度进行,即在产品冻结的状态下进行,直到后期,为了进一步降低干燥产品的残余水份含量,才让产品升至0℃以上的温度,但一般不超过40℃。
冷冻干燥就是把含有大量水分物质,预先进行降温冻结成固体,然后在真空的条件下使水蒸汽直接升华出来。
而物质本身剩留在冻结时的冰架子中,因此它干燥后体积不变,疏松多孔。
在升华时冻结产品内的冰或其它溶剂要吸收热量。
引起产品本身温度的下降而减慢升华速度,为了增加升华速度,缩短干燥时间,必须要对产品进行适当加热。
整个干燥是在较低的温度下进行的。
冷冻干燥有下列优点:⑴冷冻干燥在低温下进行,因此对于许多热敏性的物质特别适用。
如蛋白质、微生物之类不会发生变性或失去生物活力。
因此在医药上得到广泛地应用。
⑵在低温下干燥时,物质中的一些挥发性成分损失很小,适合一些化学产品、药品和食品干燥。
⑶在冷冻干燥过程中,微生物的生长和酶的作用无法进行,因此能保持原来的性状。
⑷由于在冻结的状态下进行干燥,因此体积几乎不变,保持了原来的结构,不会发生浓缩现象。
⑸干燥后的物质疏松多孔,呈海绵状,加水后溶解迅速而完全,几乎立即恢复原来的性状。
⑹由于干燥在真空下进行,氧气极少,因此一些易氧化的物质得到了保护。
⑺干燥能排除95-99%以上的水分,使干燥后产品能长期保存而不致变质。
因此,冷冻干燥目前在医药工业、食品工业、科研和其他部门得到广泛的应用。
第5章食品真空冷冻干燥技术ppt课件
冷藏与制冷技术
5.1真空冷冻干燥基本原理和过程
n5.1.1真空冷冻干燥基本原理
n水的平衡相图
n 生产中采用真空冷冻技术对固体湿物料的干燥, 通常是除去物料中的水分。因此,要了解真空冷 冻原理,首先须了解水的有关物性。
冰(s)
熔化
气化
水(l)
水蒸气(g)
凝固 升华 液化
凝华
中国历史上吸烟的历史和现状、所采 取的措 施以及 由此带 来的痛 苦和灾 难,可 以进一 步了解 吸烟对 人民健 康的危 害,提 高师生 的控烟 意识
冷阱的低温使其内的水蒸气压低于干燥箱中的水 蒸气压,形成水蒸气传递的推动力。
中国历史上吸烟的历史和现状、所采 取的措 施以及 由此带 来的痛 苦和灾 难,可 以进一 步了解 吸烟对 人民健 康的危 害,提 高师生 的控烟 意识
冷藏与制冷技术
3、升华干燥过程(一次干燥)
(1)物料冻结和干燥过程中的含水量变化
冷藏与制冷技术
5.1.2真空冷冻干燥基本过程
1.物料的预处理
在对食品冷冻干燥之前,必须对其进行一些必 要的物理、化学处理,包括清洗、分级、切片、 烫漂、杀菌、浓缩等。
对于不同的食品,预处理内容也有所不同,食 品冷冻干燥时,一般不加添加剂,在对药品和 细胞冷冻干燥之前,必须加一些添加剂,以保 证冻干产品效果良好,保持药品的活性和保持 细胞的存活。
冷藏与制冷技术
3、升华干燥过程(一次干燥)
一般冷冻干燥采取的绝对压力为0.2kPa左右。 升华时所需的热量由加热设备提供,热量从下 搁板通过物料底部传到物料的升华前沿,也从 上搁板以辐射形式传到物料上部表面,再以热 传导,经已干层传到升华前沿。
中国历史上吸烟的历史和现状、所采 取的措 施以及 由此带 来的痛 苦和灾 难,可 以进一 步了解 吸烟对 人民健 康的危 害,提 高师生 的控烟 意识
冷冻干燥技术讲义
第一章前言3第一节冷冻干燥的原理8第二节冷冻干燥的一般过程10第四节冻干过程中主要参数的控制16第四章冻干工艺的一般原则和标准操作规程18第一节冻干工艺的一般原则18第二节真空冷冻干燥的标准操作规程22第五章冷冻干燥设备的安装与调试24第一节冻干机的安装要求24第二节冻干机的运行调试25第三节系统常见故障分析及日常维护26第六章制药冻干机设备的GMP验证28第一节GMP验证的基本概念28第二节验证的类型28第五节冻干机验证的一般步骤及主要内容31第七章药品冷冻干燥的GMP工艺验证35第八章药品冷冻干燥工艺的放