概要

產(chǎn)品溫度，一直是凍干過程中用戶非常關(guān)注的參數(shù)。但是測(cè)量得到的結(jié)果又總是差強(qiáng)人意。本文將詳細(xì)講解凍干一次干燥過程中，造成測(cè)量結(jié)果發(fā)生偏差的各種影響因素。

一、為什么使用溫度探頭

 •  是中式研發(fā)過程中（配方優(yōu)化）的基本要素

 •  有助于從中式到工業(yè)的工藝放大

 •  是凍干過程監(jiān)控的窗口

 •  可以體現(xiàn)一次干燥凍干終點(diǎn)

 •  可以體現(xiàn)不同批次產(chǎn)品的不同狀態(tài) （過冷、退火、對(duì)于曲線的響應(yīng)等）

但是，探頭只在冷凍、一次干燥開始的階段以及二次干燥中，體現(xiàn)真實(shí)數(shù)據(jù)。

二、使用溫度探頭的缺點(diǎn)

 •  放置了探頭的西林瓶必須被拒絕

 •  如果放置錯(cuò)誤，會(huì)給出錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)

 •  探頭的線會(huì)影響壓蓋的位置

 •  探頭需要定期進(jìn)行校準(zhǔn)和維護(hù)

 •  測(cè)量結(jié)果只代表，放置了探頭的西林瓶的數(shù)據(jù)

 •  放置了探頭的西林瓶，樣品干燥的更快

 •  不適用于帶自動(dòng)進(jìn)出料設(shè)備的凍干機(jī)

在一次干燥過程中：

 •  放置于層板中心的西林瓶和放置于層板邊緣的西林瓶，探頭會(huì)顯示不同數(shù)值

 •  探頭的線會(huì)縮短升華路徑

 •  探頭和探頭的線的重量會(huì)導(dǎo)致小瓶傾斜

 •  放入探頭會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品高度升高

 •  探頭是一個(gè)加熱源

 •  PT100溫度探頭測(cè)量到的是他整個(gè)長度的平均溫度數(shù)值

 •  不同批次傳感器應(yīng)該放在相似的位置，以獲得不同批次的相似數(shù)值。

一次干燥中，西林瓶樣品中不同位置的溫度：

因?yàn)樯A是一個(gè)吸熱的過程。升華速度越快，帶走的能量就越多。所以升華界面處，是西林瓶中低溫區(qū)域。

三、不同類型的產(chǎn)品溫度探頭

 (1)  有線探頭：

 •  PT100溫度探頭

 •  熱電偶溫度探頭

 (2)  無線探頭

 (3)  溫度采集器

 (4)  通過壓力測(cè)試的方法獲得產(chǎn)品的升華界面溫度

PT 100溫度探頭

 •  PT100溫度傳感器，在0℃時(shí)具有100歐姆，當(dāng)溫度變化時(shí)，其電阻也會(huì)變化。

 •  PT-100 溫度探頭在西林瓶中的位置：

熱電偶溫度探頭

 •  熱電偶是由兩種不同的金屬結(jié)合而成的傳感器，它產(chǎn)生一個(gè)電壓。此電壓是一個(gè)被稱為“熱點(diǎn)"、熱聯(lián)或測(cè)量點(diǎn)的一端與另一個(gè)“冷點(diǎn)"、冷聯(lián)或參考點(diǎn)之間的溫差的函數(shù)。

