图1 Genevac HT-24离心式真空冷冻干燥机

冷冻干燥是大多数试样干燥的首选方法，但是应用起来受到多方面的限制，现在使用离心式真空冻干机，就可以完成那些常规干燥工艺方法难以干燥的试样了。

多年来,实验室试样的干燥一直采用冷冻干燥的方法（冻干法），但传统的冷冻干燥设备却存在许多缺陷。例如：试样的溶剂品种有限，通常情况下只能用水作为溶剂，有机溶剂或其混合液都不能使用。另外，这种干燥方式所需的时间也很长。

研究溶液干燥的科学家们，曾经考虑过使用离心式真空干燥设备进行干燥，但是在例如粘结剂之类的研究中，有机溶剂的腐蚀性使得这些试样无法使用冷冻干燥的方法。

在提纯试验中，一般情况下只需使用0.1%三氟乙酸改性剂（TFA）就可以解决这个问题。但是，利用冷冻干燥方法对这种溶液中进行萃取操作还是存在一些缺点：首先，乙腈的干燥条件是零下65℃，乙腈要在高真空度的条件下进行冷冻干燥，或者在冻干机中干燥，否则会损失试样成分，带来交叉污染。第二，冷冻状态下的乙腈阻碍真空形成，影响水的冷冻干燥。第三，对于工业化生产，这种干燥方法耗费的时间太长。

技术革新

离心式真空干燥技术带来了革新。它能同时对不同的试样进行干燥，试样成分损失小、没有交叉污染。但部分用户反馈在试样准备中存在问题：需采用“批次”方法进行干燥，不能使所有的三氟乙酸升华，因此造成残留导致试样受损；而且化合物会与水产生反应，从而提高了沸点。NMR核磁共振分析结果显示了明显的溶剂残留。

利用水准备的试样可在最佳真空环境下的离心式冷冻干燥机中进行干燥。Genervac 公司研发生产的HT-4X型真空冷冻旋转蒸发干燥仪带有耐腐蚀的螺杆真空泵，它能实现的真空度达0.5mbar，足以使水冻结，干燥过程相当于冷冻干燥，并且持续时间也较长。

图2  同一试样采用不同冷冻干燥方法得到的结果：左图为传统的蒸发干燥方法，右图为冷冻干燥方法

冷冻干燥过程

Genervac公司研发出把冷冻干燥和离心真空蒸发结合在一起的解决方案：设备工作时，首先利用设备的高速旋转使大部分溶剂蒸发，再转换到冷冻干燥方式下工作。使用Genevac HT-12型真空冷冻旋转蒸发干燥仪后，96份各30ml的试样处理时间由原来的48h缩短到16h，即每一份试样的处理时间仅为10min。为了进一步缩短时间，Genevac公司对冷冻干燥过程中的试样加热过程又进行了优化试验。

水的冷冻干燥：标准试液使用含有0.01mol异丁苯丙酸钠的水溶液。每15ml这样的试液注入48个20ml试管中，并在不同条件下在Genevac HT-4X型真空冷冻旋转蒸发干燥仪中进行干燥。真正的蒸发过程由下列4步组成：

蒸发，使溶液浓度快速提高；

冷却试样，准备冷冻；

高真空下的冷冻干燥；

溶剂冷冻干燥。

事实上，冷却和冷冻在一个阶段完成，冷冻阶段无需加热，否则试样不够冷而难以被冻干。仔细调整加热过程后，可缩短浓缩时间，通常可从8h缩短至5.5h。

混合液的冷冻干燥

利用水和乙腈作为混合液时，除了干燥时间比水更短外，其余与溶剂的冷冻干燥过程相同。冷冻干燥过程中的关键步骤在于在水分浓缩之前萃取出乙腈。

Dir-Pure防暴沸技术和高旋转速度避免暴沸；

40mbar真空下乙腈挥发，水并不冻结（在次真空环境中乙腈的沸点为2℃）。

清空冷凝水，否则乙腈会在后续阶段中对真空带来不利影响。

0.01mol的异丁苯丙酸钠溶液按水和乙腈比为60:40配成混合液备用。试验结果表明，这种混合液无需冷却阶段。经过准确的浓度和冷冻干燥调整，48份15ml的试样可在5h内全部干燥完毕，相当于每份试样的干燥时间只有6.25min。

小结

试样的冷冻干燥便于试样干燥后的再溶解。在冷冻干燥过程中，合理的加热可明显缩短冷冻干燥的时间，有些情况下试样的冷却阶段可以省略，当混合液由水和乙腈组成时，乙腈挥发后、水冷冻干燥前应清空冷凝水。