大46第一节中间试验放大的问题点47第二节瓶药传热及升华速度的理论解析47第三节将试验机的冻干结果往生产装置上放大工艺49附录一专业术语52附录二系统的常见故障分析53附录三常用单位换算57附录四水的饱和蒸汽压力(-99℃~-1℃)58附录五真空冷冻干燥系统验证方案59第一章前言一、国内、外真空冷冻干燥技术的发展1、国外真空冷冻干燥技术的发展历程及现状冷冻干燥技术是指将水溶液在低温下冻结,而后在真空状态下将其中的水分不经过液体状态而直接升华,这样干燥后的物质,其物理、化学和形状基本不变,有效成分损失小,复水性好,密封保存周期长。
冷冻干燥能很好的保存食物早就为人们所知,古代北欧的海盗利用干寒空气的自然条件来干燥和保存食物,就是其中一例。
但是,将冷冻干燥作为科学技术,还是近百年来的事。
1890年阿特曼(Altmann)改变过去制作标本的方法,采用冷冻干燥的方法成功冻干保存了各种器官和组织,他的工作确立了生物标本系统的冻干程序,这是冻干在制作生物标本中的最早应用。
1909年谢盖尔(Shackell)将冻干引入细菌学和血清学领域。
他采用盐冰预冻,在真空状态下,用硫酸作吸水剂,对补体、抗毒素、狂犬病毒等进行冻干,其设备虽十分简陋,但却是后世先进冻干机的雏形。
1912年卡瑞尔(Carrel)首先提出用冻干技术为外科移植保存组织。
冷冻干燥技术基础知识讲解53页PPT
1、战鼓一响,法律无声。——英国 2、任何法律的根即 明示道 理。— —爱·科 克
3、法律是最保险的头盔。——爱·科 克 4、一个国家如果纲纪不正,其国风一 定颓败 。—— 塞内加 5、法律不能使人人平等,但是在法律 面前人 人是平 等的。 ——波 洛克
谢谢你的阅读
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71、既然我已经踏上这条道路,那么,任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远,吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应,言行相称。——韩非
真空冷冻干燥技术.讲课讲稿
• 为保持干制食品含水在5%以下,包装内应放入干 燥剂以吸附微量水分。包装材料要求密闭性好, 强度高,颜色深。
• 物料干燥是在低温下进行 (-40℃),且处于高真空 状态,因此,特别适用于热 敏性高和极易氧化的物料的 干燥,可以保留新鲜物料色、 香、味及营养成份不损失;
真空冷冻干燥技术.
• 真空冷冻干燥技术简称冻干 技术,是真空技术与冷冻技 术相结合的新型干燥脱水技 术。是将食品先冻结,然后 在较高的真空度下,通过冰 晶升华作用将水分出去而获 得干燥的方法。
它包含真空、制冷、流体、生物工程、 传热传质和自动控制等方面知识。由于 干燥过程实在低温、真空状态下进行, 物料中的水分直接从固态升华为气态, 因而可以最大限度地保持被干物料的色、 香、味、形状和营养成分,而且复水性 能好。应用该技术的冻干产品能够很好 地吻合“绿色食品”、“保健食品”、 “方便食品”三大食品的发展趋势,因 此冻干食品逐渐被人们关注和青睐。
• 干燥制品不失原有的固体骨架 结构,保持物料原有的形态;
• 冻干制品成海绵状,无干缩, 故复水性极好,比其它干燥方 法产生的物料复水后更接近新 鲜物料原形
• 在升华过程中溶于水中的可溶性 物质就地析出,避免了一般干燥 方法中因物料内部水分向表面迁 移而将无机盐和营养物携带到物 料表面而造成表面硬化和营养损 失的现象;
• 冻干制品采取真空或充氮包装及避光保 存,可保持5年不变质。由于质量轻, 可室温贮运销售,对营销十分有利。与 速冻制品相比,免除了运输储存和销售 过程中小号很高的冷藏链。真空速冻干 燥技术被国内外认为是生产高品质制品 的理想的加工方法。因此,冻干食品在 国际市场的价格似乎热风干燥食品的 4~6倍,是速冻食品的7~8倍。
