冻干工艺过程中“一次干燥终点判断方法”汇总
2026-08-04 来源:本站 点击次数:118“一次干燥重点判断方法”汇总
概要
一次干燥冻干终点，是冻干工艺摸索过程中最重要的工艺参数之一。根据不同设备硬件配置的不同，本文分别介绍了不同的一次干燥终点判断方法。
- 冻干工艺摸索，强烈建议使用双腔体冻干机；
- 腔体和冷阱分体式结构，中间配备中隔阀。
左边为样品腔、右边为冷阱，中间配备中隔阀
判断一次干燥终点的方法
1. 观察水线
冻干过程中，产品的变化是可以通过肉眼观察到的。原理：冻干是从上而下，由外而里，在一个平面上发生的过程（此处注意，不是整瓶一起干燥的）
如下图所示：
所以，就算你的设备再简单，也可以用观察水线的方法来寻找一次干燥的终点。
2. 冷阱温度
原理：一次干燥升华过程中，前箱样品源源不断的将热量带到冷阱，从而导致冷阱温度无法维持在极限值。会产生冷阱温度向上漂移的现象。漂移温度几度到十几度不等。具体数值和样品装载量、升华速率以及冻干机冷阱能力有关。
3. 硅油进出口温度
原理：一次干燥升华过程中，样品升华会吸收大量的热。因此，硅油进出口如果各安装一个探头，则会有温度差异。一次干燥结束，两个温度一致。
下图为文章开头设备的PID图；
图中硅油系统的：26.9℃和23.5℃分别为硅油进出口温度（本图只标识探头位置，设备并未运行冻干程序）
4. 产品温度和板层温度一致
原理：
5. 压升测试
原理：
6. 真空度变化（下游真空控制）
原理：下游真空控制（通过真空泵和冷阱之间的阀门控制系统真空度）的设备，在一次干燥结束时，不再有水汽从产品中升华出来，从而使得前箱压力无法上升到设定数值。压力控制出现明显拐点。
下游真空控制，控制阀门见下图：
下游真空控制曲线，拐点：
7. 掺气阀开关比例
原理：配备了上游真空控制的冻干机，系统精准真空度通过渗气阀开关比例来控制。如升华量较大，则渗气阀开度大，如升华量较小，则渗气阀开度小。渗气阀位置见下图：
8. 湿度分析（露点仪）
原理：
在一次冻干阶段:产品里的冰正在升华，环境湿度值高，露点温度也较高。当冰在产品中消失后，露点温度值逐渐变低，直到数值稳定。此时意味着一次冻干结束。
9. 电容真空计（双真空计）
原理：
10. LyoMetrix
原理：LyoMetrix软件在一次干燥过程中，通过不断关闭中隔阀，寻找静态压力所对应的平衡蒸气压温度，准确寻找产品升华界面温度。当产品中没有冰的时候，产品升华界面温度数据消失。
11. Quadrupote Mass Spectrometer System
原理：通过在冻干机中隔阀通道安装Quadrupote Mass Spectrometer System来实时监测通过中隔阀的气体状况。从而获得升华量以及判断一次干燥及二次干燥冻干终点。
12. 在线取样
原理：一次干燥过程中，不断取出样品，测量样品的水分含量。当样品的水分含量达到一个稳定值不再减少时，则为一次干燥的冻干终点。此方法适用于一次干燥及二次干燥。
文章来源——冻干工艺之家公众号 • 星德科 TELSTAR 冻干工艺实验室
- 优点：便宜
- 缺点：不准确
- 适用范围：冻干过程中可以看见样品的情况
2. 冷阱温度
原理：一次干燥升华过程中，前箱样品源源不断的将热量带到冷阱，从而导致冷阱温度无法维持在极限值。会产生冷阱温度向上漂移的现象。漂移温度几度到十几度不等。具体数值和样品装载量、升华速率以及冻干机冷阱能力有关。
- 优点：便宜
- 缺点：适用条件窄、不精准
- 适用范围：
- 双腔体冻干机
- 样品量比较大、满载几瓶、十几瓶样品，是很难通过观察冷阱温度来判断冻干终点的。
3. 硅油进出口温度
原理：一次干燥升华过程中，样品升华会吸收大量的热。因此，硅油进出口如果各安装一个探头，则会有温度差异。一次干燥结束，两个温度一致。
