真空冷凍干燥因其脫水徹底、復(fù)水性良好和抗氧化等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于生物、制藥、食品等行業(yè)。本文介紹真空冷凍干燥機的原理和組成，重點介紹如何驗證真空冷凍干燥機的性能，以確保儀器性能正常，保障凍干工作的有效性。

     Christ真空冷凍干燥( 簡稱“凍干”) 是利用升華的原理進行干燥的一種技術(shù)，是將被干燥的物質(zhì)在低溫下快速凍結(jié)，然后在適當(dāng)?shù)恼婵窄h(huán)境下，使凍結(jié)的水分子直接升華成為水蒸氣逸出的過程。Christ冷凍干燥得到的產(chǎn)物稱作凍干物，該過程稱作凍干。

物質(zhì)在干燥前始終處于低溫凍結(jié)狀態(tài)，同時冰晶均勻分布于物質(zhì)中。升華過程不會因脫水而發(fā)生濃縮現(xiàn)象，避免了由水蒸氣產(chǎn)生泡沫、氧化等副作用。干燥物質(zhì)呈干海綿多孔狀，體積基本不變，極易溶于水而恢復(fù)原狀。在最大程度上防止干燥物質(zhì)的理化和生物學(xué)方面的變性。

1 Christ凍干機解釋：

    凍干: 利用升華的原理使物料脫水的一種干燥技術(shù)。
   
    升華: 固體不經(jīng)過液態(tài)而直接變成氣態(tài)的汽化現(xiàn)象叫做升華。
 
   共晶點: 混合物料被完全凍結(jié)或固化的溫度叫共晶點。
 
    產(chǎn)品的崩解現(xiàn)象: 當(dāng)產(chǎn)品干燥到一定時候，溶質(zhì)的結(jié)晶會失去剛性而發(fā)粘，發(fā)生崩塌，這叫做崩解現(xiàn)象。發(fā)生崩解時的溫度叫做崩解溫度。

2 Christ真空冷凍干燥曲線：

    在凍干過程中，把產(chǎn)品和板層的溫度、冷凝器溫度對照時間劃成曲線，叫做凍干曲線。一般縱坐標為溫度，橫坐標為時間。凍干不同的產(chǎn)品采用不同的凍干曲線。同一產(chǎn)品使用不同的凍干曲線時，產(chǎn)品的質(zhì)量也不相同。凍干曲線還與凍干機的性能有關(guān)，因此不同的產(chǎn)品，不同的凍干機應(yīng)用不同的凍干曲線。
    根據(jù)所獲取的制品的共熔點溫度、崩解溫度、最佳預(yù)凍速率、殘水含量和凍干機的性能，初步擬訂出擱板溫度曲線和凍干箱的壓力曲線，用此曲線在實驗凍干機上試驗。測量并記錄的擱板溫度、制品凍層溫度、制品干層溫度、凍干箱壓力、冷阱溫度等參數(shù)，隨時修改凍干曲線中不合理部分。由檢測和觀察確定升華階段結(jié)束和解吸干燥結(jié)束的時間。凍干結(jié)束后，對產(chǎn)品質(zhì)量和含水量進行檢測。根據(jù)所得凍干過程參數(shù)的數(shù)據(jù)，重新擬訂凍干曲線并進行試驗，直到得到較為滿意的曲線為止。

3 Christ凍干機的組成

     凍干機系由制冷系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、電器儀表控制系統(tǒng)所組成。真空系統(tǒng)為升華干燥倉建立低氣壓條件，加熱系統(tǒng)向物料提供升華潛熱，制冷系統(tǒng)向冷阱和干燥室提供所需的冷量，電器儀表控制系統(tǒng)控制各系統(tǒng)的運作。凍干機主要部件為干燥箱、凝結(jié)器、冷凍機組、真空泵、加熱/冷卻裝置等。

4 計量特性

                     表 1

    以上性能要求僅供參考，可根據(jù)設(shè)備的實際情況做相應(yīng)的調(diào)整。

5 驗證方法

5. 1 板層( 冷媒) 的降溫速率和最低溫度

      按照凍干機使用標準操作規(guī)程操作，當(dāng)板層制冷開始記下當(dāng)時的溫度( 常溫) 和時間，當(dāng)溫度降至凍干溫度時記下時間，并按公式( 1) 計算降溫速率:
( T1 － T2)
VT = ( 1) t
式中: V_T—板層( 冷媒) 的降溫速率，℃ /min;
T₁—凍干機的初始溫度，℃。 T₂—凍干機的凍干溫度，℃; t—凍干機的變溫時間，min。
     持續(xù)對凍干箱進行降溫，記錄板層( 冷媒) 的最低溫度。

