实验室冻干机(又称实验室冷冻干燥机)是一种利用真空冷冻干燥技术，在低温、低压环境下去除物料中水分(或溶剂)，同时更大程度保留物料原有理化性质、生物活性及结构的实验设备，广泛应用于生物、制药、食品、材料等领域。
一、核心工作原理：冻干的 “三个关键阶段”
冻干的本质是 “将物料中的水从固态(冰)直接升华为气态(水蒸气)，再通过冷阱捕获水蒸气，最终实现物料干燥”，整个过程分为预冻、升华干燥、解析干燥三个阶段，缺一不可：
| 阶段 | 核心目标 | 关键操作 | 原理说明 |
| 1. 预冻 | 将物料中的自由水固化为冰，避免后续升华时物料收缩 / 变形 | 物料置于冻干舱，降温至共晶点以下 5~10℃（共晶点：物料中自由水结冰的温度，需提前测定） | 若未冻至共晶点以下，水分会以液态蒸发，导致物料塌陷、活性成分失活 |
| 2. 升华干燥 | 去除物料中 80%~90% 的自由水（冰） | 预冻完成后，启动真空泵将冻干舱抽至高真空状态（1~10Pa），同时缓慢加热物料（温度低于共晶点） | 真空环境降低冰的升华温度，加热为升华提供能量，冰直接变为水蒸气 |
| 3. 解析干燥 | 去除物料中残留的结合水（与物料分子结合的水） | 继续维持高真空，将物料温度升至共晶点以上、玻璃化转变温度以下，冷阱持续捕水 | 结合水需更高能量脱离物料，此阶段干燥后物料含水量可降至 1%~5%，延长保存期 |
二、核心组成结构
实验室冻干机的结构围绕 “实现低温、真空、加热、捕水” 设计，主要包括以下 6 个关键部件：
1.冻干舱(样品舱)
放置待干燥样品的密闭容器，通常为透明玻璃或不锈钢材质(玻璃舱便于观察样品状态)。
舱内配有样品架，部分机型支持多层架板，可批量处理样品(如西林瓶、离心管、培养皿等)。
2.冷阱(捕水器)
冻干机的 “核心捕水部件”，通过制冷系统将温度降至 **-40℃~-80℃**(低温冷阱可提高水蒸气捕获效率)。
作用：捕获升华产生的水蒸气，避免水蒸气进入真空泵污染泵油、影响真空度，同时减少能耗。
3.真空泵系统
提供冻干所需的高真空环境，分为 “机械真空泵”(基础真空，抽至 10Pa 以下)和 “分子泵”(高真空需求，抽至 1Pa 以下)，实验室机型多以机械真空泵为主，部分机型可联用分子泵。
关键：真空泵需定期维护(如更换泵油、清洁滤芯)，否则会导致真空度下降，影响冻干效率。
4.制冷系统
为 “冻干舱预冻” 和 “冷阱降温” 提供冷量，核心部件为压缩机、冷凝器、蒸发器，常用制冷剂为 R404A、R23 等(环保型)。
实验室机型制冷功率通常较小(与工业机相比)，冷阱低温多为 - 55℃、-80℃两种规格。
5.加热系统
为升华干燥和解析干燥提供能量，通常集成在样品架中(如电热膜、硅油加热)，支持精准控温(±1℃)，避免温度过高导致样品融化或活性失活。
6.控制系统
采用 PLC 或单片机控制，可设置并监控 “预冻温度 / 时间、升华温度 / 时间、解析温度 / 时间、真空度” 等参数，部分机型支持触屏操作、数据存储(如冻干曲线导出)、远程控制。
三、主要分类方式
实验室冻干机可根据结构形式、用途、冷却方式等分类，不同类型适配不同实验需求：
1. 按结构形式分(常用分类)
| 类型 | 结构特点 | 优势 | 适用场景 |
| 原位冻干机 | 样品的 “预冻、升华、解析” 均在同一舱内完成，无需转移样品 | 操作简便、避免样品污染、适合敏感样品（如微生物、抗体） | 生物样本保存、小剂量药品研发、分子生物学实验 |
