Woda jest ważną substancją tworzącą życie, a woda występuje w różnych formach w systemach biologicznych. Jeden nazywa się wolną wodą w postaci roztworu lub zawiesiny, która może zamarznąć po zamrożeniu; drugi jest związany wiązaniami wodorowymi z niektórymi grupami polarnymi, w tym ze strukturą sieci utworzoną przez grupy polarne. Wśród nich ta część wody nie zamarza nawet w ekstremalnie niskich temperaturach, co nazywa się wodą związaną; ponadto istnieją inne formy wody w systemach biologicznych, które wciąż są niejasne.
Proces zamarzania wody przebiega następująco: gdy temperatura wody spada do punktu zamarzania 0 stopni , jeśli brakuje jąder kryształów, woda nie zamarza, temperatura nadal spada, a woda pozostaje w stanie ciekłym, co nazywa się przechłodzeniem wody; Kiedy w wodzie znajdują się jakieś obce substancje, stają się one jądrami zamarzania wody, więc cząsteczki wody przyjmują jądra jako rdzeń i łączą się w stałą strukturę sieciową w określonym układzie.
Po rozpoczęciu zamrażania temperatura gwałtownie wzrośnie od temperatury przechłodzenia do {{0}} stopnia (spowodowane egzotermą podczas zamrażania) i pozostanie na niezmienionym poziomie 0 stopnia podczas procesu zamrażania , a temperatura utrzyma się dopiero po zamrożeniu całej wody. spadek. Na liczbę i wielkość kryształków lodu mają wpływ dwa czynniki; mianowicie szybkość zarodkowania i szybkość wzrostu kryształów. Tempo wzrostu jąder wzrasta w pobliżu 0 stopnia, a tempo zarodkowania jest bardzo niskie, więc trzymanie przez pewien czas w temperaturze 0 stopnia spowoduje wytworzenie kilku kryształów o dużych rozmiarach; powyżej 0 stopni kryształy o dużej liczbie i małych rozmiarach zostaną uzyskane podczas zamrażania w niższej temperaturze.
Temperatura zamarzania i temperatura wrzenia roztworu różnią się od temperatur rozpuszczalnika i substancji rozpuszczonej, a także ma różne temperatury zamarzania i temperatury Tao w zależności od stężenia substancji rozpuszczonej. Weź wodny roztwór jako przykład, aby zilustrować proces koagulacji roztworu. Kondensacja roztworu wodnego różni się od kondensacji czystej wody. Nie jest całkowicie skondensowany w ciało stałe w określonej stałej temperaturze. Kiedy temperatura roztworu spada do określonej temperatury, kryształy zaczynają się wytrącać. Wraz ze spadkiem temperatury liczba kryształów stale rośnie. koagulować. Dlatego roztwór skrapla się w pewnym zakresie temperatur. Temperatura, w której kryształy zaczynają wytrącać się podczas chłodzenia, nazywana jest temperaturą zamarzania roztworu, a temperatura, w której roztwór całkowicie skrapla się, nazywana jest temperaturą zamarzania roztworu, czyli temperaturą, w której cała substancja rozpuszczona i rozpuszczalnik krystalizują . Podczas procesu krystalizacji roztworu stężenie roztworu wzrośnie, temperatura zamarzania spadnie, rozcieńczony roztwór stanie się roztworem stężonym i stopniowo stanie się roztworem nasyconym. Gdy temperatura nadal spada, z powodu spadku rozpuszczalności, kryształy substancji rozpuszczonej będą wytrącane i ostatecznie staną się kryształkami lodu. Mieszanina eutektyczna z kryształem substancji rozpuszczonej, temperatura w tym czasie jest temperaturą eutektyczną roztworu. Ten proces jest również procesem egzotermicznym, z przechłodzeniem i plateau na krzywej zamarzania, jak zamarzanie wody.
Większość zamrożonych produktów to roztwory wodne, część to wodne roztwory znanych składników, a część to mieszaniny roztworów i zawiesin.
Niektóre ciecze o złożonym składzie po zamrożeniu tworzą dwa stany, jeden to stan krystaliczny, a drugi to stan amorficzny (zwany także stanem szklistym). Jeśli powstaje stan krystaliczny, temperatura, w której całkowicie zamarza lub krzepnie, nazywana jest punktem eutektycznym; jeśli tworzy się stan szklisty, temperatura, w której całkowicie zamarza lub starzeje się, nazywana jest temperaturą zeszklenia.
Stężenie roztworu jest bardzo ważne dla liofilizacji, może wpływać na czas liofilizacji i jakość produktu, stężenie jest za wysokie lub za niskie
Oba są szkodliwe dla liofilizacji. Jeśli stężenie jest zbyt wysokie, po wysuszeniu będzie zbyt dużo suchej masy, gęstość będzie wysoka, a rozpuszczanie będzie powolne. Podczas suszenia wpłynie to na szybkość sublimacji, a nawet nastąpi topienie. Zbyt małe stężenie, zbyt mało suchej masy po powolnym suszeniu do tworzenia struktury grudek, produkt wygląda jak bawełna, a nawet
Zostanie przeniesiony na zewnątrz pojemnika przez strumień powietrza sublimacyjnego. Stężenie liofilizowanego produktu powinno wynosić od 4 do 25 procent, przy czym najlepsze jest stężenie od 10 do 15 procent. Poziom stężenia wpłynie również na temperaturę zamarzania produktu, takiego jak wodny roztwór chlorku sodu, gdy stężenie wynosi 18,8 procent, temperatura zamarzania wynosi -15 stopień, a gdy stężenie wynosi 23 procent, temperatura zamarzania to -21 stopień .
