1. 제품의 동결
용액이 빨리 얼면(온도가 분당 10~50도씩 떨어짐), 결정자는 현미경으로 크기를 볼 수 있게 유지합니다. 반대로 천천히 얼면(1도/분) 형성된 결정체가 육안으로 보입니다. 거친 결정은 승화에 큰 간격을 남기므로 동결 건조의 효율성을 향상시킬 수 있습니다. 미세 결정은 승화 후 작은 간격을 남기므로 하층의 승화를 방해합니다. 급속 동결에 의해 생성된 최종 입자는 미세하고 외관이 균일하고 비표면적이 크며 다공성 구조가 양호하고 용해가 빠르며 완제품의 수분 흡수가 비교적 강한 장점이 있습니다. 약물은 두 가지 방법으로 동결 건조기에서 사전 동결됩니다. 하나는 제품을 건조 오븐에서 동시에 냉각시키는 것입니다. 다른 하나는 건조상자의 선반이 -40도 정도 식을 때까지 기다렸다가 제품을 넣는 것입니다. 전자는 완속냉동에 해당하고 후자는 급속냉동과 완속냉동 사이이므로 동결 건조 효율과 제품 품질을 고려하여 자주 사용됩니다. 이 방법의 단점은 제품을 상자에 넣을 때 공기 중의 수증기가 선반에 빨리 응축된다는 것입니다. 그러나 승화 초기 단계에서 선반의 온도가 더 빨리 상승하면 넓은 면적의 승화로 인해 콘덴서의 정상 부하를 초과 할 수 있습니다. 이 현상은 특히 여름에 두드러집니다. 제품의 동결은 정적 상태입니다. 경험에 따르면 과냉각 현상이 발생하기 쉽기 때문에 제품 온도가 공융점에 도달하지만 용질은 여전히 결정화되지 않습니다. 과냉각 현상을 극복하기 위해서는 제품의 결빙온도가 공융점 이하의 범위보다 낮아야 하며, 제품이 완전히 결빙될 때까지 일정 기간 유지되어야 합니다.
2. 승화의 조건과 속도
승화는 특정 온도에서 얼음의 포화 증기압이 주변 수증기의 부분압보다 높을 때 시작될 수 있습니다. 제품 온도보다 낮은 응축기에 의한 수증기의 흡입 및 포집은 승화를 유지하기 위한 필수 조건입니다. 두 번의 연속 충돌 사이에 기체가 이동한 거리를 평균 자유 경로라고 하며, 이는 압력에 반비례합니다. 상압에서는 작고 승화된 물 분자가 가스와 쉽게 충돌한 다음 증기원의 표면으로 돌아가므로 승화 속도가 매우 느립니다. 압력이 13.3Pa 이하로 감소하면 평균 자유 경로가 105배 증가하여 승화 속도가 훨씬 빨라집니다. 날아가는 물 분자는 자체 측면을 거의 변경하지 않으므로 방향성 증기 흐름을 형성합니다. 진공 펌프는 승화에 필요한 낮은 압력을 유지하기 위해 동결 건조기에서 가스를 제거하는 역할을 합니다. 1g의 수증기는 상압에서 1.25L이지만 13.3Pa에서 10,{7}} L로 팽창합니다. 일반 진공 펌프가 단위 시간에 이렇게 많은 양을 펌핑하는 것은 불가능합니다. 사실, 응축기는 수증기를 포착하기 위한 특수 진공 펌프를 형성합니다. 생산 및 응축 온도는 일반적으로 -25도 및 -50도입니다. 이 온도에서 얼음의 포화 증기압은 각각 63.3Pa 및 1.1Pa이며 승화 표면과 응축 표면 사이에 상당한 압력 차이를 생성합니다. 이 때 시스템 내의 비응축성 가스의 분압을 무시할 수 있으면 제품에서 승화된 수증기가 일정 유량으로 방향성 응축기 표면에 도달하도록 촉진하여 서리를 형성합니다. 얼음의 승화열은 약 2822J/g입니다. 승화 과정이 열을 공급하지 않으면 제품은 온도가 콘덴서의 온도와 같아질 때까지 승화 열을 보상하기 위해 내부 에너지를 줄일 수만 있고 승화는 중지됩니다. 승화와 결로의 온도차를 유지하기 위해 제품에 충분한 열을 공급합니다.
