凍干過程中樣品飛濺的根源之樣品自身特質(zhì)深度探究

當(dāng)樣品中存有易揮發(fā)成分時(shí)，凍干期間，這些成分由液態(tài)向氣態(tài)的轉(zhuǎn)變會(huì)催生出顯著的蒸氣壓。一旦該蒸氣壓逾越特定閾值，樣品內(nèi)部的壓力平衡便會(huì)被打破，進(jìn)而引發(fā)飛濺現(xiàn)象。諸如那些包含高濃度有機(jī)溶劑（像乙醇、丙酮之類）的樣品，有機(jī)溶劑的強(qiáng)揮發(fā)性使其在真空環(huán)境下快速汽化，致使樣品體積瞬間膨脹，最終造成飛濺。

若樣品內(nèi)存在大量氣泡，在凍干起始階段，伴隨溫度的上升以及真空度的下降，氣泡會(huì)快速擴(kuò)張。尤其是當(dāng)氣泡分布不均，在局部形成聚集時(shí)，就宛如一顆顆“微型炸彈”，促使樣品從容器中迸濺而出。例如某些經(jīng)過攪拌操作或者充入氣體的生物樣品，如富含大量二氧化碳?xì)馀莸陌l(fā)酵液，就極易出現(xiàn)這種情況。

樣品狀態(tài)因子

倘若樣品的初始狀態(tài)是過冷或過熱的液體，將其置入凍干機(jī)后，因溫度的急劇改變，其物理狀態(tài)會(huì)變得不穩(wěn)定。過冷的液體在升溫進(jìn)程中可能會(huì)急速結(jié)晶，而結(jié)晶過程中的體積變動(dòng)或者能量釋放極有可能引發(fā)飛濺狀況。同理，過熱的液體在減壓環(huán)境下更易于沸騰，從而產(chǎn)生飛濺現(xiàn)象。比如，將剛從高溫環(huán)境中取出的含有高糖成分的果汁樣品徑直放入凍干機(jī)，由于其溫度高于凍干起始溫度，在減壓條件下，果汁中的水分會(huì)迅速沸騰，最終導(dǎo)致樣品飛濺。

樣品的濃度與粘度關(guān)聯(lián)

高濃度的樣品在凍干時(shí)出現(xiàn)飛濺的概率更高。這是因?yàn)楦邼舛纫馕吨鴨挝惑w積內(nèi)溶質(zhì)含量較多，在干燥進(jìn)程中，溶質(zhì)會(huì)構(gòu)建起一種網(wǎng)狀或者結(jié)晶結(jié)構(gòu)。當(dāng)水分快速升華時(shí)，這種結(jié)構(gòu)有可能破裂，釋放出內(nèi)部的能量與物質(zhì)，進(jìn)而致使樣品飛濺。以高濃度的蛋白質(zhì)溶液為例，在凍干過程中，蛋白質(zhì)分子之間相互作用形成凝膠狀結(jié)構(gòu)，隨著水分的減少，凝膠結(jié)構(gòu)收縮，當(dāng)收縮程度達(dá)到一定界限后，內(nèi)部應(yīng)力無法維持平衡，就會(huì)造成樣品飛濺。

低粘度的樣品在凍干流程中流動(dòng)性相對(duì)較強(qiáng)。倘若凍干機(jī)存在稍大的振動(dòng)或者內(nèi)部氣流有所變化，就可能致使樣品在容器內(nèi)產(chǎn)生晃動(dòng)，進(jìn)而飛濺出來。與之相反，高粘度的樣品雖然不太容易因晃動(dòng)而飛濺，然而在干燥過程中，由于其內(nèi)部水分遷移艱難，可能會(huì)引發(fā)局部過熱現(xiàn)象，使得樣品內(nèi)部壓力增大，最終導(dǎo)致飛濺情況的發(fā)生。