【分享】冻干基础篇|解吸干燥：制品含水量控制

  冻干目的是在固态的形式下把水分去除。而水是构成生命的重要物质，水在生物系统中有多种存在形式。一种叫做自由水以溶液或悬浮液形式存在，这种水冷冻的时能结冰；另一种以氢键方式结合在一些极性基团上，包含在极性基团形成的网状结构之中，叫做结合水；在第一次干燥结束，指的的是自由水去除完毕，第二次干燥指的的是把基团里的结合水去除，而结合水是非常难于去除，另外生物系统中还有至今仍未搞清楚的其他形式存在的水。

升华过程实际内部变化  

  升华阶段快结束的时候，从瓶子的外观看产品似乎已经升华完毕了，实际上产品内部还存在冻结冰，所以当看到产品干完时，还需继续升华一段时间。升华阶段与解吸阶段有一个交叉期，即一部分产品已经升华完毕，进入解吸干燥阶段，另一部分产品仍在升华阶段的后期，产品中仍有部分冻结冰存在。

▲外部观察情况

▲制品的实际内部情况

判断进入解吸干燥节点  

   升华阶段结束的征兆是：产品温度升高到接近板层温度，如果升华时没有进行冻干箱的真空控制，那么可以看到冻干箱的真空度会明显升高，冷阱的温度也会明显降低，这就表明升华阶段正在转入解吸阶段，但确定二者之间的明显分界线是困难的。

解吸干燥工艺核心  

   升华阶段结束后产品中大约还有10％左右的水分，这些水分主要是产品中的结合水，解吸干燥是用较高的温度和较低的压力来去除结合水。实际上解吸干燥是包含在冷冻真空干燥中的普通真空干燥。因此要把产品温度加热到一个最高许可温度，这个最高许可温度是产品不致受到损害的最高温度，它需要根据产品的活性和稳定性通过试验来确定，通常：

• 病毒类产品是25℃
• 细菌类产品是30℃
• 血液制剂类产品40℃
• 抗菌素类产品60℃

  由于解吸干燥时产品中已不存在冻结冰，产品已干燥定型，因此可以迅速使产品加热到 高许可温度，同时也可调节冻干箱的压力，促进对流传热，加速产品温度的升高。但一旦产品温度达到 高许可温度之后，要停止真空控制，恢复冻干箱的高真空。

解吸干燥时间  

   解吸阶段时间的长短与下列因素有关：

1、一是与产品的种类有关，

   种类不同时最高许可温度也不同，最高许可温度低的产品干燥时间长；种类不同残余水分的含量要求也不同，残余水分含量要求低的产品干燥时间长。

2、解吸干燥的真空控制

   解吸阶段没有用真空控制来增加对流传热则干燥时间长，在产品到达最高许可温度后不恢复高真空则干燥时间也长。很多用户的冻干机没有此功能。

   解吸干燥的后期，由于产品中逸出水分极少，冻干箱的真空会很高，冷阱的温度会很低，都达到冻干机的最好数值，这就表明产品已接近干燥完毕。

含水量控制：压力升高试验  

  含水量控制要求高的产品，必须要购置可进行压升实验的冻干机，之前的文章有提到，在后面的设备篇也会进行介绍。

   压力升高试验法判定干燥是否到达终点，关闭冻干箱和冷阱间的主阀一较短的时间，如果冻干箱的压力升高得很少，则表示产品已经干完；如果压力升高很多，则表示还需继续干燥。大部分的冻干机均可自动做压力升高试验，只要预先编好程序，设定关闭主阀的时间长短、允许压力升高的数值、再次关阀的间隔时间，在干燥的 后一个时间段结束时，机器会自动做压力升高试验，如果压力升高的数值小于设定值，机器自动停机，结束冻干；如果压力升高的数值大于设定值，则机器继续运转，按再次关阀的间隔时间延长干燥时间，时间到后再做压力升高试验，直至试验合格，停止机器运转。

实例分享

  设定主阀的关闭时间为2min，关阀后压力升高的允许数值为0.05毫巴，关阀的间隔时间为30分钟，在冻干的 后一个区段时间结束时，做压力升高试验。当 后一个区段时间结束时压力升高试验就自动开始。冻干机不停机，而是关闭主阀2min，如果90秒钟内压力升高的数值没有超过0.05毫巴，则压力升高试验通过，冻干机停机；如果2min内压力升高的数值超过0.05毫巴，则压力升高试验没有通过，冻干机继续运转30分钟后再次关闭主阀2min，继续做压力升高试验，直到压力升高数值小于0.05毫巴，压力升高试验通过，冻干机才停机。

  需要说明的是：压力升高试验合格，不一定水分就合格；压力升高试验不合格，不一定水分就不合格。这与设定的压力升高试验数值有关，也与产品的残余水分含量要求有关，还与冻干箱的真空漏率有关。因此，最终还是要以冻干后实际测量得到的残余水分含量合格为依据，压力升高试验的合格与否可作为参考。对于某个产品经过多次与实测残余水分含量比较之后，可以得出一个正确的压力升高试验设定值，当压力升高试验合格时，残余水分含量也合格。

结语  

   含水量控制，需要对设备有一定的要求。解吸干燥时，由于产品中逸出的水分比升华时减少，冷阱捕获的水蒸汽也减少，因此冷阱温度会降低，冷阱温度的降低又使冻干箱的真空度进一步提高，在最高许可温度和高真空的状态下，非常有利于产品中的水分的逸出，一般应在该状态下维持2～3小时以上的时间，使产品内残余水分的含量达到合格的要求。解吸干燥的真空度一般在0.01毫巴，冷阱温度在-65℃左右就够了。需要注意产品的残余水分含量应有利于该产品长期存放，太低太高均不利，应根据试验来确定残余水分含量的多少。