预冻篇（二）退火 （Annealing）

概述

退火是在预冻过程中，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

Ø  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；

Ø  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）；

Ø  再次降低温度，降到需要的预冻温度；

Ø  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

Ø  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；

Ø  提高产品的塌陷温度；

Ø  同一批次物料，晶体大小更加均匀，批间差异更小；

Ø  破瓶现象将会减轻；

Ø  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。

缺点

Ø  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：

Ø  在DSC下观察到，-46℃下发生玻璃化转变；

Ø  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。

做退火：

Ø  在DSC下做退火，观察此样品，玻璃化转变消失；

Ø  在冻干显微镜下做退火和冻干，显示产品很容易进行冻干。

2 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

3 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。

4 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

5 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。

6 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

Ø  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；

Ø  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；

Ø  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；

Ø  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