Το νερό είναι μια σημαντική ουσία που αποτελεί τη ζωή και το νερό υπάρχει σε διάφορες μορφές στα βιολογικά συστήματα. Το ένα ονομάζεται ελεύθερο νερό σε μορφή διαλύματος ή εναιωρήματος, το οποίο μπορεί να παγώσει όταν παγώσει. Το άλλο είναι δεσμευμένο με υδρογόνο σε ορισμένες πολικές ομάδες, συμπεριλαμβανομένης της δομής του δικτύου που σχηματίζεται από πολικές ομάδες. Μεταξύ αυτών, αυτό το μέρος του νερού δεν παγώνει ακόμη και σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες, το οποίο ονομάζεται δεσμευμένο νερό. Επιπλέον, υπάρχουν και άλλες μορφές νερού σε βιολογικά συστήματα που είναι ακόμα ασαφείς.
Η διαδικασία κατάψυξης του νερού είναι η εξής: όταν η θερμοκρασία του νερού πέσει στο σημείο πήξης του 0 βαθμού , εάν υπάρχει έλλειψη κρυσταλλικών πυρήνων, το νερό δεν παγώνει, η θερμοκρασία συνεχίζει να πέφτει και η Το νερό παραμένει σε υγρή κατάσταση, η οποία ονομάζεται υπερψύξη του νερού. Όταν υπάρχουν κάποιες ξένες ουσίες στο νερό, οι ξένες ουσίες γίνονται οι πυρήνες της κατάψυξης του νερού, έτσι τα μόρια του νερού παίρνουν τους πυρήνες ως πυρήνα και συνδυάζονται σε μια συμπαγή δικτυωτή δομή σε μια συγκεκριμένη διάταξη.
Μετά την έναρξη της κατάψυξης, η θερμοκρασία θα αυξηθεί γρήγορα από την υπερψυγμένη θερμοκρασία σε {{0}} βαθμό (που προκαλείται από την εξώθερμη κατά την κατάψυξη) και θα παραμείνει αμετάβλητη στους 0 βαθμούς κατά τη διαδικασία κατάψυξης , και η θερμοκρασία θα συνεχιστεί μόνο αφού παγώσει όλο το νερό. πτώση. Ο αριθμός και το μέγεθος των κρυστάλλων πάγου επηρεάζονται από δύο παράγοντες. δηλαδή, ο ρυθμός πυρήνωσης και ο ρυθμός ανάπτυξης κρυστάλλων. Ο ρυθμός ανάπτυξης των πυρήνων αυξάνεται κοντά σε 0 μοίρες και ο ρυθμός πυρήνωσης είναι πολύ χαμηλός, επομένως η διατήρηση για μια χρονική περίοδο σε 0 βαθμό θα παράγει μερικούς κρυστάλλους με μεγάλο μέγεθος. περισσότερο από 0 βαθμούς, κρύσταλλοι με μεγάλο αριθμό και μικρό μέγεθος θα ληφθούν κατά την κατάψυξη σε χαμηλότερη θερμοκρασία.
