凍結乾燥機を使用してプロセス設計またはプロセス最適化を行う場合、まず最初に行うのはサンプルのいくつかの重要な温度を測定することであり、私たちはこれらの温度に基づいて凍結乾燥曲線を設計することができます。

そのいくつかの重要な温度はどのような方法で測定するのでしょうか。今日は検討してみましょう。

　1、共晶点温度（共融点温度）の測定方法

共晶点温度を測定するには抵抗測定法、容量測定法、示差走査熱量計法、低温顕微鏡直接観察法、デジタル式計算法を用いることができ、いくつかの方法にはそれぞれ優劣がある。

（1）コンダクタンス又は抵抗測定法

コンダクタンス（抵抗）法による共晶点の測定は操作が簡単で、便利で行いやすく、現在最も多く応用されているが、非電解質溶液については正確に測定できない。

試料の予凍過程において、試料が凍結しているかどうかを判断することは、外観観察から不可能である。凍結中に製品構造が変化した場合の導電性変化を測定することで、凍結が完了したかどうかを判断することができる。

原理：S.A.Arrhenius（アランニウス）イオン化説の原理によると、水に不純物が含まれると、一部の不純物が電気イオンに分解される。この時、水は導電性であり、温度が下がると溶液の抵抗が徐々に増大し、溶液がすべて固体に凝固すると、溶液中のイオンは自由活動能力を失い、抵抗が突然増大し、この時の温度は共晶点である。逆に、凍結された製品は昇温中に抵抗が急激に減少したときの温度が共融点となる。

北京四環出航のその場シリコーン油凍結乾燥機は共晶点テスターを選択的に配合し、抵抗測定法を用いて、サンプルの共晶点温度を測定することができる。

（2）容量測定法

原理：サンプルの冷凍と加熱の過程で、水分の結晶と溶融に伴い、電気容量は著しく変化し、この性質を利用して、共晶点を測定し、製品が凍結しているかどうかを調べることができ、また適切な容量値を設定して直接加熱昇華を制御することもできる。

水と氷の誘電率は異なり、水の誘電率は78.3（水温25℃）、氷の誘電率は3〜4であるが、物理吸着と化学結合の水分は結合の程度によって10〜80の間にある。絶縁体から分離された2枚の金属電極を用いてコンデンサを構成し、試料溶液を誘電体として電極の間に置くと、凍結乾燥の各相変化の過程でコンデンサの電気容量が異なる程度変化する。昇華過程では、氷結晶が徐々に減少し、電気容量が低下するため、時間とともに電気容量の変化の傾きが質量移動の速度を反応させるため、実際の容量変化曲線は氷結晶の乾燥曲線である。また、誘電体の性能は真空と空気との間の差が小さく、誘電率の測定は圧力とは関係がないと考えられるため、容量法は凍結乾燥過程に直接応用することができる。

容量測定法は抵抗測定法より応用可能範囲が広く、電解質と非電解質溶液に使用でき、粒状または不均一な塊状物にも使用できる。

（3）熱分析法

示差走査熱量測定（DSC）は、温度プログラム（昇温または降温）制御の下で、サンプルおよび参照物質に輸送されるエネルギー差値の温度変化を測定する方法である。DSCは、熱効果の吸放熱量（熱エンタルピー）と特徴温度（始点、ピーク、終点など）を正確かつ迅速に計算することができる。

DSC測定方法は現在、医薬、無機材料、金属材料、複合材料、ゴム、繊維、塗料、接着剤、生物有機体、食品などの分野で共晶点と共融点を測定する常用方法である。

以上の3つの一般的な方法のほか、低温顕微鏡による直接観察やデジタル式計算などの方法を用いて溶液の共晶（融点）を得ることもできる。

　　2、ガラス転移温度の測定方法

サンプルのガラス転移温度を測定する一般的な方法はDSC法である。ガラス転移温度は、物質が流動性の強い液体状態から粘度が極めて大きく、流動性の悪いガラス転移状態に変化したときの温度であるからである。したがって、DSC法を用いてサンプルと参照物質のエネルギー差を記録し、DSCスペクトル上の比熱変化はサンプルのガラス転移温度である。

サンプルに熱効果が発生していない場合、参照端とサンプル端の信号差は0.に近く、DSCスペクトル上では、ほぼ水平な線、すなわち「ベースライン」として体現されている。サンプルに熱効果が発生すると、サンプル端と参照端に温度差/熱流信号差が生じる。DIN基準と熱力学規定に基づき、正の値はサンプルの吸熱ピークであり、比較的に典型的な吸熱効果は溶融、分解、脱着などがあり、負の値は発熱ピークであり、典型的な発熱効果は結晶、酸化、硬化などがある、比熱変化は基線の高さの変化、すなわち曲線上の階段状の曲がり、ガラス転移は典型的な比熱変化である。

また、差熱分析法（DTA）法、低温顕微鏡直接観察法で測定することもできる。

△北京四環出航凍結乾燥機凍結乾燥サンプル

　　3、崩壊温度の測定方法

凍結乾燥プロセスの設計前に、サンプルの崩壊温度を測定することは、プロセス設計と最適化の重要なステップである。現在主流の崩壊温度測定方法は主に低温顕微鏡直接観察法である。

低温顕微鏡直接観察法、すなわち低温顕微鏡を用いて製品の結晶化過程を観測し、撮影した画像またはビデオから共晶点（共融点）温度、陥没温度、ガラス転移温度を得た。

試料が凍結乾燥する前にまず試料の各肝心な温度を測定してこそ、より効率的で合理的な凍結乾燥曲線を設計することができ、もちろん、性能の優れた凍結乾燥機を持って試料の凍結乾燥過程全体の制御にもさらに余裕がある。