冷冻干燥技术推荐教材与补充讲义
《冷冻干燥原理》前言冷冻真空干燥也叫干燥。
升华干燥或简称冻干。
它是干燥方法之一,目的是为了贮存物品。
物品之所以会损坏、腐烂、变质,主要是由于外因和内因二个因素引起,外因者,空气、水、温度、生物等的作用;内因者,主要是生物物质自身的新陈代谢作用。
如果能使外因和内因的作用减小到最低程度,则能达到物品在一定时间内保持不变的目的。
干燥法就是驱除物品内部所含的水份,因为水份是一切生物生长的必要条件之一。
生物体水份减少到一定程度,则生物不易或不能生长繁殖。
因而能较长时间的贮藏保存;另外,当有水份存在时,一些酸碱溶解其内还会发生一些化学作用而使物品变质。
干燥的方法很多,如晒干、烘干、煮干、晾干、喷雾干燥、真空干燥、冷冻干燥等。
其中唯有冷冻干燥法是保存有生命生物物质的最理想方法。
冷冻干燥之后的产品,进行真空或氮气封口,以隔绝空气特别是氧气,再在低温下存放,则水份、空气、温度三个因素被控制,使产品能在较长的时间内得到有效的保存。
冷冻干燥技术是在第2次世界大战期间,因大量需要血浆和青霉素而发展起来的。
现在已广泛应用于化学、制药工业、食品工业和科学研究等方面,特别是应用于含有生物活性物质的生物药品方面最为普遍。
我国在解放前就已使用冷冻干燥法制造疫苗,但数量极少,仅应用于人医,解放后我国的冷冻干燥事业得到迅速发展。
1952年起开始在兽医界应用,并在国内制造了一批大、中型的冷冻干燥机,现在全国所有的省、市自治区均有各种不同型号的冷冻干燥机。
在兽医方面,主要用于各种兽用微生物的贮存,各种兽医生物药品的制造,一切用于猪、牛、马、鸡、鸭、鹅、兔、狗的各种预防疾病的药品均离不开冷冻干燥机。
冷冻干燥属于边缘科学,它涉及到物理、化学、生物学等知识,包括制冷、真空、电工、仪表等技术。
因此也是一门综合性的专业科学技术。
第一章基础知识第一节物态的变化我们生活在物质世界之中,在我们周围的一切,如空气、水、铁等都是物质,一切物质均在不断地发生变化。
冷冻干燥技术 ppt课件
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冷冻干燥技术
空气干燥 :主要是对空压机高品质高要求压缩空气的冷冻干燥,可得到 无油的干燥压缩空气。 食品行业的应用:几乎所有的农副产品 , 如肉 、禽 、蛋 、水产品、 蔬菜、瓜果等都可以制成冻干食品 。 在材料制备中的应用:作为一种先进的低温化学制备方法,可以应用于 材料制备领域中,用来制备金属超微粉体,合成金属氧化物、复合氧化物 等精细陶瓷粉末。 生物行业的应用:动物的器官、组织;鲜花等植物类的等亦用此法干燥 保存。
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冷冻干燥技术
缺点:
设备结构复杂、一次性投资大; 干燥过程中制冷、加热系统能耗占总能耗的 80% 以上,生产成本高,效率低; 干燥产品呈多孔疏松状结构,暴露于空气中容易 吸湿和氧化,对包装和贮藏条件有特殊的要求。
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冷冻干燥技术
1.冷冻干燥在药学上的应用 2.冷冻干燥在中药领域中的应用 3.冷冻干燥在生物制药方面的应用 4.冷冻干燥的其他应用
电容测定法:
在冷冻与加热过程中,随着水分的结晶与熔化,电容量将发生显著变化,利 用给这一性质,可以测定共晶点并探测产品是否冻结完全。
热分析法(DSC):
DSC是基于冻结的药品在升温过程中温度达到共熔点时会有能量的吸收,用 热分析仪来测定该能量吸收峰,可计算得到共晶点温度。
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冷冻干燥技术