下图为文章开头设备的PID图；
图中硅油系统的：26.9℃和23.5℃分别为硅油进出口温度（本图只标识探头位置，设备并未运行冻干程序）
- 优点：比较便宜
- 缺点：样品装载量不能太小
- 适用范围：样品量比较大；几瓶、十几瓶样品的情况，就很难观察到此现象；
4. 产品温度和板层温度一致
原理：
- 一次干燥过程中，产品升华带走大量的热，从而导致产品温度一直低于板层温度；
- 一次干燥结束时，升华带走热量的现象停止。产品温度和板层温度达到一致。
- 优点：易于从曲线上观察，方法传播范围广，接受程度高
- 缺点：准确度低，判断的冻干终点偏早(具体原因，点击温度测量）
- 适用范围：配置有产品温度探头的冻干机
5. 压升测试
原理：
- 双腔体冻干机，在一次干燥过程中，关闭中隔阀。
- 如果产品中还有冰存在，升华还在进行，则会观察到前箱的一个明显的压力升。
- 如果升华结束，则为一个非常小的压力升。
- 优点：准确
- 缺点：对操作者的专业程度要求高。进行此操作前需要确定
- 从什么时间点开始做；
- 每次关闭中隔阀几秒；
- 压升高于多少数值表示终点未达到；以上这些问题都需要你用一些方法去摸索和确定。
- 适用范围：双腔体且配备中隔阀的冻干机
6. 真空度变化（下游真空控制）
原理：下游真空控制（通过真空泵和冷阱之间的阀门控制系统真空度）的设备，在一次干燥结束时，不再有水汽从产品中升华出来，从而使得前箱压力无法上升到设定数值。压力控制出现明显拐点。
下游真空控制，控制阀门见下图：
下游真空控制曲线，拐点：
- 优点：设备简单，便宜，对冻干过程无干扰
- 缺点：真空度控制波动大
- 适用范围：未配备上游真空控制的冻干机
7. 掺气阀开关比例
原理：配备了上游真空控制的冻干机，系统精准真空度通过渗气阀开关比例来控制。如升华量较大，则渗气阀开度大，如升华量较小，则渗气阀开度小。渗气阀位置见下图：
- 优点：对冻干过程无干扰、准确
- 缺点：硬件费用较高，适用范围较窄
- 适用范围：一般只在工业冻干机采用此方法，对样品装载量要求较高
8. 湿度分析（露点仪）
原理：
在一次冻干阶段:产品里的冰正在升华，环境湿度值高，露点温度也较高。当冰在产品中消失后，露点温度值逐渐变低，直到数值稳定。此时意味着一次冻干结束。
- 优点：除了寻找终点以外，还可以检测冻干过程中的升华量的变化。
- 缺点：价格较高
- 适用范围：无限制
9. 电容真空计（双真空计）
原理：
- 优点：无介入、非常准确
- 缺点：价格较高
- 适用范围：同时适用于中式型及工业型冻干机
10. LyoMetrix
- 优点：准确
- 缺点：价格贵
- 适用范围：双腔体冻干机
11. Quadrupote Mass Spectrometer System
原理：通过在冻干机中隔阀通道安装Quadrupote Mass Spectrometer System来实时监测通过中隔阀的气体状况。从而获得升华量以及判断一次干燥及二次干燥冻干终点。
- 优点：准确判断一次干燥及二次干燥冻干终点
- 缺点：价格非常昂贵，且对冻干机中隔阀通道有苛刻的尺寸要求
- 适用范围：特殊设计工业型冻干机
12. 在线取样
原理：一次干燥过程中，不断取出样品，测量样品的水分含量。当样品的水分含量达到一个稳定值不再减少时，则为一次干燥的冻干终点。此方法适用于一次干燥及二次干燥。
- 优点：适用于整个冻干过程
- 缺点：操作复杂、价格昂贵
- 适用范围：预冻、一次干燥、二次干燥全程
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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