Sấy thăng hoa là gì?
Quá trình làm khô-đông lạnh một mẫu đông lạnh hoàn toàn được đặt trong chân không để loại bỏ nước hoặc các dung môi khác khỏi mẫu. Điều này cho phép nước đá chuyển trực tiếp từ thể rắn sang thể hơi mà không đi qua pha lỏng. Quá trình này, được gọi là thăng hoa, cùng với nhiệt lượng đầu vào tối thiểu cần thiết, là lý tưởng vì đặc tính bảo quản lâu dài mà nó cung cấp cho tính toàn vẹn của cấu trúc sinh học và hóa học của mẫu. Quá trình đông khô có thể đạt được ở nhiều thể tích khác nhau, từ máy sấy đông lạnh nhỏ tại nhà cho đến thiết bị sản xuất quy mô lớn. Kỹ thuật sấy thăng hoa bằng bơm chân không được ứng dụng rộng rãi nhờ vào những lợi ích to lớn của chúng.
Tại sao cần phải sấy thăng hoa
Quá trình sấy thăng hoa đem lại nhiều lợi ích, mục tiêu chính của nó là bảo vệ cấu trúc sinh học và hóa học của mẫu thông qua quá trình thăng hoa. Sau khi hoàn chỉnh, mẫu có thể được sử dụng để thử nghiệm, bảo quản lâu dài hoặc trong trường hợp làm thực phẩm, đồ ăn. Trong phòng thí nghiệm, các ứng dụng của sấy thăng hoa là vô hạn.
Các giai đoạn của sấy thăng hoa bằng bơm chân không
Có ba giai đoạn trong quá trình đông khô: Làm đông lạnh sơ bộ, làm khô sơ cấp và làm khô thứ cấp.
Đóng băng trước
Giai đoạn trước cấp đông là giai đoạn quan trọng nhất của quá trình đông khô. Trong giai đoạn này, vật liệu mẫu sẽ cần được làm lạnh ít nhất đến nhiệt độ của điểm nóng chảy đối với mẫu đó. Điều này đảm bảo mẫu sẽ được đông lạnh hoàn toàn và sau đó có thể trải qua quá trình thăng hoa. Nếu mẫu không phải là chất rắn đông lạnh, sự bay hơi sẽ xảy ra và mẫu sẽ không đạt được các đặc tính bảo quản giống như xảy ra khi thăng hoa.
Tốc độ đông cứng mẫu của bạn sẽ ảnh hưởng đến kích thước của các tinh thể băng hình thành. Nếu không được thực hiện đúng cách, nó có thể ảnh hưởng đến tốc độ hoàn nguyên, thời gian của quá trình đông khô và tính toàn vẹn và ổn định của mẫu của bạn.
Các tinh thể nước đá lớn hơn tạo điều kiện cho quá trình đông khô nhanh hơn và hiệu quả hơn vì các phân tử nước có thể di chuyển tự do hơn ra khỏi mẫu trong quá trình thăng hoa. Đối với các mẫu như thực phẩm hoặc khăn giấy, các tinh thể lớn có thể phá vỡ thành tế bào và làm hỏng mẫu của bạn. Trong những tình huống này, tốt nhất là việc đông lạnh được thực hiện nhanh chóng thông qua quá trình đóng băng chớp nhoáng, tạo ra các tinh thể băng nhỏ hơn.
Sấy sơ cấp
Quá trình sấy sơ cấp bắt đầu khi bạn khởi động máy sấy lạnh và máy bơm chân không. Với môi trường áp suất thấp, quá trình làm mát bay hơi của mẫu bắt đầu, cho phép cung cấp năng lượng dưới dạng nhiệt để tăng tốc quá trình đông khô. Khi kết thúc quá trình sấy sơ cấp, khoảng 93% lượng nước trong mẫu được thăng hoa ra ngoài. Giai đoạn này có thể mất vài ngày, tùy thuộc vào loại mẫu và nhiệt đầu vào. Đối với các phòng thí nghiệm đang sử dụng thiết bị làm khô đông lạnh của họ để chuẩn bị và kích hoạt lại mẫu, thì quá trình sấy sơ cấp sẽ kết thúc. Để bảo quản mẫu lâu dài, quá trình chạy sẽ tiếp tục đến quá trình sấy thứ cấp.
Sấy thứ cấp
Trong giai đoạn làm khô thứ cấp, các phân tử nước liên kết với mẫu được giải phóng. Nhiệt bổ sung được thêm vào trong giai đoạn này để loại bỏ độ ẩm dư thừa, để lại độ ẩm khoảng 2%. Sấy thứ cấp thường được sử dụng trong các mẫu được chuẩn bị để bảo quản và lưu trữ lâu dài.
Thiết bị cần thiết để làm khô đông lạnh
Để làm đông khô thành công một mẫu, thiết bị của bạn sẽ cần phải đáp ứng các yêu cầu nhất định. Đầu tiên, cuộn dây thu nhiệt của máy sấy đông lạnh của bạn cần phải lạnh hơn điểm đóng băng của mẫu từ 15-20 độ để giữ hơi nước thoát ra. Sấy thăng hoa bằng bơm chân không sẽ cần một máy bơm chân không có thể đạt tối thiểu 0,20 mBar. Chân không sâu này thiết lập áp suất âm, buộc các phân tử nước chảy tự do đã rời khỏi mẫu thông qua quá trình thăng hoa để thoát khỏi môi trường xung quanh mẫu và di chuyển đến cuộn dây thu nhiệt. Bạn cũng sẽ cần phải có một phụ kiện sấy khô, chẳng hạn như: ống góp, máy sấy buồng hoặc khay, và dụng cụ hoặc khay thủy tinh để chứa mẫu của bạn. Mặc dù không bắt buộc,
Thiết bị cần thiết để sấy thăng hoa bằng bơm chân không
- Máy sấy đông lạnh (buồng kín chân không với cuộn dây thu nhiệt)
- Máy bơm chân không có thể đạt chân không tối đa .020 mBar hoặc thấp hơn
- Dụng cụ chứa mẫu được hút chân không chặt chẽ (bình hoặc lọ có bộ tiếp hợp hoặc buồng có khay)
Xem thêm: Các loại máy bơm sử dụng cho kỹ thuật sấy thăng hoa
Tham khảo thêm: Nên sử dụng máy bơm chân không loại nào? Ứng dung của từng loại máy
