凍結(jié)是凍干過程起始階段。隨著制品溫度Tp (product temperature)降低，水開始形成冰核的溫度為成核溫度 Tn (nucleation temperature)。有時Tp降低到其冰點(diǎn)以下才開始成核。成核釋放結(jié)晶熱使Tp回升到其冰點(diǎn)，回升的幅度為過冷度。

      結(jié)晶體系冰晶逐漸增長殘余溶液濃縮，達(dá)到過飽和時溶質(zhì)以結(jié)晶析出。體系溫度保持不變直至*固化成為冰和溶質(zhì)結(jié)晶的混合體，此時溫度即共晶溫度Teu (eutectic temperature)。無定形體系溫度下降到某一程度時，冰晶不再繼續(xù)增大殘余溶液濃縮到zui大程度，溶質(zhì)與剩余的水分形成粘度極大的玻璃態(tài)。此刻溫度即玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 Tg'(glass transition temperature)。介于結(jié)晶體系和無定形體系之間是混合體系，凍結(jié)過程中某些組分結(jié)晶或部分結(jié)晶，其余的形成玻璃態(tài)，該體系存在Tg'和Teu。

      通常隔板溫度Ts(shelf temperature)降低到比Tg'或Teu低10℃以上，保持 1~2h確保制品*固化。盡量避免液面高度超過2cm 。

      退火是將已凍結(jié)的制品回升10~20℃并維持1~4h，然后降至原凍結(jié)溫度進(jìn)入保溫階段。可用冷凍干燥顯微鏡(FDM)和差示掃描量熱法(DSC)優(yōu)化退火溫度和時間。退火使冰晶增大降低干燥層阻力加快升華;提高無定形體系的Tg';減少升華干燥速率的瓶間差異;促進(jìn)溶質(zhì)(例如賦形劑甘露醇)的*結(jié)晶，避免在凍干過程重結(jié)晶引發(fā)破瓶或產(chǎn)品儲存期間重結(jié)晶影響穩(wěn)定性。退火也是把雙ren劍，冰晶的增大以及組分的重結(jié)晶可能會破壞蛋白質(zhì)或活細(xì)胞結(jié)構(gòu)，而磷酸鹽﹑琥珀酸鹽或酒石酸鹽緩沖劑易于重結(jié)晶，可能改變制品凍干期間的pH。

      制品*凍結(jié)后，即轉(zhuǎn)入升華干燥階段，將已凍結(jié)的冰以升華方式排除。升華的推動力是制品升華界面與冷凝器的壓力差。

      凍結(jié)的結(jié)晶體系升溫超過Teu, ，凍結(jié)的無定形體系升溫超過Tg'，會導(dǎo)致制品結(jié)構(gòu)塌陷。FDM測定塌陷溫度Tc(collapse temperature)準(zhǔn)確。也可以用DSC測定的Tg'或Teu作為Tc的估計(jì)值。電阻法常用于測定Teu，但不能準(zhǔn)確測定Tg'。光學(xué)相干斷層掃描凍干顯微鏡在單瓶凍干機(jī)升華干燥過程中，從玻璃瓶外實(shí)時觀測瓶中制品塌陷現(xiàn)象，可更準(zhǔn)確地確定Tc。

      通過調(diào)節(jié)凍干箱壓力Pc(chamber pressure)和Ts ，間接調(diào)控制品溫度Tp。可用下面公式計(jì)算Pc (帕):

Pc =38.67×10(0.019×Tc)

      啟動真空泵，當(dāng)Pc降到預(yù)期水平而且冷凝器溫度到<-50℃，開始提高Ts為升華提供熱能。確定Ts宜采取梯度升溫，Ts每升高5℃ ，要保持30min再觀察Tp 。直到Tp穩(wěn)定在低于Tc 2℃ ~5℃的水平。如果制品得到的熱量超過升華消耗的熱量，可能使Tp逐漸升高超過Tc造成塌陷。這時可將Ts再降低5℃減少供熱。Ts調(diào)整宜在升華干燥前2/3階段進(jìn)行，否則為時已晚。

      升華干燥終點(diǎn)判斷以皮拉尼壓力比對法可靠。其中電容式壓力計(jì)不受氣體成分影響，顯示壓力。皮拉尼真空計(jì)通過被氣體分子奪取的熱量來計(jì)算壓力。升華干燥早期凍干箱主要?dú)怏w是水分，因此皮拉尼真空計(jì)顯示的壓力遠(yuǎn)比電容式壓力計(jì)高。當(dāng)升華的水分大為減少，其壓力數(shù)值明顯下降趨向于電容式壓力計(jì)數(shù)值，提示升華干燥到達(dá)終點(diǎn)。

       目前普遍依賴 Tp 判斷終點(diǎn)。當(dāng)多個Tp上升趨近Ts ,提示冰已消失不再需要升華熱了。亦可用壓力升法判斷終點(diǎn)，具體指標(biāo)要結(jié)合所用凍干機(jī)和制品批量經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)確定。

      制品中的冰全部升華后即轉(zhuǎn)入解析干燥階段，來降低制品內(nèi)非凍結(jié)水。結(jié)晶體系制品在升華干燥時已除去絕大部分水分，可以快速(0.3~0.4℃/min)提升Ts 到預(yù)定水平。無定形體系玻璃態(tài)包裹的水分需要擴(kuò)散到玻璃體表面蒸發(fā)，擱板升溫宜緩(0.1~0.15℃/min)以免導(dǎo)致塌陷。終Ts常達(dá)40℃~50℃，并保持3~6h。

      多個Tp上升趨于Ts同時冷凝器溫度降低提示解析干燥結(jié)束。亦可在解析干燥0﹑2﹑4﹑6和8h ，進(jìn)行壓力升測試并取樣化驗(yàn)水分，確定特定凍干機(jī)在特定批量的壓力升終點(diǎn)判斷指標(biāo)。每次壓力升測試宜≤30s，避免Tp過度升高 。