冷冻干燥的基本原理是基于水的三态变化。水有固态、液态和气态，三种状态可以相互转换，可以共存。当水处于三相点（温度0.01℃，水蒸气压610.5Pa）时，水、冰、水蒸气可以共存，相互平衡。在高真空状态下，利用升华原理，使预冻物料中的水分，在没有冰融化的情况下，直接升华成冰状态的水蒸气被去除，从而达到冷冻的目的烘干。冻干产品呈海绵状，不缩水，复水性好，水分极少。经相应包装后，可在常温下长期贮存和运输。由于真空冷冻干燥具有其他干燥方法无可比拟的优势，因此这项技术自问世以来就越来越受欢迎，在医药、生物制品和食品中的应用也越来越广泛。血清、细菌、中西药等生物制品多为生物活性物质。真空冷冻干燥技术也为保存生物活性提供了很好的解决方案。
详细的
冻干机的冷冻干燥是一种利用升华原理进行干燥的技术。是将干燥后的物料在低温下快速冷冻，然后在适当的真空环境下，冷冻的水分子直接升华成水蒸气逸出的过程。冷冻干燥得到的产品称为冻干机，该过程称为冻干。物质在干燥前始终处于低温（冻结状态），冰晶均匀分布在物质中。升华过程不会因脱水而浓缩，避免水蒸气引起的起泡、氧化等副作用。干物质呈干海绵状，呈多孔状，体积基本不变，易溶于水，恢复原状。最大程度地防止干物质的物理、化学和生物变性。冷冻干燥机由制冷系统、真空系统、加热系统、电器仪表控制系统组成。主要部件有干燥箱、冷凝器、制冷机组、真空泵、加热/冷却装置等。其工作原理是先将干燥的物品冷冻到三相点温度以下，然后将固体水（冰）直接升华到在真空条件下将物品放入水蒸气中，将其从物品中取出，然后将物品晾干。前处理后的物料送至速冻库进行冷冻，再送至干燥库进行升华脱水，再在后处理车间进行包装。真空系统为升华干燥室建立低压条件，加热系统为物料提供升华潜热，制冷系统为冷阱和干燥室提供所需的冷能。本设备采用高效辐射加热，物料受热均匀；采用高效集水器，可实现快速除霜；采用高效真空装置，可实现油水分离；采用并联集中制冷系统，多路按需制冷，工况稳定节能；采用人工智能控制，控制精度高，操作方便。新宇仪器网对冻干产品的质量要求是：生物活性不变、外观色泽均匀、形态饱满、结构牢固、溶解速度快、残留水分低。要获得高质量的产品，您应该对冷冻干燥的理论和技术有更全面的了解。冷冻干燥过程包括三个阶段：预冷冻、升华和再冷冻。合理有效地缩短冻干周期在工业生产中具有明显的经济价值。
1、产品冷冻
当溶液快速冷冻（每分钟10-50°C）时，晶粒在显微镜下仍然可见；相反，当溶液缓慢冷冻（1°C/min）时，形成的晶体肉眼可见。粗晶体在升华时留下较大的间隙，可以提高冷冻干燥的效率。细晶在升华后留下较小的间隙，阻碍了下层的升华。速冻成品颗粒细腻，外观均匀，比表面积大，多孔。结构好，溶解速度快，成品吸湿性相对较强。药物在冻干机中的预冻有两种方式：一种是将产品冷却同时放置干燥箱；另一种是等待干燥箱的架子冷却到-40°C左右再放入产品。 前者相当于慢速冷冻，后者介于速冻和慢速冷冻之间，所以经常使用要兼顾冻干效率和产品质量。这种方法的缺点是当产品放入箱中时，空气中的水蒸气会迅速凝结在货架上。在升华初期，如果板片升温很快，可能会因升华面积大而超出冷凝器的正常负荷。这种现象在夏季尤为明显。产品的冷冻处于静止状态。经验证明，在产品温度达到共晶点之前，容易发生过冷。然而，溶质仍然没有结晶。为克服过冷现象，产品的冷冻温度应低于共晶点以下的一个范围，并应保持一段时间，直至产品完全冷冻。
2、升华的条件和速度
当一定温度下的饱和蒸气压大于环境中水蒸气的分压时，冰就会开始升华；冷凝器对低于产品温度的水蒸气的抽吸和捕集是维修的必要条件。气体分子在两次连续碰撞之间移动的距离称为平均自由程，它与压力成反比。在常压下，它的值很小，升华后的水分子容易与气体发生碰撞，回到蒸汽源表面，所以升华速度很慢。当压力降到13.3Pa以下时，平均自由程增加105倍，升华速度明显加快，飞行的水分子很少改变它们的外观，从而形成定向蒸汽流。真空泵在冷冻干燥机中起到抽取永久性气体的作用，以保持升华所需的低压。 1g 水蒸气在常压下为 1.25L，但在 13.3Pa 下会膨胀到 10,000 升。普通的真空泵单位时间内不可能抽出这么大的体积。冷凝器实际上形成了一个真空泵，专门用于捕获水蒸气。产品和冷凝的温度通常为-25°C和-50°C。该温度下冰的饱和蒸汽压分别为63.3Pa和1.1Pa，因此升华面和凝结面之间存在相当大的压差。如果此时系统中不凝性气体的分压可以忽略不计，就会促使产品中的水蒸气升华，以一定的流速到达冷凝器表面，形成霜冻。冰的升华热约为2822J/g。如果升华过程不供热，产品只能通过降低内能来补偿升华热，直到其温度与冷凝器温度平衡，升华才会停止。为了保持升华和冷凝之间的温差，必须为产品提供足够的热量。
