《冷冻干燥技术》推荐教材与补充讲义.pdf

《冷冻干燥原理》 前 言 冷冻真空干燥也叫干燥。升华干燥或简称冻干。它是干燥方法之一，目的 是为了贮存物品。 物品之所以会损坏、腐烂、变质，主要是由于外因和内因二个因素引起， 外因者，空气、水、温度、生物等的作用；内因者，主要是生物物质自身的新陈 代谢作用。如果能使外因和内因的作用减小到最低程度，则能达到物品在一定时 间内保持不变的目的。 干燥法就是驱除物品内部所含的水份，因为水份是一切生物生长的必要条 件之一。生物体水份减少到一定程度，则生物不易或不能生长繁殖。因而能较长 时间的贮藏保存；另外，当有水份存在时，一些酸碱溶解其内还会发生一些化学 作用而使物品变质。 干燥的方法很多，如晒干、烘干、煮干、晾干、喷雾干燥、真空干燥、冷 冻干燥等。其中唯有冷冻干燥法是保存有生命生物物质的最理想方法。 冷冻干燥之后的产品，进行真空或氮气封口，以隔绝空气特别是氧气，再 在低温下存放，则水份、空气、温度三个因素被控制，使产品能在较长的时间内 得到有效的保存。 冷冻干燥技术是在第 2 次世界大战期间，因大量需要血浆和青霉素而发展 起来的。现在已广泛应用于化学、制药工业、食品工业和科学研究等方面，特别 是应用于含有生物活性物质的生物药品方面最为普遍。 我国在解放前就已使用冷冻干燥法制造疫苗，但数量极少，仅应用于人医， 解放后我国的冷冻干燥事业得到迅速发展。1952 年起开始在兽医界应用，并在 国内制造了一批大、中型的冷冻干燥机，现在全国所有的省、市自治区均有各种 不同型号的冷冻干燥机。 在兽医方面，主要用于各种兽用微生物的贮存，各种兽医生物药品的制造， 一切用于猪、牛、马、鸡、鸭、鹅、兔、狗的各种预防疾病的药品均离不开冷冻 干燥机。 冷冻干燥属于边缘科学，它涉及到物理、化学、生物学等知识，包括制冷、 真空、电工、仪表等技术。因此也是一门综合性的专业科学技术。 第一章 基础知识 第一节 物态的变化 我们生活在物质世界之中，在我们周围的一切，如空气、水、铁等都是物 质，一切物质均在不断地发生变化。一种最常见的物质存在形态有三种：即气态、 液态和固态。即使同一种物质也有三种形态。例如水，在摄氏零度时结成冰变成 固态，而在摄氏一百度时则变成蒸汽而成气态，在 0～100℃之间则是液态，可 见在一定的条件下，物质的形态能够互相发生转化。 物质是由分子组成的，在物质的三种形态变化中，物质的本质并没有发生 变化。物质的气态、液态和固态三者的主要区别在于物质分子间的距离和作用力 的大小不同，这些仅是程度上的差别，本质上是相同的。气态物质分子间的距离 较大。分子间的相互作用力较小，以致气态物质不能单独地维持自己的形态和体 结，总是充满在容纳它的物体之中，液态物质分子间的距离较气态小，作用力较 大。因此液态物质只能单独地保持其体积而不能保持起形状。固态物质分子间的 距离小，作用力大，因此固态物质能保持自己的独立形状和体积。 物质在发生形态的变化时，伴随着热量的变化。如冰熔化要加热，水变成 汽也要加热，说明它们吸收热量；相反，水结成冰要移去热量，汽变成水也要移 去热量，说明它们放出热量。一般地说，从固态变成液态，液态变成气态，固态 直接变成气态的过程是从分子排列密，相互作用力大的状态，变为分子排列疏， 作用力小的状态；这一过程要从外界吸取热量，而相反的过程则向外界传递热量。 如图一所示。 由固体变成液体的过程叫做熔化。将固体加热，当升高到一定的温度时固 体即变成液体。固体物质熔化时的这个温度称为熔点，固体熔化时内能增加，因 此需要从外界吸收热量，一些物质的熔点见表一。 表一 一些物质的熔点(℃) 物质 熔点 物质 熔点 冰 0 玻璃 460~800 氨 -77.7 铜 1083 F-12