I. 実験用凍結乾燥機の分類：実験用凍結乾燥機は、小型軽量、多機能、安定した性能、高精度な試験システム、汎用性など、様々な材料を用いた凍結乾燥実験に対応できる性能指標を重視しています。実験用凍結乾燥機の主な分類方法は以下のとおりです。
1. 構造による分類
① ベル型凍結乾燥機：凍結乾燥室と冷却トラップは上下独立した構造になっています。凍結乾燥室には予備凍結機能はありません。このタイプの凍結乾燥機は、予備凍結後、乾燥工程に移行する際に手動操作が必要です。ほとんどの実験用凍結乾燥機はベル型で、構造がシンプルで低コストです。凍結乾燥室は通常、凍結乾燥工程を容易に観察できるよう透明なアクリルガラス製のカバーで覆われています。
② インサイチュ型凍結乾燥機：凍結乾燥室と冷却トラップは2つの独立した空間になっています。凍結乾燥室内の棚には冷却機能があります。材料を凍結乾燥室に投入した後、予備凍結および乾燥工程は手動操作を必要としません。このタイプの凍結乾燥機は製造工程が複雑で生産コストも高いものの、インサイチュ凍結乾燥機は凍結乾燥機開発の将来的な方向性を示しており、凍結乾燥プロセスの研究に理想的な選択肢です。特に医薬品、生物製剤、その他の特殊製品の凍結乾燥に適しています。
2. 機能分類
① 通常の棚型：材料をトレイにまとめて置き、食品、漢方薬、粉末材料の凍結乾燥に適しています。
② キャッピング装置付き型：バイアルに包装された材料の乾燥に適しています。凍結乾燥準備時に、必要に応じて材料をバイアルに分注し、キャップを取り付けて凍結乾燥を行います。乾燥後、キャッピング機構を用いてキャップをしっかりと締め付け、二次汚染や再吸湿を防ぎ、長期保存を容易にします。
③ マニホールド付き型：乾燥室の外側にフラスコを接続し、フラスコの内壁に材料を巻き付けて乾燥させます。フラスコは、乾燥室外部のマニホールドに接続された容器として機能します。フラスコ内の材料は室温で加熱されます。マニホールドスイッチ装置により、機械を停止することなく、必要に応じてフラスコを簡単に取り外したり追加したりできます。
④ 予凍結機能付きタイプ：予凍結工程では、コールドトラップが予凍結室として機能し、材料を予凍結します。乾燥工程では、コールドトラップが水分トラップとして機能し、余分な水分を捕捉します。予凍結機能により、予凍結と乾燥を含む凍結乾燥工程全体が凍結乾燥機内で完結するため、高効率を実現します。
II. 凍結乾燥機購入時に考慮すべき主要パラメータ：
1. コールドトラップ温度：コールドトラップは、凍結乾燥工程中に水分を捕捉する装置です。理論的には、コールドトラップ温度が低いほど、水分捕捉能力が高くなります。しかし、コールドトラップ温度を低くすると、より高い冷却能力が必要となり、機械コストと運転コストが増加します。実験用凍結乾燥機シリーズでは、約-50℃から-80℃まで、複数のコールドトラップ温度を提供しています。-50℃での凍結乾燥は、凍結乾燥しやすい製品に適しており、-80℃での凍結乾燥は、一部の特殊な製品に適しています。実験結果によると、コールドトラップ温度が-35℃から-55℃まで低下するにつれて、水分捕捉能力は著しく向上しますが、-55℃以下では向上は顕著ではありません。したがって、特別な要件がない限り、コールドトラップ温度は約-50℃が理想的な選択肢となります。
2. 冷却速度：冷却速度は、冷凍システムの冷却能力を反映します。無負荷状態では、コールドトラップ温度は1時間以内に規定温度に達する必要があります。例えば、コールドトラップ温度が-50℃以下の凍結乾燥機の場合、冷却開始からコールドトラップ温度が-50℃に達するまでの時間は1時間を超えてはなりません。
3. 到達真空度：到達真空度は、凍結乾燥機の漏れと真空ポンプの排気効率を反映します。凍結乾燥機の真空度は適切な範囲内にあるべきです。過剰な真空は熱伝達に悪影響を及ぼし、乾燥速度を低下させる可能性がありますが、無負荷時の到達真空度は、いずれの場合も少なくとも15Paに達する必要があります。
4. 真空引き時間：無負荷時の真空引き時間は、大気圧から15Paまで圧力を下げるのに30分以内である必要があります。
5. 制御システム：凍結乾燥機の制御システムは、種類と機能が様々です。主に凍結乾燥プロセスの検証や小規模なパイロット生産に使用される実験用凍結乾燥装置の場合、制御システムは凍結乾燥プロセスのパラメータをリアルタイムで表示し、自動的に記録できること、凍結乾燥プロセスプログラムを設定、変更、効果的に実行できること、そしてデータの取得と保存を容易にするための通信インターフェースを備えている必要がある。