La cinetica di cristallizzazione è caratterizzata in termini di due processi dominanti, la cinetica di nucleazione e la cinetica di crescita, che si verificano durante la cristallizzazione dalla soluzione.
Le equazioni che governano la crescita e la nucleazione dei cristalli, descritte anche in (J. Nývlt (1968) Kinetics of Nucleation in Solutions. Journal of Crystal Growth, 3 – 4, 377 – 383), mostrano che l'area superficiale dell'impasto cristallino svolge un ruolo importante nel determinare la nucleazione del cristallo e la cinetica di crescita. All'inizio di un processo di cristallizzazione, l'area superficiale dei cristalli presenti nell'impasto è bassa, il che significa che la nucleazione può dominare sulla crescita, indipendentemente da altri fattori cinetici. Man mano che la cristallizzazione procede, l'area superficiale aumenta ed è possibile che la cinetica di crescita diventi più favorevole. Quando viene applicata una velocità di raffreddamento lineare (come mostrato a destra) a un processo di cristallizzazione, è possibile che la sovrasaturazione si accumuli inizialmente quando non c'è superficie disponibile per la crescita. Questo accumulo si traduce in una cinetica di cristallizzazione rapida e spesso imprevedibile, con la nucleazione spesso dominante.
Una tecnica intelligente per migliorare la crescita è quella di raffreddare molto lentamente all'inizio, quando la superficie è limitata (come mostrato a destra). Questo mantiene bassa la sovrasaturazione e permette alla crescita di dominare. Dopo un po' di tempo, quando la superficie è aumentata, la velocità di raffreddamento può essere aumentata, riducendo il tempo di lotto, pur favorendo la crescita. Questa tecnica raggiunge il giusto equilibrio tra il controllo della sovrasaturazione e l'eccessiva nucleazione, evitando tempi di batch molto lunghi (P. Barrett, B. Smith, J. Worlitschek, V. Bracken, B. O'Sullivan e D. O'Grady 2005) Una revisione dell'uso della tecnologia analitica di processo per la comprensione e l'ottimizzazione dei processi di cristallizzazione dei lotti di produzione. Ricerca e sviluppo sui processi organici, 9(3), 348 – 355). Uno svantaggio di questo approccio è che l'implementazione di un profilo di raffreddamento non lineare o di aggiunta di solventi nell'impianto può essere difficile e aggiunge complessità a un processo. Tuttavia, il successo può ancora essere raggiunto utilizzando un numero ridotto di rampe lineari, che ottengono un risultato simile.
L'importanza di implementare velocità di raffreddamento non lineari per mantenere costante la sovrasaturazione nel corso di un processo è stata dimostrata implementando un circuito di controllo che regola la temperatura di processo al fine di mantenere costante la sovrasaturazione. Tale risultato è stato descritto in V. Liotta e V. Sabesan (2004) Monitoring and Feedback Control of Supersaturation using ATR-FTIR to produce an active pharmaceutical ingredient of a desired crystal size. Ricerca e sviluppo dei processi organici, 8(3), 488 – 494. Copyright (2004) American Chemical Society, dove viene utilizzato un algoritmo di controllo per eseguire un processo di cristallizzazione a sovrasaturazione costante (mostrato a sinistra). In questo esempio, la supersaturazione viene monitorata utilizzando il monitoraggio FTIR in situ e il profilo di temperatura risultante non è lineare: lento all'inizio e veloce verso la fine.
Questo documento illustra le tecniche comuni di analisi granulometrica e il modo in cui vengono utilizzate per la somministrazione di particelle di alta qualità. Gli esempi includono l'uso di analizzatori granulometrici offline in combinazione con strumenti di caratterizzazione delle particelle in-process per ottimizzare i processi.
Le operazioni dell'unità di cristallizzazione offrono l'opportunità unica di mirare e controllare una distribuzione ottimizzata delle dimensioni e della forma dei cristalli per:
È possibile ricristallizzare composti chimici di valore elevato per ottenere un prodotto cristallino con le proprietà fisiche desiderate mediante un processo ad alta efficienza. Per progettare il processo di ricristallizzazione ideale sono necessarie sette fasi, che vanno dalla scelta del solvente più adatto alla creazione del prodotto cristallino essiccato. Questa guida sulla ricristallizzazione illustra nel dettaglio la procedura utilizzata per sviluppare un processo di cristallizzazione. Specifica quali informazioni sono necessarie in ogni fase della ricristallizzazione e spiega come controllare i parametri critici del processo.