3. 승화 과정
가열의 첫 번째 단계(질량 승화 단계)에서 제품 온도는 공융점보다 일정 범위 낮아야 합니다. 따라서 선반 온도를 제어해야 합니다. 제품이 부분적으로 건조되었지만 온도가 공정점을 초과하면 제품이 이때 녹습니다. 이 때, 녹은 액체는 얼음으로 포화되지만 용질이 포화되지 않기 때문에 건조된 용질은 빠르게 용해되고 최종적으로는 얇은 동결 블록으로 농축되어 외관이 불량하고 용출률이 좋지 않습니다. 승화 후기 단계에서 제품이 녹으면 소량의 녹은 액체로 인해 건조 다공성 고체에 흡수되어 동결건조 후 덩어리가 손상되고 용해 속도도 느린 것을 알 수 있습니다. 용해를 위해 물을 첨가할 때. 승화 과정에서 선반과 제품의 온도는 상당히 다르지만 판, 콘덴서 및 진공의 온도는 기본적으로 변하지 않습니다. 따라서 승화 열 흡수는 상대적으로 안정적이며 제품 온도는 상대적으로 일정합니다. 제품이 위에서 아래로 건조됨에 따라 얼음 승화 저항이 점차 증가합니다. 얼음 결정이 육안으로 보이지 않을 때까지 제품 온도도 그에 따라 약간 상승합니다. 현재 물의 90% 이상이 제거되었습니다. 지금까지 승화 과정은 기본적으로 끝났습니다. 제품 상자 전체의 승화를 보장하려면 두 번째 가열 단계 전에 선반 온도를 한 단계 동안 유지해야 합니다. 물의 나머지 비율을 잔류수라고 하며, 이는 물리적 및 화학적 특성에서 자유수와 다릅니다. 잔류수는 결합결정수의 결정화, 단백질이 수소결합을 통해 결합한 물, 고체표면이나 모세관에 흡착된 물 등 화학적 결합수와 물리적 결합수를 포함한다. 잔류수의 포화증기압은 일정한 중력에 의한 저항으로 인해 다양한 정도로 감소하므로 건조속도는 현저히 감소한다. 제품의 온도를 높이면 잔류수의 가스화를 촉진할 수 있지만 일정 온도를 초과하면 생물학적 활성도 급격히 떨어질 수 있습니다. 제품의 안전성을 확보하기 위한 최고 건조 온도는 실험을 통해 결정해야 합니다. 일반적으로 두 번째 단계에서 판 온도는 약 30도이며 일정하게 유지됩니다. 이 단계의 초기에는 판의 온도가 증가함에 따라 제품의 온도가 급격히 상승하고 잔류 수분이 덜 증발합니다. 그러나 제품 온도가 점차 판 온도에 가까워질수록 열전도가 느려지고 인내심을 가지고 기다리는 데 오랜 시간이 걸립니다. 실제 경험에 따르면 잔류 물의 건조 시간은 승화 시간과 거의 같으며 때로는 초과하기도 합니다.
4. 동결건조 곡선
동결건조 곡선은 시간의 변화에 따른 선반의 온도 변화와 제품의 온도 변화를 기록하여 얻어진다. 전형적인 동결건조 곡선은 선반 온도를 두 단계로 나눕니다. 선반 온도는 질량 승화 중에 낮게 유지되며 일반적으로 실제 상황에 따라 -10도에서 10도 사이에서 제어할 수 있습니다. 두 번째 단계에서는 제품 특성에 따라 선반 온도를 적절하게 높입니다. 이 방법은 융점이 낮은 제품에 적합합니다. 제품의 성능을 알 수 없고 기계의 성능이 좋지 않거나 작업이 충분히 안정적이지 않은 경우 이 방법을 사용하는 것이 더 안전합니다. 제품의 공융점이 높고 시스템의 진공도가 잘 유지되고 콘덴서의 냉각 용량이 충분하면 특정 가열 속도를 채택하여 선반 온도를 최대 허용 온도까지 올릴 수 있습니다. 동결건조가 완료되었습니다. 그러나 질량 승화 중 제품의 온도가 공융점을 초과하지 않도록 해야 합니다. 제품이 가열에 불안정한 경우 2단계 판 온도가 너무 높아서는 안 됩니다. 첫 번째 단계에서 승화 속도를 향상시키기 위해 선반 온도를 한 번에 제품의 최대 허용 온도 이상으로 높일 수 있습니다. 대량 승화 단계가 기본적으로 완료되면 선반 온도가 최대 허용 온도까지 낮아집니다. 후자의 두 가지 방법은 질량 승화 속도를 향상 시켰지만 그에 따라 간섭 방지 기능이 감소하고 진공도 및 냉동 용량의 급격한 감소 또는 정전으로 제품이 녹을 수 있습니다. 첫 번째 방법에 대한 합리적이고 유연한 접근 방식은 오늘날 점점 더 일반적으로 사용되는 방법입니다.