5. 2 冷凝器降溫速率和最低溫度測試
   
      按照Christ凍干機使用標準操作規(guī)程操作，當(dāng)冷凝器制冷開始記下當(dāng)時的溫度和時間。當(dāng)冷凝器到達目標凍干溫度( － 40℃) 時，記錄標準器的溫度和時間，參考公式( 1) 計算冷凝器降溫速率。繼續(xù)對冷凝器降溫，直到當(dāng)達到最低溫度時為止，并記錄該最低溫度值。

5. 3 抽氣時間和極限真空度測試
將凍干箱加熱至干燥狀態(tài)，冷凝器的溫度低于－50℃，啟動抽真空系統(tǒng)，記錄真空度自一個大氣壓升高到 10Pa 的時間; 繼續(xù)抽真空 2 小時，記錄極限真空度。

5. 4 系統(tǒng)真空泄漏率測試
完成 5. 3 項的極限真空度測試后( 極限真空度大約在≤1Pa 時) ，關(guān)閉真空設(shè)備上的各閥門進行保壓。記錄起始時間和真空度，經(jīng) 40 分鐘后記錄凍干箱的真空度值，按公式( 2) 計算系統(tǒng)真空泄漏率。
P₂ － P₁ × V
Q = ( 2) t
式中: Q—系統(tǒng)真空泄漏率，Pa·m³ /min ;
P₂—凍干機的真空室經(jīng)過時間 t 后達到的壓強，Pa;
P₁—真空泵停止時凍干箱的壓強，Pa;
V—凍干箱的體積，m³;
t—凍干機的變溫時間，min。

5. 5 板層( 冷媒) 升溫速率和最高溫度測試
將板層溫度降到 － 40℃，記錄當(dāng)時的溫度和時間，設(shè)定板層溫度為 70℃ 對板層加熱。當(dāng)溫度升至 20℃時記下時間，對凍干機板層升溫速率進行評價，參考公式( 1) 計算板層( 冷媒) 升溫速率。
繼續(xù)對板層升溫，當(dāng)達到最高溫度時，記錄板層Christ真空冷凍干燥機的驗證方法 53的最高溫度值。

5. 6 溫度偏差與溫度均勻性
將干燥空間分為上、中、下三層，每層放置 5 個溫度傳感器，分別放于各層的四角和中心點。在空載狀態(tài)下進行溫度分布測試，溫度測試點分別為－40℃、0℃和 40℃，箱體溫度定穩(wěn)定 30 分鐘，每 2 分鐘測量全部測量點的溫度值和設(shè)備指示溫度值 1 次，共 15 次。也可根據(jù)被校設(shè)備的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)變化情況可適當(dāng)調(diào)整采集時間間隔及采集次數(shù)。應(yīng)盡量采集穩(wěn)定過程中有代表性的高點和低點。
溫度偏差( 中心點) : 凍干機在穩(wěn)定狀態(tài)下，儀器顯示溫度平均值與中心點實測溫度平均值的差值，按公式( 3) 計算:
Δt_d = t_d － t_o ( 3) 式中: Δt_d—溫度偏差，℃;
t_d—被測設(shè)備顯示平均值，℃;
t_o—標準器于凍干箱幾何中心點 n 次測量的平均值，℃。
溫度均勻度: 設(shè)備在穩(wěn)定狀態(tài)下，全部測量點每次測試的最高溫度與最低溫度之差的算術(shù)平均值。
Δtu =

( timax － timin) /n ( 4) 式中:

t_u—溫度均勻度，℃;
t_imax—各測試點在第 i 次測得的最高溫度，℃; t_imin—各測試點在第 i 次測得的最低溫度，℃; n—測量次數(shù)。
5. 7 最大捕水量測試
在平底托盤中加入最大限度( 總量不超過儀器標稱最大捕水量 1. 5 倍) 的注射用水，分別置于板層上。按照凍干機使用標準操作規(guī)程，對凍干箱 ( 板層) 和后箱冷凝器進行預(yù)凍，在一定真空度下，對注射用水進行連續(xù)真空干燥，停機后稱量平底托盤中的殘留注射用水的量，按照下列公式計算凍干機的最大捕水量。
最大捕水量 = 加入量 － 殘留量

       Christ凍干機的性能確認過程中，應(yīng)嚴格按照設(shè)備標準操作規(guī)程，若出現(xiàn)個別項目不合格，應(yīng)查明原因并對該項目進行再驗證。若屬設(shè)備參數(shù)設(shè)定問題，應(yīng)考慮重新進行參數(shù)設(shè)置和試驗。必要時可以對各項參數(shù)進行相同工況多次驗證和不同裝載( 空載、負載、熱穿透等) 情況的驗證。
一般正常情況下，驗證周期為( 1 ～ 2) 年，使用單位可根據(jù)自身行業(yè)屬性、儀器的使用頻率、儀器工況等因素適當(dāng)?shù)恼{(diào)整驗證周期。若更換重要配套設(shè)備或大修后，均需要再次驗證，以確保各種重大變更不會對使用效果產(chǎn)生影響。