Le curve di solubilità sono comunemente utilizzate per illustrare la relazione tra solubilità, temperatura e tipo di solvente. Disponendo del tracciato della temperatura in funzione della solubilità, gli scienziati creano il quadro necessario per sviluppare il processo di cristallizzazione desiderato. Una volta scelto un solvente appropriato, la curva di solubilità diventa uno strumento essenziale nello sviluppo di un processo di cristallizzazione efficace.
Un'attenta regolazione del livello di supersaturazione durante il processo consente a scienziati e ingegneri di controllare efficacemente i processi di cristallizzazione. La supersaturazione è la forza motrice della nucleazione e crescita dei cristalli, determinandone la distribuzione granulometrica finale.
Le tecnologie basate su sonde durante il processo vengono applicate per monitorare le dimensioni e i cambiamenti di forma delle particelle alla massima concentrazione senza necessità di diluizione o estrazione. Monitorando la velocità e il grado di variazione di particelle e cristalli in tempo reale, è possibile ottimizzare i parametri di processo corretti per le prestazioni di cristallizzazione.
La semina è uno dei passaggi più critici per ottimizzare il comportamento di cristallizzazione. Quando si progetta una strategia di semina, è necessario considerare parametri come la dimensione del seme, il carico del seme (massa) e la temperatura di aggiunta del seme. Questi parametri sono generalmente ottimizzati in base alla cinetica di processo e alle proprietà finali delle particelle desiderate e devono rimanere coerenti durante lo scale-up e il trasferimento tecnologico.
La separazione di fase liquido-liquido, o oliatura, è un meccanismo particellare spesso difficile da rilevare che può verificarsi durante i processi di cristallizzazione.
In una cristallizzazione con antisolvente, la velocità di aggiunta del solvente, la posizione di aggiunta e la miscelazione influiscono sulla sovrasaturazione locale in un recipiente o in una tubazione. Scienziati e ingegneri modificano le dimensioni e il conteggio dei cristalli regolando i protocolli di aggiunta di antisolventi e il livello di supersaturazione.
La cinetica di cristallizzazione è caratterizzata in termini di due processi dominanti, la cinetica di nucleazione e la cinetica di crescita, che si verificano durante la cristallizzazione dalla soluzione. La cinetica di nucleazione descrive la velocità di formazione di un nucleo stabile. La cinetica di crescita definisce la velocità con cui un nucleo stabile cresce fino a diventare un cristallo macroscopico. Tecniche avanzate offrono il controllo della temperatura per modificare la sovrasaturazione e le dimensioni e la forma dei cristalli.
La modifica della scala o delle condizioni di miscelazione in un cristallizzatore può influire direttamente sulla cinetica del processo di cristallizzazione e sulla dimensione finale del cristallo. Gli effetti del trasferimento di calore e di massa sono importanti da considerare rispettivamente per i sistemi di raffreddamento e antisolvente, dove i gradienti di temperatura o concentrazione possono produrre disomogeneità nel livello prevalente di sovrasaturazione.
Il polimorfismo è un fenomeno comune a molti solidi cristallini utilizzati in ambito farmaceutico e nel settore della chimica fine. I ricercatori provocano intenzionalmente la cristallizzazione del polimorfo desiderato per migliorare le proprietà di isolamento, gestire meglio le difficoltà che si presentano più a valle nel processo di lavorazione, aumentare la biodisponibilità o cercare di evitare conflitti con brevetti esistenti. L'identificazione in situ e in tempo reale delle trasformazioni polimorfiche e morfologiche consente di evitare che si instaurino processi inattesi e di eliminare prodotti fuori specifica e costose rilavorazioni dei materiali.
L'espressione "cristallizzazione di proteine" indica sia l'azione che il metodo per la creazione di strutture reticolari ordinate di macromolecole spesso complesse.
La cristallizzazione del lattosio è una pratica industriale per separare il lattosio dalle soluzioni di siero di latte mediante cristallizzazione controllata.
La cristallizzazione continua è resa possibile dai progressi nella modellazione dei processi e nella progettazione dei cristallizzatori, che sfruttano la capacità di controllare la distribuzione delle dimensioni dei cristalli in tempo reale monitorando direttamente la popolazione di cristalli.
