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■ 正解
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■ 凍結乾燥(フリーズドライ)の本質
凍結乾燥は、
1)まず水を凍結(固体)させ、
2)その後、減圧下で固体のまま気体へ昇華させる操作である。
つまり、水は固体 → 気体へ直接移行する(昇華)。
■ 水の状態図での動き
・凍結乾燥では、最初に低温で固体(水の氷)の状態にある。
・そこから圧力を下げて(減圧)、三重点よりも低い圧力領域に入る。
・このとき、温度は大きく上げずに、固体領域から気体領域へ直接移行する。
圧力–温度図上では、
「固体領域から気体領域へ、主として圧力を下げる方向(縦方向)」
の矢印で表されるのが、凍結乾燥における水の状態変化として最も適切である。
■ 選択肢3が正しい理由
選択肢3は、
・温度はほぼ一定
・圧力を下げる方向(上から下への矢印)
で状態が変化しており、
固体 → 気体への昇華を表現している。
これは凍結乾燥の実際の操作(凍結後に減圧して昇華させる)と一致する。
■ 他の選択肢が不適切な理由(概要)
・横方向(温度変化のみ)の矢印:融解(固体→液体)や沸騰(液体→気体)を表しやすく、昇華ではない。
・圧力を上げる矢印:減圧ではなく加圧であり、凍結乾燥の操作と逆。
・「固体→液体→気体」のように液体相を経由する経路:凍結乾燥では液体相を極力経由しない。
■ まとめ
・凍結乾燥:固体水を減圧下で昇華させる操作。
・状態図では「固体領域から、減圧方向に進んで気体領域へ」移行する矢印が正しい。
→ これに該当するのが選択肢3。
