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《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- 铜 1083
F-12 -155 铝 658
F-22 -160 钢铁 1300-1400
水银-39 锡 232
酒精-114 钨 3410
单位质量的物质,由固体变为同温度的液体所需要吸收的热量叫做该物质
的熔化热。物质的熔点和熔化热随压强的变化而变化。一些物质的熔化热见表二。
单位为卡/克。
表二一些物质的熔化热(卡/克)
物质熔化热物质熔化热
冰 锡
水银 铝
***化钠 铜 51
由液体变为固体的过程叫做凝固。它是熔化的逆过程。物体由液体变为固
体时要放出热量,放出的热量与该物质的熔化热相等。凝固是在与熔化相同的温
度下进行的,所以同一物质的熔点和凝固点是一样的。
物质由液态变成气态或固态直接变气态的过程都称为汽化过程,它可分为