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物質を予備凍結した後、凍結乾燥プロセスは、次の2段階を経て行われます。
１．一次乾燥…氷が溶けずに直接昇華し、物質温度が一定の温度を保つ。
２．二次乾燥…物質の中にまだ残っている水分の一部が気化し、物質温度が次第に上昇する。
物質の凍結乾燥に必要な基本的条件は、
１．予備凍結した物質が容器に収容されていること。
（予備凍結した物質温度は共晶点以下にしなければいけません）
２．その容器を装着できるチャンバーまたは多岐管であること。
３．水蒸気の流れを促進するための真空システムがあること。（物質温度の飽和蒸気圧以下に保たねばなりません）
４．昇華を促進するための熱源があること。（物質の許容晶温による）
５．昇華した大量の水蒸気が真空ポンプの汚染を防止するためのコンデンサー（凝縮器）があること。
（操作圧力の飽和温度以下とする）
凍結乾燥が全体としてうまくできるには、そのプロセスの間、それぞれの物質に対する最適の温度、圧力差をつくり出し、これを維持しなければいけないので、真空計と温度計が付いていることも必要です。凍結乾燥は、真空中で行われ、氷から昇華した水蒸気は気孔から流れ出し、残った固体からも逸出するようにします。氷を水蒸気に変えるためには、熱エネルギーが必要です。周囲の加熱により物質から水蒸気が昇華することによって生じる自己凍結とが均衡して、物質は平衡温度に達します。真空は高真空になればなるほど熱伝道が悪くなりますので、凍結した物質は熱が供給されない限りゆっくり乾燥するのが普通です。
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