许多溶质在冷冻过程中不能形成共熔相,当温度降低时,冷冻 浓缩液会变得更浓更粘稠,同时有冰产生;当温度降低到某一温度 时,很小的温度变化就可能引起冷冻浓缩液粘度显著增加,同时冰 的结晶停止,此时的温度叫做玻璃化转变温度(Tg’)。
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冷冻干燥技术
1.用于不稳定药物的干燥 主要适用于受热不稳定、易氧化、贮存过程易水解的药物。 例如青霉 素、链霉素、苯巴比妥纳、激素类及药用酶等制剂。 2.在药物剂型方面的应用 主要是解决药物剂型不稳定的问题,可以解决在乳剂和混悬剂中出现的 油滴、粒子发生沉降絮凝等现象,保持良好的分散状态。 3.可使固体药物粒度减小 可以较好地解决固体药物的分散,不但使药物粒度减少,而且能够改善疏 水性药物的溶解性能,增加它们的溶解度
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《冷冻干燥原理》前 言冷冻真空干燥也叫干燥。
升华干燥或简称冻干。
它是干燥方法之一,目的是为了贮存物品。
物品之所以会损坏、腐烂、变质,主要是由于外因和内因二个因素引起,外因者,空气、水、温度、生物等的作用;内因者,主要是生物物质自身的新陈代谢作用。
如果能使外因和内因的作用减小到最低程度,则能达到物品在一定时间内保持不变的目的。
干燥法就是驱除物品内部所含的水份,因为水份是一切生物生长的必要条件之一。
生物体水份减少到一定程度,则生物不易或不能生长繁殖。
因而能较长时间的贮藏保存;另外,当有水份存在时,一些酸碱溶解其内还会发生一些化学作用而使物品变质。
干燥的方法很多,如晒干、烘干、煮干、晾干、喷雾干燥、真空干燥、冷冻干燥等。
其中唯有冷冻干燥法是保存有生命生物物质的最理想方法。
冷冻干燥之后的产品,进行真空或氮气封口,以隔绝空气特别是氧气,再在低温下存放,则水份、空气、温度三个因素被控制,使产品能在较长的时间内得到有效的保存。
冷冻干燥技术是在第2次世界大战期间,因大量需要血浆和青霉素而发展起来的。
现在已广泛应用于化学、制药工业、食品工业和科学研究等方面,特别是应用于含有生物活性物质的生物药品方面最为普遍。
我国在解放前就已使用冷冻干燥法制造疫苗,但数量极少,仅应用于人医,解放后我国的冷冻干燥事业得到迅速发展。
1952年起开始在兽医界应用,并在国内制造了一批大、中型的冷冻干燥机,现在全国所有的省、市自治区均有各种不同型号的冷冻干燥机。
在兽医方面,主要用于各种兽用微生物的贮存,各种兽医生物药品的制造,一切用于猪、牛、马、鸡、鸭、鹅、兔、狗的各种预防疾病的药品均离不开冷冻干燥机。
冷冻干燥属于边缘科学,它涉及到物理、化学、生物学等知识,包括制冷、真空、电工、仪表等技术。
因此也是一门综合性的专业科学技术。
第一章 基础知识第一节 物态的变化我们生活在物质世界之中,在我们周围的一切,如空气、水、铁等都是物质,一切物质均在不断地发生变化。
一种最常见的物质存在形态有三种:即气态、液态和固态。
即使同一种物质也有三种形态。
例如水,在摄氏零度时结成冰变成固态,而在摄氏一百度时则变成蒸汽而成气态,在0~100℃之间则是液态,可见在一定的条件下,物质的形态能够互相发生转化。
物质是由分子组成的,在物质的三种形态变化中,物质的本质并没有发生变化。
物质的气态、液态和固态三者的主要区别在于物质分子间的距离和作用力的大小不同,这些仅是程度上的差别,本质上是相同的。
气态物质分子间的距离较大。
分子间的相互作用力较小,以致气态物质不能单独地维持自己的形态和体结,总是充满在容纳它的物体之中,液态物质分子间的距离较气态小,作用力较大。
因此液态物质只能单独地保持其体积而不能保持起形状。
固态物质分子间的距离小,作用力大,因此固态物质能保持自己的独立形状和体积。
