北京四环福瑞冻干技术之共熔点和共晶点测试

冷冻干燥技术是将含水物料预先冻结后在真空状态下进行升华而获得干燥物料的方法，干燥后物料原有的化学、生物特性基本不变，易于长期保存，是一种优良的干燥方法，被广泛应用于食品、生物制品、医药、化工、材料制备等各个领域。而在冷冻干燥过程中，物料的共晶点和共熔点是冻干工艺中重要的2个参数。物料的共晶点是指物料中的水分全部冻结时的温度。物料的共熔点是指完全冻结的物料，当温度升至某一值时，物料内部的冰晶开始熔化时的温度。由于冷冻干燥是在真空状态下进行，只有产品全部冻结后才能在真空下进行升华，否则有部分液体存在时，在真空下不仅会迅速蒸发，造成冻干产品鼓泡，因此冻干产品升华时物料预冻温度要低于物料共晶点5～10℃，保证物料完全冻结，同时在干燥时加热温度不能高于物料的共熔点，否则在物料内部将会产生气泡或充气膨胀，出现融化和干缩现象，影响冻干制品的质量。

北京四环福瑞冻干技术适用于液态物料的共晶点和共熔点测试。

一、共熔点测试

需要冻干的产品，一般是预先配制成水的溶液或悬浊液，因此它的冰点与水就不相同了，水在0℃时结冰，而海水却要在低于0℃的温度才结冰，因为海水也是多种物质的水溶液。实验指出溶液的冰点将低于溶媒的冰点。
   另外，溶液的结冰过程与纯液体也不一样，纯液体如水在0℃时结冰，水的温度并不下降，直到全部水结冰之后温度才下降，这说明纯液体有一个固定的结冰点。而溶液却不一样，它不是在某一固定温度完全凝结成固体，而是在某一温度时，晶体开始析出，随着温度的下降，晶体的数量不断增加，直到Z后，溶液才全部凝结。这样，溶液并不是在某一固定温度时凝结。而是在某一温度范围内凝结，当冷却时开始析出晶体的温度称为溶液的冰点。而溶液全部凝结的温度叫做溶液的凝固点。因为凝固点就是融化的开始点（既熔点），对于溶液来说也就是溶质和溶媒共同熔化的点，所以又叫做共熔点。共熔点才是溶液真正全部凝成固体的温度。
    共熔点的概念对于冷冻干燥是重要的，因为冻干产品可能有盐类、糖类、明胶、蛋白质、血球、组织、病毒、细菌等等的物质。由于冷冻干燥是在真空状态下进行，只有产品全部冻结后才能在真空下进行升华，否则有部分液体存在时，在真空下不仅会迅速蒸发，造成液体的浓缩使冻干产品的体积缩小；而且溶解在水中的气体在真空下会迅速冒出来，造成象液体沸腾的样子，使冻干产品鼓泡，甚至冒出瓶外。为此冻干产品在升华开始时必须要冷到共熔点以下的温度，使冻干产品真正全部冻结。
二、共晶点测试

共晶点是指物料中水分完全冻结成冰晶时的温度。在升华过程中，物料温度应维持在低于而又接近共融点的温度。也指物料中游离水分完全冻结成冰晶时的温度。在溶液的冻干过程中，非常有必要知道溶液的共晶点，因为这将有助于控制预冻和升华过程。在真空冷冻干燥过程中Z关键的条件就是控制物料温度保持在共晶点温度以下10-15℃，从而保证物料不熔化，维持微孔结构和理化性质保持完好不变。

在冻干过程中，物料预冻的Z终温度以其共晶点为依据，干燥加热时物料的温度以其共熔点为依据。物料的共晶点是指物料中的水分全部冻结时的温度。为保证物料完全冻结，预冻温度要比物料的共晶点低5-10℃。若预冻温度过低，则增加能耗和生产成本；若预冻温度高于共晶点，则不能保证物料中的水分完全冻结，物料内部水分将不能完全以冰的形式升华，导致物料在干燥过程中发生收缩和失形等问题。另外，未冻结的水分中所含溶质，在干燥过程中可能随内部水分向物料表面迁移，出现冻干制品表面硬化现象。物料共熔点是指完全冻结的物料，当温度升至某一值时，物料内部的冰晶开始熔化时的温度。干燥时加热温度不能高于物料的共熔点，否则在物料内部将会产生气泡或充气膨胀，影响冻干制品的质量。

常规测定共晶点/共熔点的方法是电阻法，故准确地测定物料的共晶点与共熔点，对冷冻干燥工艺的制定和冻干过程的优化控制就显得尤为重要。

三、测试仪的主要特点

1. 智能化自动判断物料共晶点和共熔点。

2. 采用两行式液晶显示屏，直接显示物料的共晶点和共熔点。

3. 实时显示当前物料温度。

4. 性能稳定、可靠，操作简单。

四、使用条件

1. 正常工作条件：环境温度：5℃～30℃

相对湿度≤85%

电源电压：AC（220V±22）V  （50±1）Hz

工作环境应通风良好，没有导电尘埃、爆炸性、腐蚀性气体及强电磁场干扰。

2. 运输贮存条件：环境温度：≤30℃

相对湿度：≤85%

贮存环境应通风良好，无腐蚀性气体。

五、操作步骤

1、共熔点测量法

1）将一对白金电极浸入液体产品之中，并在产品中插一温度计，把它们冷却到-40℃以下的低温，然后将冻结产品慢慢升温。

2）用惠斯顿电桥来测量其电阻，当发生电阻突然降低时，这时的温度即为产品的共熔点。电桥要用交流电供电，因为直流电会发生电解作用，整个过程由仪表记录。

2、共晶点测试仪测量方法

1）将待测试的物料装入西林瓶中，调节支架高度，使共晶点测试仪的探头能浸入物料液面下，再锁紧调节螺钉。

2）将测试仪探头、支架以及装有物料的西林瓶放入冻干机内，关闭冻干机门。

3）将共晶点测试仪的电源插头连接上220V交流电源插座中。

4）打开电源开关，共晶点测试仪即自动进入共晶点共熔点测定程序。此时开启冻干机进行相应冷冻与加热操作即可。