
過飽和度是通過降低產物在溶液中的 溶解度 而產生的,通常是通過冷卻或添加反溶劑。溶液冷卻或添加反溶劑的速率直接影響過飽和度。
在本例中,製備乙醇-水混合物中苯甲酸的不飽和溶液,並在 0.1 °C 的固定溫度下分別以 0.2 g/s 和 25 g/s 的固定速率加水。 液體濃度是通過 原位 FTIR 光譜實時測量的。在右圖中,顯示了苯甲酸在乙醇-水混合物中的溶解度曲線,以及每個實驗的去過飽和曲線。 去過飽和曲線顯示溶液從不飽和區域開始。 隨著水的添加,該過程越過溶解度曲線進入過飽和區域。液體濃度在晶體成核時降低並保持接近溶解度曲線。 在抗溶劑添加期結束時,液體濃度下降到溶解度曲線。當以更快的速度添加抗溶劑時,整個過程中的過飽和度會更高 - 這是由於無法通過晶體生長和成核足夠快地釋放積聚。

在這個實驗中,工藝參數的變化和過飽和度會影響晶體尺寸和形狀。在每個實驗結束時使用 PVM 技術 (ParticleView) 拍攝的圖像說明了這一點(如右圖所示)。緩慢的添加速率產生大而形狀良好的細長板,而快速的添加速率產生容易結塊的細針。該結果表明,通過改變結晶系統中的過飽和度,可以改變晶體尺寸、形狀和團聚程度。 這也表明了理解和控制普遍的過飽和水平的重要性。
這個簡單的例子說明了一個關鍵原則:

控制抗溶劑添加率以控制晶體尺寸在合理的科學原理中得到了很好的理解和確立。 然而,有效且基於證據的結晶工藝開發和改進更加微妙。例如,以快速速度產生過飽和會導致產生瞬態油相 (a) 或不需要的多晶型形式 (b) 形式的不需要的雜質。同樣,為了產生大型晶體,不能總是犧牲循環時間,這意味著不可能極慢的冷卻或抗溶劑添加速率。

提出了一種方法,該方法有助於免校準地使用原 位 ATR-FTIR 光譜來產生和控制定性過飽和軌跡。
結晶裝置操作提供了獨特的機會來瞄準和控制並優化晶體尺寸和形狀分佈,以:
再結晶是一種通過將固體化合物溶解在熱溶劑中並讓溶液冷卻來純化固體化合物的技術。在此過程中,隨著溶劑冷卻,化合物形成純晶體,同時排除雜質。然後收集、清洗和乾燥晶體,得到純化的固體產品。再結晶是在固體化合物中實現高純度的重要方法。
溶解度曲線通常用於說明溶解度、溫度和溶劑類型之間的關係。透過繪製溫度與溶解度的關係,科學家可以創建開發所需結晶過程所需的框架。一旦選擇合適的溶劑,溶解度曲線就成為開發有效結晶過程的關鍵工具。
採用基於過程探針的技術來追蹤全濃度的粒徑和形狀變化,無需稀釋或萃取。 通過實時跟蹤顆粒和晶體的變化速率和程度,可以優化結晶性能的正確工藝參數。
播種是優化結晶行為最關鍵的步驟之一。在設計播種策略時,必須考慮種子大小、種子負荷(質量)和種子添加溫度等參數。這些參數通常根據製程動力學和所需的最終顆粒特性進行最佳化,並且在放大和技術轉讓期間必須保持一致。
結晶動力學的特徵是兩個主要過程,即成核動力學和生長動力學,發生在溶液結晶過程中。成核動力學描述了穩定原子核的形成速率。生長動力學定義了穩定的原子核生長到宏觀晶體的速率。先進的技術提供溫度控制,以改變過飽和度以及晶體尺寸和形狀。
改變結晶器中的比例或混合條件會直接影響結晶過程的動力學和最終晶體尺寸。對於冷卻和反溶劑系統來說,傳熱和傳質效應分別是考慮的重要因素,其中溫度或濃度梯度會在普遍的過飽和度水平中產生不均勻性。
精心設計的批量結晶工藝是可以成功擴展到生產規模的工藝,從而提供所需的晶體尺寸分佈、產量、形狀和純度。 批量結晶優化需要保持對結晶器溫度(或溶劑組成)的充分控制。