物质在发生形态的变化时,伴随着热量的变化。
如冰熔化要加热,水变成汽也要加热,说明它们吸收热量;相反,水结成冰要移去热量,汽变成水也要移去热量,说明它们放出热量。
一般地说,从固态变成液态,液态变成气态,固态直接变成气态的过程是从分子排列密,相互作用力大的状态,变为分子排列疏,作用力小的状态;这一过程要从外界吸取热量,而相反的过程则向外界传递热量。
如图一所示。
由固体变成液体的过程叫做熔化。
将固体加热,当升高到一定的温度时固体即变成液体。
固体物质熔化时的这个温度称为熔点,固体熔化时内能增加,因此需要从外界吸收热量,一些物质的熔点见表一。
表一一些物质的熔点(℃)物质熔点物质熔点冰0 玻璃460~800氨-77.7 铜1083F-12 -155 铝658F-22 -160 钢铁1300-1400水银-39 锡232酒精-114 钨3410 单位质量的物质,由固体变为同温度的液体所需要吸收的热量叫做该物质的熔化热。
物质的熔点和熔化热随压强的变化而变化。
一些物质的熔化热见表二。
单位为卡/克。
表二 一些物质的熔化热(卡/克)物质熔化热物质熔化热冰79.4 锡14.5水银 2.8 铝92.4氯化钠123.5 铜51由液体变为固体的过程叫做凝固。
它是熔化的逆过程。
物体由液体变为固体时要放出热量,放出的热量与该物质的熔化热相等。
凝固是在与熔化相同的温度下进行的,所以同一物质的熔点和凝固点是一样的。
物质由液态变成气态或固态直接变气态的过程都称为汽化过程,它可分为蒸发、沸腾和升华三种情况。
蒸发是指在任何温度下(只要低于临界温度)液体表面的汽化过程。
在制冷技术中。
“蒸发”通常代表液体的沸腾过程。
将液体加热到一定的温度,液体逐渐变成蒸汽;当蒸汽的形成不仅来自液体表面,而且来自液体内部,形成许多小汽泡上升至液面上方空间时称为沸腾。
也就是温度升高到液体的蒸汽压力与周围的空间压力相等时,液体即开始沸腾。
液体开始沸腾时的温度叫做沸点。
沸腾也是同时发生在液体内部和表面的汽化现象。
一些物质的沸点见表三。
表三一些物质的沸点(℃)物质沸点物质沸点铁2840 氮-196铅1755 氧-183水银357 氨-33.4水100 F-12 -29.8酒精78 F-22 -40.8某固体不经过液态而直接变成汽化现象叫做升华。
升华是固体的直接汽化过程。
容易升华到固体叫挥发性固体。
物质在汽化时要吸收热量,单位质量的液体变成同温度的汽体所吸收的热量叫做汽化热,因为也是蒸发时所吸收的热量,所以也可叫做蒸发热。
熔化热和汽化热都叫做物体的潜热,一些物质的汽化热见表四,单位为卡/克。
将蒸汽冷却或与压缩空气同时进行,使蒸汽转变为液体的过称叫做液化。
(温度和压力都要在小于临界值的条件下)。
单位重量的蒸汽变成同温度的液体所移去的热量称为冷凝热。
冷凝时的温度叫做冷凝温度,冷凝温度在冷凝过程中保持不变。
它与冷凝蒸汽的压力有关。
表四 一些物质的汽化热(卡/克)物质汽化热物质汽化热水536.5 氨327.3酒精216.4 F-12 40水银68.7 F-22 56当蒸汽遇到比该蒸汽物质的凝固温度低的物体时,则蒸汽不经过液体而能直接凝固成固体而附在低温物体的表面,叫做凝华。
例如水蒸汽遇到比水的冰点低的物体时,它就在低温物体的表面结成冰霜,它实际上是升华的逆过程,这一过程显然是要放出热量的。
这一现象在制冷和冷冻干燥中是经常遇到的。
第二节 热和温度热是物质运动的形式之一。
任何物质都是有许许多多的分子所组成,而这些分子都在不停地作无规则的运动,我们称之热运动,而这些无规则运动的分子所具有的能就叫做热能。
热能的大小用温度来表示。
温度越高,分子运动越剧烈。
物体的热能也就越多;温度低,分子运动缓慢,物体的热能就少。
温度就是表示物体热和冷的程度,热和冷是相对的。
它们都是表示物体所含热能的多少或温度的高低。
