預凍篇（二）退火 （Annealing）

概述

退火是在預凍過程中，常用的操作方法。通過退火操作，可以提高批次產品均一性、緩解結殼現象、減輕碎瓶現象，甚至大大提高某些產品的塌陷溫度。

1 退火的過程

?  在樣品的預凍階段，將冷凍的樣品加熱到一個高于 玻璃態轉變溫度，低于初始融化溫度的溫度；

?  產品在這個溫度下保持（幾個小時） 使得其進行重結晶（大冰晶數量增加，小冰晶數量減少）；

?  再次降低溫度，降到需要的預凍溫度；

?  通過這個方法，可以減少樣品中無定形物質的比例。

2 退火凍干曲線示例

3 退火的優缺點

優點

?  晶體比例增加使得一次干燥階段的產品溫度可以提高，升華速度提高一次干燥時長縮短；

?  提高產品的塌陷溫度；

?  同一批次物料，晶體大小更加均勻，批間差異更小；

?  破瓶現象將會減輕；

?  在某些情況下，防止“結殼"形成，由于“重新溶解"高粘性的間質濃縮基質。

缺點

?  預凍階段的時長會延長

退火案例研究一

未做退火的DSC曲線

做了退火的DSC曲線

通過退火消除了這個樣品在-44℃開始的重結晶現象

退火案例研究二

01 概 要

未做退火時：

?  在DSC下觀察到，-46℃下發生玻璃化轉變；

?  在凍干顯微鏡下，此產品在很低的溫度下就發生塌陷，無法形成蛋糕裝干物質，無法進行凍干。

做退火：

?  在DSC下做退火，觀察此樣品，玻璃化轉變消失；

?  在凍干顯微鏡下做退火和凍干，顯示產品很容易進行凍干。

2 DSC，不做退火，得到曲線如下：

不做退火，DSC曲線一

不做退火，DSC曲線二

 不做退火，DSC曲線三

-46℃下出現玻璃態轉化

3 凍干顯微鏡，未做退火

在凍干顯微鏡下，不做退火觀察樣品塌陷溫度及凍干情況：

凍干顯微鏡升降溫及拍照曲線：

 凍干顯微鏡拍攝圖像：

非常低的溫度下即發生塌陷，無法進行凍干獲得蛋糕狀物質。

4 DSC，做退火，得到曲線如下：

DSC，做退火一

DSC，做退火二

DSC，做退火三

玻璃態轉化現象消失

5 退火后在凍干顯微鏡下凍干

凍干顯微鏡做退火一

凍干顯微鏡做退火二

凍干顯微鏡做退火三

退火后，在很高的溫度下即可進行干燥。

6 預凍做退火，在凍干機里進行凍干

曲線如下：

做退火后，產品很容易就可以進行一次干燥。

 小結

?  在預凍階段，加入退火工藝，對很多產品有一定作用，使得后階段一次干燥更容易進行；

?  退火也不是對所有產品有效，如果無效，加入此工藝，反而使得整個凍干過程時間延長；

?  通過觀察退火階段，共晶點溫度探頭的電阻變化，可以作為退火對此產品是否有作用的判斷指標之一；

?  退火溫度和退火保持時間，也都是需要研究和確定的指標.

文章來源——凍干工藝之家公眾號  •  星德科 TELSTAR 凍干工藝實驗室