Il cristallizzatore MSMPR (Mixed Suspension Mixed Product Removal) è un tipo di cristallizzatore utilizzato nei processi industriali per produrre cristalli ad alta purezza.
È possibile ricristallizzare composti chimici di valore elevato per ottenere un prodotto cristallino con le proprietà fisiche desiderate mediante un processo ad alta efficienza. Per progettare il processo di ricristallizzazione ideale sono necessarie sette fasi, che vanno dalla scelta del solvente più adatto alla creazione del prodotto cristallino essiccato. Questa guida sulla ricristallizzazione illustra nel dettaglio la procedura utilizzata per sviluppare un processo di cristallizzazione. Specifica quali informazioni sono necessarie in ogni fase della ricristallizzazione e spiega come controllare i parametri critici del processo.
Le curve di solubilità sono comunemente utilizzate per illustrare la relazione tra solubilità, temperatura e tipo di solvente. Disponendo del tracciato della temperatura in funzione della solubilità, gli scienziati creano il quadro necessario per sviluppare il processo di cristallizzazione desiderato. Una volta scelto un solvente appropriato, la curva di solubilità diventa uno strumento essenziale nello sviluppo di un processo di cristallizzazione efficace.
Un'attenta regolazione del livello di supersaturazione durante il processo consente a scienziati e ingegneri di controllare efficacemente i processi di cristallizzazione. La supersaturazione è la forza motrice della nucleazione e crescita dei cristalli, determinandone la distribuzione granulometrica finale.
Le tecnologie basate su sonde durante il processo vengono applicate per monitorare le dimensioni e i cambiamenti di forma delle particelle alla massima concentrazione senza necessità di diluizione o estrazione. Monitorando la velocità e il grado di variazione di particelle e cristalli in tempo reale, è possibile ottimizzare i parametri di processo corretti per le prestazioni di cristallizzazione.
La semina è uno dei passaggi più critici per ottimizzare il comportamento di cristallizzazione. Quando si progetta una strategia di semina, è necessario considerare parametri come la dimensione del seme, il carico del seme (massa) e la temperatura di aggiunta del seme. Questi parametri sono generalmente ottimizzati in base alla cinetica di processo e alle proprietà finali delle particelle desiderate e devono rimanere coerenti durante lo scale-up e il trasferimento tecnologico.
In una cristallizzazione con antisolvente, la velocità di aggiunta del solvente, la posizione di aggiunta e la miscelazione influiscono sulla sovrasaturazione locale in un recipiente o in una tubazione. Scienziati e ingegneri modificano le dimensioni e il conteggio dei cristalli regolando i protocolli di aggiunta di antisolventi e il livello di supersaturazione.
La cinetica di cristallizzazione è caratterizzata in termini di due processi dominanti, la cinetica di nucleazione e la cinetica di crescita, che si verificano durante la cristallizzazione dalla soluzione. La cinetica di nucleazione descrive la velocità di formazione di un nucleo stabile. La cinetica di crescita definisce la velocità con cui un nucleo stabile cresce fino a diventare un cristallo macroscopico. Tecniche avanzate offrono il controllo della temperatura per modificare la sovrasaturazione e le dimensioni e la forma dei cristalli.
La modifica della scala o delle condizioni di miscelazione in un cristallizzatore può influire direttamente sulla cinetica del processo di cristallizzazione e sulla dimensione finale del cristallo. Gli effetti del trasferimento di calore e di massa sono importanti da considerare rispettivamente per i sistemi di raffreddamento e antisolvente, dove i gradienti di temperatura o concentrazione possono produrre disomogeneità nel livello prevalente di sovrasaturazione.
Il polimorfismo è un fenomeno comune a molti solidi cristallini utilizzati in ambito farmaceutico e nel settore della chimica fine. I ricercatori provocano intenzionalmente la cristallizzazione del polimorfo desiderato per migliorare le proprietà di isolamento, gestire meglio le difficoltà che si presentano più a valle nel processo di lavorazione, aumentare la biodisponibilità o cercare di evitare conflitti con brevetti esistenti. L'identificazione in situ e in tempo reale delle trasformazioni polimorfiche e morfologiche consente di evitare che si instaurino processi inattesi e di eliminare prodotti fuori specifica e costose rilavorazioni dei materiali.
