真空冷凍干燥因其脫水徹底、復水性良好和抗氧化等優點，被廣泛應用于生物、制藥、食品等行業。本文介紹真空冷凍干燥機的原理和組成，重點介紹如何驗證真空冷凍干燥機的性能，以確保儀器性能正常，保障凍干工作的有效性。

     Christ真空冷凍干燥( 簡稱“凍干”) 是利用升華的原理進行干燥的一種技術，是將被干燥的物質在低溫下快速凍結，然后在適當的真空環境下，使凍結的水分子直接升華成為水蒸氣逸出的過程。Christ冷凍干燥得到的產物稱作凍干物，該過程稱作凍干。

物質在干燥前始終處于低溫凍結狀態，同時冰晶均勻分布于物質中。升華過程不會因脫水而發生濃縮現象，避免了由水蒸氣產生泡沫、氧化等副作用。干燥物質呈干海綿多孔狀，體積基本不變，極易溶于水而恢復原狀。在最大程度上防止干燥物質的理化和生物學方面的變性。

1 Christ凍干機解釋：

    凍干: 利用升華的原理使物料脫水的一種干燥技術。
   
    升華: 固體不經過液態而直接變成氣態的汽化現象叫做升華。
 
   共晶點: 混合物料被完全凍結或固化的溫度叫共晶點。
 
    產品的崩解現象: 當產品干燥到一定時候，溶質的結晶會失去剛性而發粘，發生崩塌，這叫做崩解現象。發生崩解時的溫度叫做崩解溫度。

2 Christ真空冷凍干燥曲線：

    在凍干過程中，把產品和板層的溫度、冷凝器溫度對照時間劃成曲線，叫做凍干曲線。一般縱坐標為溫度，橫坐標為時間。凍干不同的產品采用不同的凍干曲線。同一產品使用不同的凍干曲線時，產品的質量也不相同。凍干曲線還與凍干機的性能有關，因此不同的產品，不同的凍干機應用不同的凍干曲線。
    根據所獲取的制品的共熔點溫度、崩解溫度、最佳預凍速率、殘水含量和凍干機的性能，初步擬訂出擱板溫度曲線和凍干箱的壓力曲線，用此曲線在實驗凍干機上試驗。測量并記錄的擱板溫度、制品凍層溫度、制品干層溫度、凍干箱壓力、冷阱溫度等參數，隨時修改凍干曲線中不合理部分。由檢測和觀察確定升華階段結束和解吸干燥結束的時間。凍干結束后，對產品質量和含水量進行檢測。根據所得凍干過程參數的數據，重新擬訂凍干曲線并進行試驗，直到得到較為滿意的曲線為止。

3 Christ凍干機的組成

     凍干機系由制冷系統、真空系統、加熱系統、電器儀表控制系統所組成。真空系統為升華干燥倉建立低氣壓條件，加熱系統向物料提供升華潛熱，制冷系統向冷阱和干燥室提供所需的冷量，電器儀表控制系統控制各系統的運作。凍干機主要部件為干燥箱、凝結器、冷凍機組、真空泵、加熱/冷卻裝置等。

4 計量特性

                     表 1

    以上性能要求僅供參考，可根據設備的實際情況做相應的調整。

5 驗證方法

5. 1 板層( 冷媒) 的降溫速率和最低溫度

      按照凍干機使用標準操作規程操作，當板層制冷開始記下當時的溫度( 常溫) 和時間，當溫度降至凍干溫度時記下時間，并按公式( 1) 計算降溫速率:
( T1 － T2)
VT = ( 1) t
式中: V_T—板層( 冷媒) 的降溫速率，℃ /min;
T₁—凍干機的初始溫度，℃。 T₂—凍干機的凍干溫度，℃; t—凍干機的變溫時間，min。
     持續對凍干箱進行降溫，記錄板層( 冷媒) 的最低溫度。

5. 2 冷凝器降溫速率和最低溫度測試
   
      按照Christ凍干機使用標準操作規程操作，當冷凝器制冷開始記下當時的溫度和時間。當冷凝器到達目標凍干溫度( － 40℃) 時，記錄標準器的溫度和時間，參考公式( 1) 計算冷凝器降溫速率。繼續對冷凝器降溫，直到當達到最低溫度時為止，并記錄該最低溫度值。