Το σημείο πήξης και το σημείο βρασμού του διαλύματος είναι διαφορετικά από εκείνα του διαλύτη και της διαλυμένης ουσίας και έχει διαφορετικά σημεία πήξης και Tao με τη συγκέντρωση της διαλυμένης ουσίας. Πάρτε ένα υδατικό διάλυμα ως παράδειγμα για να επεξηγήσετε τη διαδικασία πήξης ενός διαλύματος. Η συμπύκνωση ενός υδατικού διαλύματος είναι διαφορετική από αυτή του καθαρού νερού. Δεν συμπυκνώνεται πλήρως σε στερεό σε μια ορισμένη σταθερή θερμοκρασία. Όταν η θερμοκρασία του διαλύματος πέσει σε μια ορισμένη θερμοκρασία, οι κρύσταλλοι αρχίζουν να κατακρημνίζονται. Καθώς η θερμοκρασία μειώνεται, ο αριθμός των κρυστάλλων συνεχίζει να αυξάνεται. πήζω. Επομένως, το διάλυμα συμπυκνώνεται μέσα σε ένα συγκεκριμένο εύρος θερμοκρασίας. Η θερμοκρασία στην οποία οι κρύσταλλοι αρχίζουν να καθιζάνουν κατά την ψύξη ονομάζεται σημείο πήξης του διαλύματος και η θερμοκρασία στην οποία το διάλυμα συμπυκνώνεται πλήρως ονομάζεται σημείο πήξης του διαλύματος, το οποίο είναι το σημείο θερμοκρασίας στο οποίο κρυσταλλώνονται όλη η διαλυμένη ουσία και ο διαλύτης. . Κατά τη διαδικασία κρυστάλλωσης του διαλύματος, η συγκέντρωση του διαλύματος θα αυξηθεί, το σημείο πήξης θα μειωθεί, το αραιό διάλυμα θα γίνει συμπυκνωμένο διάλυμα και σταδιακά θα γίνει κορεσμένο διάλυμα. Όταν η θερμοκρασία συνεχίζει να μειώνεται, λόγω της μείωσης της διαλυτότητας, οι κρύσταλλοι της διαλυμένης ουσίας θα καταβυθιστούν και τελικά θα γίνουν παγοκρύσταλλοι. Αυτή η διαδικασία είναι επίσης μια εξώθερμη διαδικασία, με υπερψύξη και ένα οροπέδιο στην καμπύλη κατάψυξης όπως η κατάψυξη του νερού.
Τα περισσότερα από τα κατεψυγμένα προϊόντα είναι υδατικά διαλύματα, μερικά είναι υδατικά διαλύματα διάσημων συστατικών και μερικά είναι μείγματα διαλυμάτων και εναιωρημάτων.
Ορισμένα υγρά με σύνθετες συνθέσεις σχηματίζουν δύο καταστάσεις όταν καταψύχονται, η μία είναι κρυσταλλική και η άλλη είναι άμορφη (ονομάζεται επίσης κατάσταση γυαλιού). Εάν σχηματιστεί μια κρυσταλλική κατάσταση, η θερμοκρασία στην οποία παγώνει ή στερεοποιείται εντελώς ονομάζεται ευτηκτικό σημείο. Εάν σχηματιστεί μια υαλώδης κατάσταση, η θερμοκρασία στην οποία παγώνει ή γερνά εντελώς ονομάζεται θερμοκρασία μετάπτωσης υάλου.
Η συγκέντρωση του διαλύματος είναι πολύ σημαντική για τη λυοφιλοποίηση, μπορεί να επηρεάσει το χρόνο λυοφιλοποίησης και την ποιότητα του προϊόντος, η συγκέντρωση είναι πολύ υψηλή ή πολύ χαμηλή
Και τα δύο είναι επιζήμια για την λυοφιλίωση. Εάν η συγκέντρωση είναι πολύ υψηλή, θα υπάρχει πολύ ξηρή ύλη μετά την ξήρανση, η πυκνότητα θα είναι υψηλή και η διάλυση θα είναι αργή. Κατά την ξήρανση, ο ρυθμός εξάχνωσης θα επηρεαστεί και θα συμβεί ακόμη και τήξη. Πολύ χαμηλή συγκέντρωση, πολύ λίγη ξηρή ύλη μετά από αργή ξήρανση για να σχηματιστεί μια δομή συστάδας, το προϊόν μοιάζει με βαμβάκι ή ακόμα και
Θα μεταφερθεί στο εξωτερικό του δοχείου από τη ροή αέρα εξάχνωσης. Η συγκέντρωση του λυοφιλοποιημένου προϊόντος θα πρέπει να είναι μεταξύ 4 τοις εκατό και 25 τοις εκατό, με το 10 τοις εκατό έως 15 τοις εκατό να είναι το καλύτερο. Το επίπεδο συγκέντρωσης θα επηρεάσει επίσης το σημείο πήξης του προϊόντος, όπως το υδατικό διάλυμα χλωριούχου νατρίου, όταν η συγκέντρωση είναι 18,8 τοις εκατό , το σημείο πήξης είναι -15 βαθμός και όταν η συγκέντρωση είναι 23 τοις εκατό, το σημείο πήξης είναι -21 βαθμός .
