4.2.4 熱力學分析
Carrington等人利用熱力學分析(TMA)研究了30%質量分數果糖、蔗糖和葡萄糖在有和沒有羧甲基纖維素鈉(CMC)存在時冰的結晶溫度。TMA被用來測量冷凍和復溫過程樣品的膨脹，利用DSC也做了類似的研究。用TMA測得果糖在有和沒有CMC存在，以5℃/min的速率冷凍時的具有代表性的結果如圖4-39所示。圖4-40表示的是由TMA確定的30%蔗糖溶液慢速冷凍和熱處理后的加熱曲線。圖4-41表示的是由DSC確定的30%蔗糖溶液慢速冷凍和熱處理后的加熱曲線。比較由兩種方法測得的關于蔗糖的兩個溫度Tr1和Tr2(如圖4-40和圖4-41所示)，Tr1≈-60℃(TMA)和-41.2℃(DSC),Tr2≈-35℃(TMA)和-32.6℃(DSC),很明顯，正如作者所討論的那樣，有很多因素影響最后所得的數據。
TMA測量對解釋在加熱冷凍的甘露醇和其他立體異構體溶液過程中，小玻璃瓶的破裂是很有用的。例如，甘露醇在-25℃以上體積比標準1型無色玻璃擴大30倍。小玻璃瓶是否破壞主要取決于填充物的體積及濃度，例如，當裝滿3%的甘露醇時，10%-40%的玻璃瓶子被破壞。
4.2.5 介電分析
Pearson Smith通過三個例子解釋了介電分析（DEA）的優點是可提供好的的凍干工藝。結合水（兩個氫鍵）和吸附水（一個氫健）的弛豫特性不同可用來確定凍干的結束，當吸附水解吸和結合水仍然存在時認為凍干結束。物質的介質響應與晶體的尺寸和水合程度有關。賦形劑的玻璃體形成特性和它的分子的流動性（黏性）與溫度和水合密切相關。電介質的研究表明了糖溶液玻璃體形成的非阿倫尼烏斯(non-Arrhennius)行為，在溫度或水合有微小變化時，黏性的變化將達好幾個數量級。
Morris等人建議利用介電分析法可預測雙組分物質的崩塌溫度。DEA的基本情況已解釋清楚了。“發射顏率"(TOF)是確定崩塌溫度好的分析方法。圖4-42表示介質損耗因子與頻率之間的函數關系曲線。作者稱此曲線低點的頻率為TOF。如圖4-43所示TOF隨著溫度的變化而變化。兩直線的交叉點可確定崩塌溫度。用TOF預測的10%的蔗糖、10%海藻糖、10%山梨糖醇以及11%的
Azactam TM溶液的崩塌溫度稍低于凍干顯微鏡觀察得的崩塌溫度，偏差分別為-3℃，-1.4℃，2.2℃和0.7℃。
Smith等人認為介電弛緩頻譜學提供了一種研究聚合物和蛋白質結構特性的方法，其中，還提供了含水量和水的狀態信息。
4.2.6 X射線衍射學-拉曼光譜學
Cavatur和Suryanarayanant研制了一種低溫X射線粉末衍射(XRD)技術，用于研究凍結水溶液中溶質的固體狀態。在凍結的乙氧萘青霉素鈉溶液（質量分數22%）中，未發現共晶結晶。在-4℃熱處理可引起溶液的結晶，且隨熱處理時間而增加，另外兩種產品的研究表明，XRD在不干涉其他事件的情況下，可提供結晶程度的信息。
Sane等人利用拉曼光譜學用數量表示了冷凍干燥和噴射干燥過程結構的變化。單克隆抗體類（例如RhuMAbVEGF)在沒有低溫保護劑的情況下，經歷二次結構變化。增加低溫保護劑的摩爾比率可保護其結構。利用拉曼光譜學觀察到干燥蛋白質的長期穩定性是與結構變化相關的。
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