 •  熱電偶溫度探頭在西林瓶中的位置：

 •  在凍干過程的產(chǎn)品溫度測(cè)量中，熱電偶溫度探頭和PT100溫度探頭檢測(cè)到的數(shù)據(jù)差異：

綜上所述：

 •  PT100溫度探頭給出的是整個(gè)金屬區(qū)域的平均溫度：干燥相、冷凍相、空氣。

 •  熱電偶溫度探頭給出的是導(dǎo)線末端的溫度。給出的數(shù)據(jù)根據(jù)末端的位置決定。

 •  PT 100溫度探頭更加不容易損壞，推薦在工業(yè)凍干機(jī)上使用（耐受蒸汽滅菌）。

 •  熱電偶溫度探頭更加容易放置，給出的數(shù)據(jù)更精準(zhǔn)，推薦在中式工藝摸索型凍干機(jī)上使用。

 •  熱電偶溫度探頭如果可以準(zhǔn)確的放置在蛋糕靠近底部又不接觸瓶底的位置，則可以顯示一次干燥的凍干終點(diǎn)。

四、層板上不同位置西林瓶的溫度差異

 •  靠近板層邊緣位置的西林瓶，會(huì)接受到來自腔體壁和托盤壁的輻射熱量。這個(gè)輻射熱量在兩三層西林瓶之后，會(huì)減少。

 •  位于板層中間位置的西林瓶溫度會(huì)低于板層邊緣位置的西林瓶，干燥速度也會(huì)更慢。這個(gè)位置的西林瓶比位于邊緣位置的西林瓶，更少的接收到來自腔體壁的熱輻射。

曲線：

過程照片：

可以看到，靠近邊緣的西林瓶，干燥速度更快。

同一排西林瓶不同位置的干燥速度：

同一瓶中，靠近邊緣位置干燥更快。

由此，如果一批樣品中，只有部分產(chǎn)品出現(xiàn)塌陷。我們也可以根據(jù)出現(xiàn)塌陷西林瓶的位置，來分析一次干燥過程的溫度、真空及時(shí)間設(shè)置是否合理。

五、探頭放置的位置

根據(jù)產(chǎn)品溫度，尋找一次干燥終點(diǎn)的原理以及偏差原因，下圖可解釋：

為什么通常溫度探頭指示的一次干燥終點(diǎn)都偏早？這個(gè)內(nèi)容，留給大家思考。下次也可以單獨(dú)寫一篇了。

六、升華界面溫度

一次干燥過程中，通常的說法是：產(chǎn)品溫度不能超過其關(guān)鍵溫度（共晶點(diǎn)溫度、塌陷溫度）。如果超過，則產(chǎn)品會(huì)出現(xiàn)塌陷。

完整的表述應(yīng)該是：產(chǎn)品升華界面溫度不能夠超過其關(guān)鍵溫度（共晶點(diǎn)溫度、塌陷溫度）。如果產(chǎn)品升華界面溫度超過關(guān)鍵溫度，則產(chǎn)品會(huì)出現(xiàn)塌陷。

因?yàn)樯A界面一直在移動(dòng)，所以無法用物理探頭測(cè)量到這個(gè)溫度。目前比較前沿的技術(shù)是用間接的方式，關(guān)閉中隔閥，產(chǎn)生一個(gè)靜態(tài)壓力升，從而推算出產(chǎn)品的升華界面溫度。

Lyometrics是一種非侵入性監(jiān)測(cè)技術(shù)，被提出作為經(jīng)典溫度傳感器的替代品，從而能夠在一次干燥期間測(cè)量界面溫度。

它如何工作？ 

Lyometrics 在工業(yè)凍干機(jī)上計(jì)算產(chǎn)品升華界面溫度（紫色曲線）不需要額外安裝物理探頭。

此種非介入式獲取升華界面溫度的技術(shù)，可以應(yīng)用在：

實(shí)驗(yàn)室的新產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用：

 •  配方優(yōu)化

 •  工藝放大

工業(yè)應(yīng)用：

 •  提供產(chǎn)品溫度信息

 •  無探頭侵入的產(chǎn)品溫度測(cè)量（特別對(duì)于自動(dòng)上下料系統(tǒng)）：傳統(tǒng)的溫度探頭只提供單瓶樣品的溫度數(shù)據(jù)，無法提供整批樣品的溫度數(shù)據(jù)

 •  消除了插入硬件的溫度探頭無法進(jìn)行整批驗(yàn)證的缺點(diǎn)

 •  提供了整批樣品的溫度數(shù)據(jù)替代傳統(tǒng)方法只提供幾瓶樣品數(shù)據(jù)

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