冷冻干燥法

汽化線 三相點 B
昇華線 D
C
氣相 溫度
原理：水分在低溫及極低溫狀態下直接昇華成為水蒸氣離開樣品， 原理 水蒸氣再經由另一個更低溫之凝結器 (condenser) 直接固化後收集， 直到樣品完全脫水。 Press-Temperature diagram
1atm, 0C Liquid solid -80cal/g
冷凍乾燥的流程: 冷凍乾燥的流程
a. 預先冷凍 (pre-freezing): 將樣品先凍結以備 昇華之用。 b. 初步乾燥 (primary drying): 冰不融化直接 昇華脫離。 c. 二次乾燥 (secondary drying): 將結合在固態 物體上殘餘之水氣，再度使 其成氣態脫離。
Macrowave Drying I,
I:primary industrial scale; L: primary laboratory scale 實驗室常用者: 實驗室常用者 air drying、oven drying、 freeze drying 、 、
冷凍乾燥 (Freeze drying、lyophilization) 、
Triple point 三相點
1mbar solid vapor +680cal/g
-20C
How Freeze-Drying Works
1.Freezing: The product is frozen. 2.Vacuum: After freezing, the product is placed under vacuum.
3.二次乾燥
在主要乾燥完全後，樣品幾乎完全乾燥，但仍 有剩餘受限制的溫度達7-8%，所以在樣品可容 許範圍內可提高溫度，其他條件不變動。此階 段所需時間約主要乾燥時間的1/2-1/3。
氣 壓
固相 A
熔解 線
液相
A點：共熔點 點 或玻璃狀點 (預冷 預冷) 預冷 B點：關鍵的 點 崩潰點 C點：利用真 點 空幫浦降至C 空幫浦降至 點 D點：冷凝的 點 溫度(溫度不 溫度 溫度不 可低於D點 可低於 點)
Clear vacuum oil
影響冷凍乾燥速度之因子
1. 樣品厚度及表面積 2. 冷凝器溫度及真空度 3. 樣品及熔度所含溶質濃度 4. Capacity of freeze dryer 5. 揮發性物質之影響— 一般會降低因而降低 eutectic temperature 乾 燥速率，可以稀釋處理之。
冷凍乾燥法
-----2008.9.23 Shu-fong Huang
Drying、Dehydration: a process where the solvent in the sample, in our case water, is physically removed from the sample, such that the solids are obtained in an essentially dry ( water-free) condition.
2.初步乾燥 2.初步乾燥 (primary drying)
→兩個變數是溫度與壓力，樣品之溫度比冷凝器高， 分子移動會由氣壓高至氣壓低，此平衡是理想乾燥之 關鍵。→幫浦、冷凝器 → →樣品溫度與冷凝器的溫度一般為-25℃和-60℃， 在該溫度下水的飽和蒸氣壓分別為0.476和0.0081 Torr，因而在真空乾燥腔體 真空冷凝腔體 真空乾燥腔體與真空冷凝腔體 真空乾燥腔體 真空冷凝腔體之間便產 生一個相當大的壓力差，它將促使樣品昇華出來的水 蒸氣以一定流速流向凝結器而凍結成冰霜。
VENT: 將 Tubing and valve system close, 此時 sample chamber 與外界 相通
若轉至VENT 中間, 及VAC 中間 則4,2系統各 自成為封閉 系統, 維持原 有之壓力狀 態
VAC: 將 4及2 相通, 此時sample chamber 之壓力會逐漸降至真空
பைடு நூலகம்
冷凍乾燥可做生物體長時間的穩定保存, 冷凍乾燥可做生物體長時間的穩定保存, 在化學分析上具有濃縮作用, 在化學分析上具有濃縮作用,可提高分析的靈敏度
原理 冷凍真空乾燥是一種連續性的製程，在 此製程中樣品內的水份先被凍結至一適 當低溫後，再於一高度真空的空間中， 在低溫度、低壓力之環境條件下，利用 昇華原理，樣品內的水份將直接由固體 （冰）不經液體狀態而變為氣體後再被 排除，達到乾燥之作用。
定義：在不改變生物體本身的生化結構 活性 生化結構及活性 生化結構 下，去除其中之水分，而乾燥之。 *傳統乾燥法--- 導致物質皺曲、細胞破壞 *冷凍乾燥法--- 利用水分昇華 昇華的方式，將生物 昇華 體中的水分由結冰狀態直接氣而乾燥，對其 物化性將不會改變。 優點：低溫下一切反應停止，乾燥過程中水 分子直接昇華 昇華(sublimation)，樣品結構保持 昇華 完整。
下層低溫控制開關【B】， 槽 式 冷 凝 管 控 制 開 關 下層真空pump【C】 【 】 下層真空 當真空顯示表 100micron Hg， 可 ， 下層 真空馬達 當溫度顯示表 T＜-50℃ 始可打開真空馬達
condenser chamber
槽 式 冷 凝 管
Condenser 冷凝器
Dirty oil 真空 馬達
吸熱- 降低壓力 - 移走水蒸氣 - 凝結成冰
Refrigeration compressor 冷凍加壓系統 槽式冷凝管
Labconco 冷凍乾燥機 機器分成 1.上層 Stopping trap drying 上層 三層加熱式乾燥室） （三層加熱式乾燥室） 2.中層 中層Freeze Flask 中層 冷凍乾燥瓶（ 冷凍乾燥瓶（共6個） 個 3.下層機體（包括冷凝管、 下層機體（包括冷凝管、 下層機體 真空馬達、冷凍加壓系統等） 真空馬達、冷凍加壓系統等）
Freezing to very low temp– 預冷步驟
Eutetic form 共融狀態– liquid phase suddenly solidified at a temp. Glass forming 黏稠狀態—liquid phase doesn’t solidify viscous liquid
上層 Stopping trap drying 三層加熱式乾燥室） （三層加熱式乾燥室）
主開關【A】
上層洩氣裝置 VAC Release【D】
Temp. Adjust
上層power【B】及 Temp. Control【C】
中層Freeze Flask 中層 冷凍乾燥瓶（ 冷凍乾燥瓶（共6個） 個
Table. Examples of Drying processes
Freeze Drying Drum Drying Cabinet Drying Belt Drying Tunnel Drying Critical Point Drying I,L I, I,L I, I, L Spray Drying Vacuum drying Flash Drying Microwave drying Fluidized Bed Drying I,L I,L I, I, I,
Why need freeze drying?
--Preparation of tissue specimens suitable for structure (histological) studies using various microscopic techniques, including electron --Sample preparation as a step in chemical/ biochemical analysis procedures --Long-term storage stability of materials, such as foods, microbial cells, enzymes for assay kits, blood, etc. --Recovery of products from a reception mixture in an easily handled (dry) form.
This enables the frozen solvent in the product to vaporize without passing through the liquid phase, a process known as sublimation.
3.Heat: Heat is applied to the frozen product to accelerate sublimation. 4. Condensation: Lowtemperature condenser plates remove the vaporized solvent from the vacuum chamber by converting it back to a solid. This completes the separation process.