冻干预冻工艺中退火的原理、工艺参数与DSC验证研究
2026-07-17 来源:本站 点击次数:60 预冻篇（二）退火（Annealing）
概述
退火是在预冻过程中，最常用的操作方法。通过退火操作，可以提高批次产品均一性、缓解结壳现象、减轻碎瓶现象，甚至大大提高某些产品的塌陷温度。
1. 退火的过程
- 在样品的预冻阶段，将冷冻的样品加热到一个高于 玻璃态转变温度，低于初始融化温度的温度；
- 产品在这个温度下保持（几个小时） 使得其进行重结晶（大冰晶数量增加，小冰晶数量减少）；
- 再次降低温度，降到需要的预冻温度；
- 通过这个方法，可以减少样品中无定形物质的比例。
2. 退火冻干曲线示例
3. 退火的优缺点
优点
- 晶体比例增加使得一次干燥阶段的产品温度可以提高，升华速度提高一次干燥时长缩短；
- 提高产品的塌陷温度；
- 同一批次物料，晶体大小更加均匀，批间差异更小；
- 破瓶现象将会减轻；
- 在某些情况下，防止“结壳”形成，由于“重新溶解”高粘性的间质浓缩基质。
- 预冻阶段的时长会延长
退火案例研究一
未做退火的DSC曲线
做了退火的DSC曲线
通过退火消除了这个样品在-44℃开始的重结晶现象
退火案例研究二
01 概 要
未做退火时：
- 在DSC下观察到，-46℃下发生玻璃化转变；
- 在冻干显微镜下，此产品在很低的温度下就发生塌陷，无法形成蛋糕装干物质，无法进行冻干。
- 在DSC下做退火，观察此样品，玻璃化转变消失；
- 在冻干显微镜下做退火和冻干，显示产品很容易进行冻干。
02 DSC，不做退火，得到曲线如下：
不做退火，DSC曲线一
不做退火，DSC曲线二
不做退火，DSC曲线三
-46℃下出现玻璃态转化
03 冻干显微镜，未做退火
在冻干显微镜下，不做退火观察样品塌陷温度及冻干情况：
冻干显微镜升降温及拍照曲线：
冻干显微镜拍摄图像：
非常低的温度下即发生塌陷，无法进行冻干获得蛋糕状物质。
04 DSC，做退火，得到曲线如下：
DSC，做退火一
DSC，做退火二
DSC，做退火三
玻璃态转化现象消失
05 退火后在冻干显微镜下冻干
冻干显微镜做退火一
冻干显微镜做退火二
冻干显微镜做退火三
退火后，在很高的温度下即可进行干燥。
06 预冻做退火，在冻干机里进行冻干
曲线如下：
做退火后，产品很容易就可以进行一次干燥。
小结
- 在预冻阶段，加入退火工艺，对很多产品有一定作用，使得后阶段一次干燥更容易进行；
- 退火也不是对所有产品有效，如果无效，加入此工艺，反而使得整个冻干过程时间延长；
- 通过观察退火阶段，共晶点温度探头的电阻变化，可以作为退火对此产品是否有作用的判断指标之一；
- 退火温度和退火保持时间，也都是需要研究和确定的指标.
文章来源——冻干工艺之家公众号 • 星德科 TELSTAR 冻干工艺实验室
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