EN
VI
Nguyên tắc cơ bản trong quá trình đông khô là sự thăng hoa, sự chuyển dịch từ chất rắn trực tiếp thành chất khí. Cũng giống như sự bay hơi, sự thăng hoa xảy ra khi một phân tử nhận đủ năng lượng để phá vỡ các phân tử xung quanh nó. Nước sẽ thăng hoa từ thể rắn thành khí khi các phân tử có đủ năng lượng để phá vỡ tự do nhưng các điều kiện không phù hợp để hình thành chất lỏng.
Có hai yếu tố chính xác định một chất sẽ chuyển sang pha nào (rắn, lỏng hay khí) đó là nhiệt và áp suất khí quyển. Đối với một chất thực hiện bất kỳ giai đoạn cụ thể nào, nhiệt độ và áp suất phải nằm trong một phạm vi nhất định. Nếu không có những điều kiện này, pha đó của chất không thể tồn tại. Biểu đồ dưới đây cho thấy các giá trị áp suất và nhiệt độ cần thiết của các pha khác nhau của nước.
Bạn có thể thấy từ biểu đồ rằng nước có thể ở dạng lỏng ở mực nước biển (nơi áp suất bằng 1 atm) nếu nhiệt độ nằm giữa điểm đóng băng của mực nước biển (32 độ F hoặc 0 độ C) và mực nước biển sôi (212 độ F hoặc 100 độ C). Nhưng nếu tăng nhiệt độ lên trên 32 độ F trong khi vẫn giữ áp suất khí quyển dưới 0,6 atm. Nước đủ ấm để tan băng, nhưng không đủ áp suất để hình thành chất lỏng, nó trở thành một chất khí.
Đây chính xác là những gì máy đông khô làm. Một máy thông thường bao gồm một buồng đông khô với một số giá đỡ được gắn với các bộ gia nhiệt, một cuộn dây cấp đông được kết nối với máy nén lạnh và một máy bơm chân không.
Với hầu hết các máy, vật liệu đặt lên giá khi nó vẫn chưa đông lạnh. Khi niêm phong khoang và bắt đầu quá trình, máy sẽ chạy máy nén để giảm nhiệt độ trong khoang. Vật liệu này là chất rắn đông lạnh, ngăn cách nước với mọi thứ xung quanh nó, ở cấp độ phân tử, mặc dù nước vẫn còn tồn tại.
Tiếp theo, máy sẽ bật bơm chân không để đẩy không khí ra khỏi buồng, làm giảm áp suất khí quyển xuống dưới 0,6 atm. Các bộ gia nhiệt tác dụng một lượng nhiệt nhỏ lên các giá, làm cho nước đá chuyển pha. Vì áp suất quá thấp, nước đá chuyển trực tiếp thành hơi nước. Hơi nước chảy ra khỏi buồng đông khô đi qua cuộn dây cấp đông. Hơi nước ngưng tụ trên cuộn dây đóng băng ở dạng băng rắn, giống như cách nước ngưng tụ khi đóng băng vào một ngày lạnh giá.
Sau khi vật liệu được làm khô đủ, nó được niêm phong trong một gói không ẩm, thường bằng vật liệu hấp thụ oxy. Miễn là gói được bảo quản, vật liệu có thể để hàng năm mà không bị biến chất, cho đến khi nó được khôi phục lại hình dạng ban đầu với một chút nước.
Kỹ thuật đông khô được ứng dụng phổ biến trong ngành dược, như công nghệ sản xuất vắc xin
Trong công nghệ vi sinh vật, đông khô được sử dụng phổ biến để giữ những chủng quý hiếm.
Trong lĩnh vực công nghệ sinh học, nó được sử dụng để nghiên cứu hoặc tạo ra protein, vi sinh vật hoặc chủng, v.v….