增加物体的热能叫做加热;移去物体的热能叫做制冷。
温度常用摄氏和华氏二种温标来表示。
摄氏温标:在标准大气压下,以水的冰点为0,水的沸点为100,在0和100之间分成100等分。
每一等分叫1度。
这种温标就叫做摄氏温标,用符号℃表示。
华氏温标:在大气压下,以水的冰点为32,水的沸点为212,在32和212之间分成180等分,每一等分叫1度,这种温标就叫做华氏温标,用符号°F表示。
华氏和摄氏和用下面的公式进行换算:华氏换摄氏:℃=5/9×(°F-32)另外还有一种温标叫开氏温标,以摄氏零下273.15度作为零度,开氏温标符号用号°K表示。
开氏温标也叫绝对温标;开氏零度即摄氏273.15也叫绝对零度。
绝对零度是达不到的。
温度只能表示物体冷热的程度,温度高或者温度低,不能从数量上来表示物体热能的多少。
因此就有热量的概念:物体吸收或放出热能的多少叫做热量。
计算热量的单位是卡或千卡,千卡又叫大卡,1大卡=1000卡。
卡的单位是这样规定的:把1克水的温度升高或降低1℃所吸收或放出的热量规定为1卡。
还有一种热量单位叫做英热单位,它是这样规定的:1磅水升高1°F所需的热量称为1个英热单位(B、T、U),I英热单位=252卡。
质量相同的不同物质温度升高1℃时所需的热量是不相同的,我们把单位质量的某种物质温度升高或降低1℃时所吸收或放出的热量,叫做这种物质的比热。
单位是卡/克·度,读作每克每度卡,一些物质的比热见表五。
表五 一些物质的比热(卡/克·度)物质比热物质比热水 1 铜0.091冰0.43 钢铁0.11水蒸汽0.45 铝0.21F-12 0.225 水银0.033氨0.52 玻璃0.20空气0.24 酒精0.58热量能通过传导、对流、辐射三种方式进行传递。
传导:在受热不均匀的物体中,热从高温处依靠物体的分子逐渐传到低温处的现象,称为热的传导。
这种方式的热交换一直进行到整个物体的温度相等为止。
传导在固体、液体和气体之间均能发生,传导作用必须要使物体相互接触才能完成。
一切金属是传导的良导体,非金属是热的不良导体。
物质传导热的能力可用导热系数来表示。
导热系数是热的传导作用在1平方厘米截面上一秒钟内当温差为1℃时通过长度1厘米的热量卡数。
单位卡/厘米·度·秒,一些物质的导热系数见表六。
表六 一些物质的导热系数(卡/厘米·度·秒)物质导热系数物质导热系数银0.97 玻璃0.0014~0.0018铜0.92 水0.00142铝0.50 冰0.0055钨0.48 空气0.000057铁0.16 棉花0.00014 对流:在液体或气体(包括蒸汽)中,热量靠物质的流动从一部分向另一部分转移的传递方式称为对流。
含热的液体或气体,体积因热而膨胀,密度减少,于是因重量减轻而上升,其周围冷的部份就补充原来地位,形成了对流,热的对流只发生在液体或气体中,而且必与传导同时发生。
辐射:高温热源通过空间射向低温物体,使低温物体受热升温,这种热量的传递方式叫做辐射、热射与光相似,它以直线方式进行,可以在真空中传播;辐射可以通过空气和玻璃等透明介质,而这些透明介质本身吸热极少,表面黑、粗糙的物体善于吸收热;表面白亮光滑的物体不善于吸收热和辐射热,但善于反射热。
事实上,热量传递的三种方式并非单独进行,而是一种方式伴随着另一种方式同时进行,或者是三种方式同时进行的。
为了衡量物体温度高低的程度,就需要对温度进行测量,温度的测量是利用温度计来完成的。
常见的温度计有液体温度计、压力式温度计、双金属温度计、热电偶、热电阻和热敏电阻等。
液体温度计是利用了某些液体的热胀冷缩原理制成的,它封灌在一根细长的玻璃管中,一端有一个膨大部分,以容纳工作液体。
常用的液体有酒精、煤油、水银等。
压力式温度计是利用了二种不同金属的不同热膨胀系数原理制成的,双金属片卷成螺旋形。
当温度变化时,引起双金属片的运动,从而带动指针指示出了温度。