1. Congelamento de Produtos
Quando a solução é rapidamente congelada (a temperatura cai em 10~50°Cper minuto), os cristallites mantêm o tamanho visível sob o microscópio; pelo contrário, quando congelados lentamente (1°C/ min), os cristais formados são visíveis a olho nu. Cristais grosseiros deixam uma grande lacuna na sublimação, o que pode melhorar a eficiência da secagem congelante. Cristais finos deixam uma pequena lacuna após a sublimação, o que dificulta a sublimação da camada inferior. As partículas acabadas produzidas pelo congelamento rápido são finas, com os méritos do uniforme na aparência, grande em área de superfície específica, boa em estrutura porosa, rápida em dissolução e relativamente mais forte na absorção de umidade dos produtos acabados. As drogas são pré-congeladas em secador congelado de duas maneiras: uma delas é que os produtos são resfriados no forno de secagem ao mesmo tempo; A outra é esperar que a prateleira da caixa de secagem seja resfriada a cerca de -40°C e, em seguida, colocar o produto dentro O primeiro equivale ao congelamento lento, enquanto o segundo está entre congelamento rápido e congelamento lento, por isso é frequentemente usado para considerar a eficiência de secagem congelante e a qualidade do produto. A desvantagem deste método é que quando o produto é colocado na caixa, o vapor de água no ar se condensará rapidamente na prateleira. No entanto, no estágio inicial da sublimação, se a temperatura da prateleira subir mais rapidamente, é possível exceder a carga normal do condensador devido à sublimação de grandes áreas. Este fenômeno é particularmente pronunciado no verão. O congelamento do produto está em estado estático. A experiência mostrou que o fenômeno da supercooling é fácil de ocorrer, o que levará a temperatura do produto a chegar ao ponto eutético, mas o soluto ainda não está cristalizado. Para superar o fenômeno da supercoolagem, a temperatura de congelamento do produto deve ser menor do que uma faixa abaixo do ponto eutético, e deve ser mantida por um período de tempo até que o produto seja completamente congelado.
2. Condições e Velocidade de Sublimação
A sublimação pode começar quando a pressão de vapor de saturação do gelo a uma certa temperatura é maior do que a pressão parcial do vapor de água no entorno; A sucção e captura de vapor de água pelo condensador que é inferior à temperatura do produto é a condição necessária para manter a sublimação. A distância percorrida por um gás entre duas colisões consecutivas é chamada de caminho livre médio, que é inversamente proporcional à pressão. Sob pressão normal, são minúsculas e moléculas de água sublimadas colidem com o gás facilmente e depois retornam à superfície da fonte de vapor, de modo que a velocidade da sublimação é muito lenta. À medida que a pressão diminui abaixo de 13,3Pa, o caminho livre médio aumenta 105 vezes, o que torna a velocidade de sublimação significativamente mais rápida. As moléculas de água voando raramente mudam seus próprios aspectos, formando assim um fluxo de vapor direcional. A bomba de vácuo desempenha o papel de remover gás na secadora de congelamento para manter a baixa pressão necessária para a sublimação. 1 grama de vapor de água é de 1,25L em pressão normal, mas expande-se para 10.000 L a 13.3Pa. É impossível para as bombas de vácuo comuns bombear um volume tão grande em um tempo unitário. Na verdade, o condensador forma uma bomba de vácuo especial para capturar vapor de água. A temperatura de produção e condensação é geralmente de -25°C e -50°C. Nesta temperatura, a pressão de vapor saturada do gelo é de 63,3Pa e 1,1Pa, respectivamente, criando um diferencial de pressão significativo entre a superfície de sublimação e a superfície de condensação. Se a pressão parcial do gás não condensado no sistema puder ser negligenciada neste momento, promoverá o vapor de água sublimado do produto para alcançar a superfície do condensador direcionalmente a uma certa vazão e forma geada. O calor de sublimação do gelo é de cerca de 2822J/ g. Se o processo de sublimação não fornecer calor, o produto só pode reduzir sua energia interna para compensar o calor de sublimação até que sua temperatura seja igual à temperatura do condensador e, em seguida, a sublimação pare. É fornecido calor suficiente ao produto para manter a diferença de temperatura entre sublimação e condensação.
