在冻干过程中,有两个关键的控制参数,即温度和真空度。为了确保获得准确且稳定的真空度,首先需要保证冻干机具有良好的密封性能。密封性的评估主要有两个指标:真空上升率和真空泄漏率。虽然这两个概念看似相似,但实际上却是衡量密封性的重要基础。
1. 真空上升率
真空上升率是指在一定时间内,冻干机腔体内压力的变化(mT/min、mbar/min等)。例如,若将腔体抽至100mT并保持稳定,关闭真空泵后1分钟内观察压力变化,若压力上升至105mT,则真空上升率为5mT/min,计算公式为:真空上升率 = (最终压力 - 初始压力)/ 时间。
2. 真空泄漏率
在泄漏测试中,一般情况下,持续维持的时间越长,结果的准确性越高。不过,真空上升率并不能作为不同冻干机密封性的准确依据,因为它没有考虑腔体的体积。因此,为了进行实际比较,应使用“泄漏率”来衡量,它是将上升率乘以腔体体积得出的。一般公式为:泄漏率 = (最终压力 - 初始压力)×腔体体积 / 时间。
例如,对于腔体A和腔体B的对比,假设它们的体积分别为261m³和176m³,若腔体A的真空上升率为0.233μbar/min,则腔体A的泄漏率为0.233μbar/min × 261m³ = 0.608μbar∙m³/min,相较之下,腔体B的泄漏率为0.317μbar/min × 176m³ = 0.558μbar∙m³/min,意外发现压力上升较小的腔体A拥有更大的泄漏率。
3. 行业内标准
根据《Parenteral Society Technical Monograph No.7, Leak Testing of Freeze Dryers》,新、干燥且空载的冻干机推荐的泄漏率为2×10-2mbar·L/s(318mT·ft3/min)。然而,对正在使用的冻干机,行业标准差异很大,甚至可以接受与上述标准相比宽松50倍的泄漏率。
4. 影响因素
在确定真空值时,不同的开始压力与真空度会影响泄漏率和压力上升速率。高真空下吸气可能更强,而较低真空下泄漏率则会减小。同时,虚拟泄漏的存在是测量压力上升速率和泄漏率时的重要问题,它不是由容器壁的裂缝造成,而是由于腔体内部的蒸发现象。常见的虚拟泄漏原因包括湿度、液体挥发以及气体被困等。
5. 结论
在比较不同容积的腔体性能时,不能单纯使用压力上升速率,而应采用泄漏率。每次测试都应保持初始压力一致,并考虑抽空时间与虚拟泄漏的可能性。同时,若使用制冷数据进行比较,务必保持条件一致,以确保结果准确。
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