5. 3 抽氣時間和極限真空度測試
將凍干箱加熱至干燥狀態，冷凝器的溫度低于－50℃，啟動抽真空系統，記錄真空度自一個大氣壓升高到 10Pa 的時間; 繼續抽真空 2 小時，記錄極限真空度。

5. 4 系統真空泄漏率測試
完成 5. 3 項的極限真空度測試后( 極限真空度大約在≤1Pa 時) ，關閉真空設備上的各閥門進行保壓。記錄起始時間和真空度，經 40 分鐘后記錄凍干箱的真空度值，按公式( 2) 計算系統真空泄漏率。
P₂ － P₁ × V
Q = ( 2) t
式中: Q—系統真空泄漏率，Pa·m³ /min ;
P₂—凍干機的真空室經過時間 t 后達到的壓強，Pa;
P₁—真空泵停止時凍干箱的壓強，Pa;
V—凍干箱的體積，m³;
t—凍干機的變溫時間，min。

5. 5 板層( 冷媒) 升溫速率和最高溫度測試
將板層溫度降到 － 40℃，記錄當時的溫度和時間，設定板層溫度為 70℃ 對板層加熱。當溫度升至 20℃時記下時間，對凍干機板層升溫速率進行評價，參考公式( 1) 計算板層( 冷媒) 升溫速率。
繼續對板層升溫，當達到最高溫度時，記錄板層Christ真空冷凍干燥機的驗證方法 53的最高溫度值。

5. 6 溫度偏差與溫度均勻性
將干燥空間分為上、中、下三層，每層放置 5 個溫度傳感器，分別放于各層的四角和中心點。在空載狀態下進行溫度分布測試，溫度測試點分別為－40℃、0℃和 40℃，箱體溫度定穩定 30 分鐘，每 2 分鐘測量全部測量點的溫度值和設備指示溫度值 1 次，共 15 次。也可根據被校設備的穩定性和數據變化情況可適當調整采集時間間隔及采集次數。應盡量采集穩定過程中有代表性的高點和低點。
溫度偏差( 中心點) : 凍干機在穩定狀態下，儀器顯示溫度平均值與中心點實測溫度平均值的差值，按公式( 3) 計算:
Δt_d = t_d － t_o ( 3) 式中: Δt_d—溫度偏差，℃;
t_d—被測設備顯示平均值，℃;
t_o—標準器于凍干箱幾何中心點 n 次測量的平均值，℃。
溫度均勻度: 設備在穩定狀態下，全部測量點每次測試的最高溫度與最低溫度之差的算術平均值。
Δtu =

( timax － timin) /n ( 4) 式中:

t_u—溫度均勻度，℃;
t_imax—各測試點在第 i 次測得的最高溫度，℃; t_imin—各測試點在第 i 次測得的最低溫度，℃; n—測量次數。
5. 7 最大捕水量測試
在平底托盤中加入最大限度( 總量不超過儀器標稱最大捕水量 1. 5 倍) 的注射用水，分別置于板層上。按照凍干機使用標準操作規程，對凍干箱 ( 板層) 和后箱冷凝器進行預凍，在一定真空度下，對注射用水進行連續真空干燥，停機后稱量平底托盤中的殘留注射用水的量，按照下列公式計算凍干機的最大捕水量。
最大捕水量 = 加入量 － 殘留量

       Christ凍干機的性能確認過程中，應嚴格按照設備標準操作規程，若出現個別項目不合格，應查明原因并對該項目進行再驗證。若屬設備參數設定問題，應考慮重新進行參數設置和試驗。必要時可以對各項參數進行相同工況多次驗證和不同裝載( 空載、負載、熱穿透等) 情況的驗證。
一般正常情況下，驗證周期為( 1 ～ 2) 年，使用單位可根據自身行業屬性、儀器的使用頻率、儀器工況等因素適當的調整驗證周期。若更換重要配套設備或大修后，均需要再次驗證，以確保各種重大變更不會對使用效果產生影響。