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真空冷凍乾燥機工作原理
日期：2025-05-06 16:42
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摘要：
真空冷凍乾燥機工作原理是指通過升華從凍結的生物產品中去除水分或其他溶劑的過程。升華指的是溶劑，比如水，象乾冰一樣，不經過液態，從固態直接變為氣態的過程。冷凍乾燥得到的產物稱作凍乾物（lyophilizer），該過程稱作凍乾（lyophilization）。傳統的乾燥會引起材料皺縮，破壞細胞。在冰凍乾燥過程中樣品的結構不會被破壞，因為固體成份被在其位置上的堅冰支持著。在冰升華時，它會留下孔隙在乾燥的剩餘物質裡。這樣就保留了產品的生物和化學結構及其活性的完整性。在實驗室中，凍乾有很多不同的用途，它在許多生物化學與製藥應用中是不可缺少的。它被用來獲得可長時期保存的生物材料，例如微生物培養、酶、血液、與藥品，除長期保存的穩定性以外，還保留了其固有的生物活性與結構。為此，凍乾被用於準備用做結構研究（例如電鏡研究）的組織樣品。冷凍乾燥也應用於化學分析中，它能得到乾燥態的樣品，或者濃縮樣品以增加分析敏感度。凍乾使樣品成分穩定，也不需改變化學組成，是理想的分析輔助手段。冷凍乾燥可以自然發生。在自然情況下，這一過程緩慢而且不可預測。通過冷凍乾燥係統，人們改進、細分了很多步驟，加速了這一過程。
一個基本的冷凍乾燥係統包括： 一個乾燥室或者多歧管 一個抽真空係統克服阻礙因素和加速氣體流動 一個熱源提供能量 一個低溫冷凝器，用於使蒸氣壓差*大化並捕捉蒸氣使之凍結，避免水蒸氣汙染真空泵。
冷凍乾燥過程包含三個步驟：
預凍，為接下來的升華過程準備樣品。
初級乾燥，在此過程中，冰升華而不融化。
次級乾燥，在此過程中，鍵和於固體物質的殘留水分被除去，從而留下乾燥樣品，這一步驟對保存樣品的穩定性非常重要。在殼式預凍中，凍乾瓶中的樣品浸放在低溫熱傳導液體裡旋轉，液體樣品沿凍乾瓶圓周內壁結凍，以達到更大的表麵積。這層薄的結凍層能讓水分子更加容易地穿過。一旦樣品結冰，就可以與冷凍乾燥係統連接了。初級和次級乾燥發生在樣品瓶被連接到凍乾係統時，樣品立刻暴露在一個真空條件下，從而克服氣流阻力。同時熱量被提供做能量。為接在乾燥箱或多歧管的凍乾瓶和其它玻璃容器提供熱量的熱源是室溫空氣浴。在自動壓蓋上箱，是加熱層供給。真空和熱量這些條件可幫助從冰中升華出的水蒸氣更容易地流離樣品和表層已凍乾的物質。冰凍樣品的升華效率取決於幾個因素。其中*重要的冷凍產品與收集器之間的氣壓差。*有效的冷凍乾燥發生在樣品在它所能承受的*高溫度，同時仍能保持冰凍狀態，與此同時收集器溫度和係統真空度保持在所能達到的*低值。乾燥時間的變化依賴於被冷凍乾燥的材料的低共熔溫度。對於*大多數的生物材料，這個溫度低於0℃，有的甚至要低至-40℃。高的氣壓差和溫差將產生有效的乾燥。 在初級凍乾完成後，**的冰即被升華。但是結合水仍舊存在於產品中，在次級乾燥時，*後相的乾燥，牢固鍵合於固體樣品的水，被稱為吸收水轉變成蒸氣。這一過程被稱為解吸作用。解吸是一個緩慢的過程，因為吸收水比液體水在同一溫度下氣壓更低。冷凍乾燥在樣品和收集器的蒸氣壓力相等時徹底完成。如果樣品在未完全乾燥時過早的脫離係統，它也許會很快的降解和失去結構及生物性能。
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