介紹

冷凍干燥在設(shè)計(jì)之初是僅使用水為溶劑。隨著新應(yīng)用的不斷涌現(xiàn)，在水溶液中不溶的物質(zhì)在化學(xué)應(yīng)用中變得越來(lái)越普遍。因此，冷凍干燥越來(lái)越多地與有機(jī)溶劑而不是水一起使用。在樣品被冷凍干燥之前，樣品往往在研究和開(kāi)發(fā)中使用到無(wú)機(jī)酸和堿。通常在凍干過(guò)程開(kāi)始之前，必須充分考慮這些類(lèi)型的樣品在凍干過(guò)程中的可能發(fā)生的情況。

硬件

冷凍干燥機(jī)包含塑料（丙烯干燥室）、橡膠（密封件和墊圈）和不銹鋼（冷凝器），這些材料可能會(huì)受到無(wú)機(jī)和有機(jī)溶劑的不利影響。在開(kāi)始凍干前，檢查系統(tǒng)的狀態(tài)非常重要，尤其是檢查密封件、不銹鋼部件和丙烯干燥室，并更換磨損的部分。

凍干過(guò)程

在冷凍干燥過(guò)程中，許多含水樣品可以很容易地處理，并且對(duì)于大多數(shù)實(shí)驗(yàn)而言，水將充分收集在冷凝器上。但有機(jī)溶劑的情況可能大不相同——許多有機(jī)溶劑的冰點(diǎn)很低；有些溫度遠(yuǎn)低于冷凝器表面溫度。為了了解溶劑是否可以冷凍干燥，需要使用溶劑的蒸氣壓曲線來(lái)驗(yàn)證四個(gè)主要問(wèn)題。

1. “溶劑如何被凍結(jié)？”即哪種方法可以達(dá)到足夠低的溫度，使樣品充分凝固。

2. “溶劑在什么濃度下可以冷凍？”即溶劑是否需要稀釋才能凝固。

3. “冷凝器能收集溶劑嗎？”即冷凝器的溫度需要比溶劑的凝固點(diǎn)溫度低15-20°C。

4. “在這個(gè)過(guò)程中，樣品會(huì)保持在冷凍狀態(tài)嗎？”即我們能否保持足夠低的壓力，使樣品保持凝固狀態(tài)。

有機(jī)溶劑很難冷凍。它們通常需要在冷凍前用水稀釋，或者使用液氮來(lái)達(dá)到足夠低的溫度。許多有機(jī)溶劑的冰點(diǎn)很低，即使是 -85°C 或 -105°C 的冷凝器也無(wú)法收集它們。因此在蒸汽收集方面，-55°C 的冷凝器與更冷的冷凝器之間的能力差異并不大，如 表1所示。

表1. 常用溶劑的三相點(diǎn)

如果溶劑沒(méi)有被捕獲在冷凝器中，它將以蒸汽的形式通過(guò)泵離開(kāi)腔室。當(dāng)溶劑蒸汽離開(kāi)系統(tǒng)時(shí)，選擇合適的泵是至關(guān)重要的。渦旋泵（例如Lyovapor L-200配置的愛(ài)德華茲渦旋泵nXds 6ic）建議所有涉及有機(jī)溶劑冷凍干燥應(yīng)用使用。由于有機(jī)溶劑的冷凍溫度和三相點(diǎn)較低，即使在極限真空下，也很難足夠快地排出系統(tǒng)，同時(shí)保持系統(tǒng)中足夠低的壓力以避免溶劑熔化。對(duì)于稀釋后的溶液，通常會(huì)看到有機(jī)溶劑的熔化和蒸發(fā)，而水保持凍結(jié)狀態(tài)（下面溶劑表中的黃色區(qū)域）。如果溶劑量過(guò)高，系統(tǒng)將無(wú)法維持所需的壓力，所有溶劑都會(huì)熔化和蒸發(fā)（溶劑表中的紅色區(qū)域），則必須停止凍干進(jìn)程。

如何處理實(shí)驗(yàn)室冷凍干燥機(jī)中的有機(jī)溶劑

如果可能的話，在使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器進(jìn)行冷凍干燥之前，盡可能多地去除溶劑。

亞克力干燥筒可能會(huì)出現(xiàn)少量蝕刻，它不會(huì)影響凍干進(jìn)程，但也可能需要定期更換。良好和定期的設(shè)備維護(hù)是非常有必要的，冷凍干燥機(jī)應(yīng)在每次使用后清洗。

不要讓冷凝液留在冷凝器中，在疏水閥打開(kāi)的情況下，盡快進(jìn)行儀器的除霜步驟。用清水沖洗冷凝器，確保其清潔干燥。

使用干泵處理除水以外的溶劑，并確保泵的排氣口位于通風(fēng)柜中，以避免實(shí)驗(yàn)者接觸到溶劑。

下面顯示不同型號(hào)的凍干機(jī)對(duì)應(yīng)的有機(jī)溶劑應(yīng)用范圍，以及它們是否可以通過(guò)凍干去除。可根據(jù)應(yīng)用需求選擇合適的凍干機(jī)。