3. Processo de sublimação
Na primeira etapa de aquecimento (estágio de sublimação em massa), a temperatura do produto deve ser menor do que seu ponto eutético por uma faixa. Portanto, a temperatura da prateleira deve ser controlada. Se o produto tiver sido seco parcialmente, mas a temperatura excede seu ponto eutético, o produto derreterá neste momento. Neste momento, o líquido derretido está saturado de gelo, mas não com soluto, então o soluto seco se dissolverá nele rapidamente, e finalmente se concentrará em um bloco congelado fino, que tem uma aparência ruim e uma baixa taxa de dissolução. Se o produto derreter no estágio posterior da sublimação, ele será absorvido pelo sólido poroso seco devido à pequena quantidade de líquido derretido, o que faz com que o caroço seja danificado após a liofilização, e a taxa de dissolução também pode ser lenta ao adicionar água para dissolução. No processo de sublimação, embora a temperatura da prateleira e do produto seja bem diferente, a temperatura da placa, condensador e vácuo são basicamente inalterados. Assim, a absorção de calor de sublimação é relativamente estável e a temperatura do produto é relativamente constante. À medida que o produto seca de cima para baixo, a resistência da sublimação de gelo aumenta gradualmente. A temperatura do produto também aumentará ligeiramente de acordo até que os cristais de gelo sejam invisíveis a olho nu. Até o momento, mais de 90% da água foi removida. Até agora, o processo de sublimação basicamente terminou. Para garantir a sublimação de toda a caixa de produtos, a temperatura da prateleira ainda precisa ser mantida para uma etapa antes da segunda etapa de aquecimento. O restante percentual de água é chamado de água residual, que é diferente da água livre em propriedades físicas e químicas. A água residual inclui água quimicamente combinada e água fisicamente combinada, como a cristalização da água cristalina combinada, a água ligada por proteína através de ligações de hidrogênio, e a água adsorvida em superfície sólida ou capilar. A pressão de vapor saturada de água residual diminui em diferentes graus devido à resistência por uma certa gravidade, de modo que a velocidade de secagem diminui, obviamente. Embora o aumento da temperatura do produto possa promover a gaseificação da água residual, se exceder uma certa temperatura, a atividade biológica também pode cair bruscamente. A maior temperatura de secagem para garantir a segurança dos produtos deve ser determinada por experimentos. Normalmente, no segundo estágio, a temperatura da placa é de cerca de 30°C e mantida constante. No início desta etapa, a temperatura do produto sobe rapidamente à medida que a temperatura da placa aumenta e a água residual evapora menos. No entanto, à medida que a temperatura do produto se aproxima gradualmente da temperatura da placa, a condução do calor torna-se mais lenta, e leva muito tempo para esperar pacientemente. A experiência prática mostra que o tempo de secagem da água residual é quase igual ao tempo de sublimação, e às vezes até excede.
4. Curva de Lyofilização
A curva de liofilização é obtida registrando a mudança de temperatura da prateleira e a temperatura do produto de acordo com a mudança de tempo. A curva típica de lyophilizationg divide a temperatura da prateleira em dois estágios. A temperatura da prateleira é mantida baixa durante a sublimação de massa, que geralmente pode ser controlada entre -10°C e 10°C de acordo com a situação real. No segundo estágio, a temperatura da prateleira será elevada de acordo com as propriedades do produto adequadamente. Este método é adequado para produtos com baixo ponto de fusão. Se o desempenho do produto é desconhecido e o desempenho da máquina é ruim ou seu trabalho não é estável o suficiente, é mais seguro usar este método. Se o ponto eutético do produto for alto, o grau de vácuo do sistema pode ser bem mantido, e a capacidade de refrigeração do condensador é suficiente, então a certa taxa de aquecimento pode ser adotada para elevar a temperatura da prateleira até que a liofilização seja concluída. No entanto, também é necessário garantir que a temperatura do produto durante a sublimação em massa não deve exceder o ponto eutético. Se o produto estiver instável ao aquecer, a temperatura da placa do segundo estágio não deve ser muito alta. A fim de melhorar a velocidade de sublimação no primeiro estágio, a temperatura da prateleira pode ser aumentada para acima da temperatura máxima permitida do produto ao mesmo tempo; Quando o estágio de sublimação em massa estiver basicamente terminado, a temperatura da prateleira será reduzida à temperatura máxima permitida. Embora os dois últimos métodos tenham melhorado a velocidade da sublimação em massa, a capacidade anti-interferência será reduzida correspondentemente, e a diminuição repentina do grau de vácuo e da capacidade de refrigeração ou falha de energia pode derreter os produtos. Uma abordagem razoável e flexível para o primeiro método é um método cada vez mais comum usado hoje.