Come misurare la distribuzione delle dimensioni dei cristalli

• Introduzione alla cristallizzazione e alla precipitazione
• Fondamenti: Solubilità e Ampiezza della Zona Metastabile
• Supersaturazione: la forza trainante della cristallizzazione

L'analisi offline viene comunemente utilizzata per determinare la distribuzione dei cristalli alla fine di un esperimento o durante un ciclo di produzione. Sebbene tale approccio sia comune, esistono limitazioni all'analisi offline che sono rilevanti per i cristalli:

• I cristalli sono delicati e cambiano con la temperatura, rendendo particolarmente difficile il campionamento e l'analisi rappresentativi
• Molti sistemi cristallini sono tossici e non si prestano bene al campionamento
• È difficile prelevare un numero sufficiente di campioni offline per determinare come si comporta un processo in rapida evoluzione, come la cristallizzazione, rispetto al tempo.
• Il ritardo tra il campionamento e l'analisi offline è spesso troppo lungo, soprattutto nella produzione, per prendere decisioni rilevanti che possono migliorare la qualità del prodotto

Questo set di immagini ParticleView illustra in modo chiaro le dimensioni, la forma e la struttura complesse dei vari cristalli. Dai grandi "massi" rotondi ai "dendriti" meravigliosamente delicati, il prodotto in cristallo è spesso vario, ponendo sfide per un'efficace separazione e manipolazione a valle.

• I cristalli nell'immagine A probabilmente filtreranno rapidamente e in modo coerente. I massi più grandi lasceranno molto spazio per il passaggio rapido del filtrato.
• Lastre piatte come queste nell'immagine B possono essere tra le più difficili da filtrare. Le piastre tendono ad impilarsi l'una sull'altra creando uno strato di cristalli che il filtrato non può attraversare. Ciò comporta tempi di filtrazione lunghi e potenzialmente variabili, a seconda di come i cristalli vengono scaricati dal cristallizzatore.
• L'immagine C illustra un altro caso in cui i tempi di filtrazione possono essere lunghi. I cristalli piccoli ostruiscono gli spazi lasciati dai cristalli più grandi, rendendo difficile il passaggio del filtrato attraverso il letto di cristalli. Questo è un problema comune perché molti processi di cristallizzazione sono progettati con una fase di aggiunta rapida di freddo o anti-solvente alla fine della cristallizzazione (per aumentare la resa) che porta a un'eccessiva nucleazione secondaria. Inoltre, in molti casi l'agitazione viene aumentata alla fine del lotto per aiutare con lo scarico e questo porta alla rottura dei cristalli.
• L'immagine D è più comune di quanto molti si aspetterebbero, almeno nei sistemi di cristallizzazione organica che vengono seminati. Una struttura come questa sarebbe difficile da osservare utilizzando un microscopio offline in quanto verrebbe schiacciata durante il campionamento e la preparazione. Tuttavia, ParticleView rivela una bellissima struttura dendritica. Un dendrite come questo si forma spesso quando la cristallizzazione viene seminata con seme macinato. Le imperfezioni sulla superficie del cristallo portano alla crescita dei cristalli da queste aree e a lunghi rami cristallini che crescono da un nucleo del seme. È difficile prevedere come filtrerà qualcosa del genere, ma è probabile che si rompa con conseguenti tempi di filtrazione variabili.

Studiando i cristalli in tempo reale, gli scienziati possono sviluppare una comprensione dettagliata e affidabile del processo su base regolare. ParticleView V19 con tecnologia PVM consente agli scienziati di osservare direttamente i cristalli e le strutture cristalline in corso senza dover prelevare un campione.

I meccanismi di cristallizzazione come la nucleazione, la crescita, la rottura e i cambiamenti di forma possono essere osservati in condizioni di processo dinamiche e mutevoli e i parametri di processo più adatti possono essere scelti con sicurezza. Una semplice tendenza basata su immagini che indica in che modo le dimensioni, la forma e il conteggio dei cristalli completano le immagini in tempo reale ad alta risoluzione e consente di identificare e studiare immediatamente importanti eventi di processo.

Utilizzando ParticleTrack, gli scienziati possono:

• Studia il numero di cristalli in classi di dimensioni individuali, per ottimizzare le estremità fini e grossolane della distribuzione granulometrica dei cristalli
• Identificare la causa principale di un processo di cristallizzazione poco performante
• Scegliere i parametri di processo corretti per prestazioni di cristallizzazione ottimali utilizzando l'evidenza basata sul processo
• Monitorare i processi per verificarne la ripetibilità e la coerenza
• Correlare le misure in-process all'analisi delle dimensioni delle particelle offline
• Modella l'influenza della dimensione dei cristalli e conta sulla qualità del prodotto e del processo

Una sonda ParticleTrack con tecnologia FBRM viene immersa in un sistema di liquame o goccioline che scorre senza necessità di diluizione. Un laser focalizzato scansiona la superficie della finestra della sonda e tiene traccia delle singole lunghezze delle corde, ovvero le misure della dimensione, della forma e del conteggio delle particelle. Questa misurazione in tempo reale viene presentata come una distribuzione e le statistiche (ad es. media, conteggi) vengono analizzate nel tempo.

Le operazioni dell'unità di cristallizzazione offrono l'opportunità unica di mirare e controllare una distribuzione ottimizzata delle dimensioni e della forma dei cristalli. In questo modo è possibile ridurre drasticamente i tempi di filtrazione e asciugatura, evitare problemi di stoccaggio, trasporto e durata di conservazione e garantire un processo coerente e ripetibile a un costo inferiore.

Questa serie di white paper illustra le strategie di base e avanzate per ottimizzare la distribuzione delle dimensioni e della forma dei cristalli.

Scopri come l'andamento del processo basato su immagini può ridurre il tempo del ciclo di cristallizzazione e migliorare la qualità mantenendo dimensioni e forma dei cristalli simili.

Questo white paper illustra le best practice per la progettazione di una strategia di seeding e quali parametri devono essere considerati quando si implementa un protocollo di seeding. Sebbene la comprensione della cristallizzazione sia migliorata negli ultimi trent'anni, la fase di semina presenta ancora delle sfide.