| 分体冻干机 | 冻干舱与冷阱为独立结构，可拆分；预冻需在外部冰箱完成，再将样品转移至冻干舱 | 冻干舱容积大、可批量处理样品、冷阱捕水能力强 | 食品成分分析、材料干燥（如纳米颗粒）、大体积样品处理 |
2. 按用途分
生物专用型：控温精度高(±0.5℃)、真空度稳定，内置无菌设计，适合酶、抗体、细胞、组织的冻干。
制药专用型：符合 GMP 标准，材质为 316L 不锈钢，支持在线灭菌(SIP)，用于疫苗、口服固体制剂的研发。
通用型：性价比高，功能基础，适合食品、材料等非高敏感领域的实验。
四、关键技术参数(选型核心依据)
选择实验室冻干机时，需重点关注以下参数，确保匹配实验需求：
1.冻干面积
样品架的有效干燥面积(单位：㎡)，决定单次可处理样品的量。实验室机型常见规格：0.1㎡(小型)、0.2㎡(中型)、0.5㎡(大型)。
例：0.1㎡冻干面积可放置约 50 支 10mL 西林瓶，或 10 个 90mm 培养皿。
2.冷阱温度
冷阱能达到的低温度，直接影响水蒸气捕获效率。温度越低，捕水能力越强，适用物料范围越广。
常见规格：-55℃、-80℃。
3.真空度
冻干舱能达到的极限真空度，真空度越高，升华速度越快，干燥越透彻。
实验室机型要求：极限真空度≤1Pa或≤10Pa。
4.共晶点检测功能
部分机型内置共晶点检测仪，可自动测定物料的共晶点，避免手动测定的误差，确保预冻到位(无此功能需手动用差示扫描量热仪 DSC 测定)。
5.控温范围
样品架的加热 / 制冷温度范围，需覆盖 “预冻温度” 和 “解析温度”，控温精度需≤±1℃。
五、典型应用场景
实验室冻干机的核心优势是 “低温干燥、保留活性 / 结构”，因此广泛应用于以下领域：
1.生物领域：酶、抗体、疫苗的冻干保存(如冻干酶制剂可在室温下保存，避免冷藏运输成本)；微生物菌种的冻干保藏(如乳酸菌、酵母，延长保存期至 5~10 年)；动物组织、细胞的冻干(如冻干心肌细胞用于后续病理分析)。
2.制药领域：小剂量原料药的冻干(如多肽、蛋白类药物)；口服冻干制剂的研发(如冻干泡腾片，提高药物溶解度)；中药提取物的冻干(如人参皂苷，保留有效成分，避免高温破坏)。
3.食品领域：食品成分的分析(如冻干水果样品用于检测农药残留，避免水分干扰)；功能性食品的研发(如冻干益生菌粉，保留活菌数)。
4.材料领域：纳米材料的冻干(如纳米二氧化硅，避免团聚)；多孔材料的冻干(如气凝胶，保留多孔结构，提高吸附性能)。
六、使用注意事项(避免故障与实验失败)
1.样品预处理
样品需均匀分散(如液体样品装量不超过容器的 1/3，避免冻干后体积膨胀溢出)；高浓度样品需稀释，防止预冻时形成玻璃态(影响升华)。
易氧化样品需在冻干舱内充入惰性气体(如氮气)保护。
2.预冻环节
必须将样品冻至共晶点以下，否则会出现 “样品融化、起泡、收缩”；预冻速度不宜过快(缓慢降温可形成均匀的冰晶，利于升华)。
3.真空系统维护
每次使用后需关闭真空泵，定期更换泵油(油位低于刻度线时需补充)；若样品含挥发性溶剂，需在冻干舱与真空泵间加装溶剂过滤器，避免溶剂腐蚀泵体。
4.冷阱除霜
冻干结束后，需先关闭真空泵，再向冷阱中加入温水(或开启除霜功能)，待冰融化后排出冷凝水；禁止用硬物敲击冷阱，避免损坏内壁。
七、设备展示
