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Xingdeke Taishida Pharmaceutical Technology (Shanghai) Co., Ltd
実験室における凍結乾燥機の開発技術原理
日付：2025-07-23読み：3
実験室が開発した凍結乾燥機（冷凍乾燥機）の技術原理の核心は低温、低圧条件下で、材料中の水分（またはその他の溶媒）を直接固体氷から気体状態に昇華させ、それによって乾燥の目的を達成し、同時に材料の原始構造と活性を最大限に保留することにある。そのプロセスは主に3つの重要な段階に分けられる：
鄒一、予凍段階：鄒
鄒1、目的：鄒乾燥する材料（通常は溶液、懸濁液または湿った固体）をすべて凍結して固体氷晶構造にする。これは後続の昇華過程の基礎である。
鄒2、原理：原料は凍結乾燥機の乾燥室棚に置かれる。棚内部の循環冷媒（または直接冷房）またはコールドトラップ放射によって、材料温度は迅速にその共晶点（溶液に対して）または共融点（結晶混合物に対して）以下に低下し、通常は水の氷点（例えば−40℃から−50℃以下）よりはるかに低い。この段階の降温速度（徐凍または速凍）は、最終的な凍結乾燥生成物の構造（例えば氷結晶の大きさ、空隙率）と活物質の保持に重要であり、材料の特性に応じて正確に制御する必要がある。
二、一次乾燥/昇華乾燥段階：
1、目的：材料の凍結状態を維持する前提で、固体氷を直接水蒸気に転化し、除去する。
2、核心原理：
鄒真空構築：鄒真空ポンプを起動し、乾燥室を持続的に真空引きし、システム圧力を著しく低下させる（通常数十から数百パスカルの範囲内）。
鄒低温維持：鄒棚温度は比較的に低いレベルに維持し（通常-30℃から-10℃まで或いは材料によって設定する）、材料コア温度がその鄒陥没温度より低く、或いは鄒共晶/融点より低く、材料は常に凍結状態にあることを確保する。
鄒昇華発生：鄒は低温と低圧環境下（水の三相点圧力610.5 Paよりはるかに低い）で、氷分子は十分なエネルギーを得て、液体水段階を経ずに、直接固体状態鄒から鄒水蒸気に昇華する。この過程では大量の熱（昇華潜熱）を吸収する必要がある。
鄒熱量供給と平衡：鄒棚は制御可能な熱量（内部加熱媒体循環を通じて）を提供し、氷昇華に必要な吸収熱量を正確に補償する。熱不足は昇華が遅すぎたり停滞したりすることがあります。熱が多すぎると、材料が局所的に溶けたり崩れたりする可能性があります（多孔質構造を破壊する）。水分は材料内部で昇華した後、材料乾燥層に残された多孔質通路を通じて拡散する。
鄒水蒸気捕捉（捕捉）：鄒昇華により発生した大量の水蒸気は乾燥室と真空ポンプの間に位置する鄒冷トラップ（凝縮器）鄒により効率的に捕捉される。コールドトラップ温度は乾燥室（通常−50℃未満、−80℃以下）よりもはるかに低く、水蒸気が冷たいコールドトラップコイル表面に接触すると、急速に氷に凝華して付着し、それによって水蒸気が真空ポンプに入って破損するのを防止し、システムに必要な低圧環境と低い蒸気分圧差（昇華を駆動する重要な動力）を維持する。
3、ポイント：この段階で除去されるのは、品目のほとんどの自由水（品目の総水分の約90%以上を占める）である。昇華速度は、昇華界面に供給される熱、乾燥層を通過する水蒸気の伝導速度、及びコールドトラップの凝縮能力によって共通に決定される。通常は最長の期間が続きます。
鄒三、二次乾燥/脱着乾燥段階：鄒
鄒1、目的：一回の乾燥が終わった後、乾燥物の内部に残った、物料分子（例えば蛋白質、多糖類）と結合した比較的に緊密な鄒結合水820を除去する。
鄒2、原理：鄒
鄒温度上昇：鄒高真空を維持する条件下（真空度は一回の乾燥より高いかもしれない）、段階的に（時には段階的に）棚の温度を高める（室温から60℃まで更に高いことができて、具体的には材料の耐熱性によって）。
鄒脱着発生：鄒上昇温度は結合水分子に十分なエネルギーを与え、それを材料分子から鄒脱着（脱着）して、水蒸気状態に転化させる。
真空除去：脱着された水蒸気も同様にコールドトラップに捕捉される。
3、重要点：この段階で除去する水分の総量は少ないが（材料の総水分の約5-10%を占める）、最終製品の水分含量、長期安定性と復溶性にとって極めて重要である。過熱による材料の変性や分解を回避するためには、温度と持続時間を正確に制御する必要があります。
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