تأثير الخلط على البلورة

• تقديم البلورة والترسيب
  
• الأساسيات: الذوبانية وعرض المنطقة شبه المستقرة
• كيفية قياس حجم البلورة
• استخدام مضاد إذابة للبلورة

يمكن أن يؤثر تغيير ظروف النطاق أو الخلط في وعاء التبلور بشكل مباشر على الخواص الحركية لعملية البلورة والحجم البلوري النهائي. من المهم مراعاة تأثيرات نقل الحرارة والكتلة في أنظمة التبريد ومضادات الإذابة على التوالي، حيث يمكن أن تؤدي تدرجات درجة الحرارة أو التركيز إلى عدم التجانس في المستوى السائد من التشبع الفائق. وغالبًا ما يؤدي هذا إلى تجاويف من التشبع الفائق بدرجة عالية بالقرب من جدران وعاء البلورة التبريدية أو موقع الإضافة لعمليات البلورة المضاد للإذابة (والتفاعلية أيضًا).

يمكن أن تتسبب تجاويف التشبع الفائق بدرجة عالية في حدوث معدلات عالية جدًا من التنوي والنمو في مناطق معينة من وعاء التبلور واسع النطاق، وهذا يعني أن توزيع الحجم البلوري النهائي يمكن أن يختلف بشكل كبير عن المعدل الذي تحقق في بيئة خلط أفضل في المختبر خلال التطور. كما يظهر في الرسم البياني الموضح على اليمين، يؤدي التغيير من مفاعل 500 مل إلى مفاعل 2 لتر لنفس عملية التبلور إلى ظهور أحداث تنوي غير متوقعة يتم تمييزها عن طريق ParticleTrack. أيضًا، يصبح عدد الدقائق الناشئة في جميع أنحاء الدفعة أعلى بكثير.

يظهر تأثير التشبع الفائق المحلي المتراكم على البلورة هنا، حيث تظهر تكرارية نقطة التنوي للبلورة غير المبذورة لنظام بلورة مضاد الإذابة. لهذه العملية (على اليمين)، عند إضافة مضاد إذابة فوق سطح السائل وبالقرب من جدار المفاعل، خاصة بمعدلات إضافة أعلى، تصبح نقطة التنوي غير متناسقة للغاية، مع أعمدة خطأ واسعة موضحة لهذه التجارب التي أجريت في ثلاث نسخ (D. O’Grady, M. Barrett, E. Casey, and B. Glennon. (2007) تأثير الخلط على عرض المنطقة شبه المستقرة وحركية التنوي في البلورة المضاد للإذابة لحمض البنزويك. Chemical Engineering Research and Design، 85، 945 – 952). بالإضافة إلى ذلك، عند إضافة مضاد الإذابة فوق السطح وعلى جدار وعاء التبلور، يحدث التنوي بشكل أسرع في وقت مبكر، عند تركيزات أقل لمضاد الإذابة. ويتمثل السبب في هاتين النتيجتين المقترنتين في أنه عند إضافة مضاد إذابة بالقرب من الجدار، فإن ظروف الخلط في وعاء التبلور تجعل من الصعب إدراج مضاد الإذابة بسهولة، كما يتراكم التشبع الفائق على موقع التغذية. 

ويرجع السبب في هذا التفاوت الدراماتيكي في الاتساق إلى كيفية إدماج مضاد الإذابة في الوعاء. يُظهر هذا الفيديو (على اليسار) تجارب متتبع ديناميكية السوائل الحسابية (CFD)، لكلا موقعي الإضافة المبينين أعلاه (المركز والجدار). عند إضافة مضاد إذابة فوق السطح وعلى مقربة من الجدار، فإنه من الصعب دمج السائل بشكل فعال في المحلول المجمع. عند إضافة مضاد الإذابة بشكل أقرب إلى الدفاع، يتم دمج مضاد الإذابة على الفور. بالنسبة لنظام البلورة هذا، يتسبب الاختلاف في دمج مضاد الإذابة - والفرق المرتبط في تجانس التشبع الفائق عبر الوعاء - في حدوث اختلافات كبيرة في تنوي واتساق عملية التبلور.

بالإضافة إلى آثار نقل الكتلة، فإن معدل القص في وعاء التبلور يمكن أن يكون له تأثير مادي على البلورات من خلال الانكسار. يعد الانكسار البلوري وظيفة تختص بتركيز المواد الصلبة في النظام بالإضافة إلى معدل القص. في ظل تغير ظروف النطاق والخلط - قد تصبح تدرجات تركيز المواد الصلبة ومعدل القص مهمة، مما يعني احتمالية حدوث معدل انكسار أقل أو أكبر أثناء توسيع نطاق عملية التبلور. في هذا المثال (على اليمين)، تظهر  توزيعات طول الوتر المكتسبة باستخدام تقنية FBRM (ParticleTrack) لعملية بلورة مستمرة، لثلاثة مستويات مختلفة من شدة الإثارة (E. Kougoulos, A.G. Jones, and M.W. Wood-Kaczmar (2005) تقدير حركية التبلور للمواد الكيميائية الدقيقة العضوية باستخدام وعاء تبلور إزالة الناتج المختلط للتعليق التبريدي المستمر المعدل (MSMPR)، مجلة Crystal Growth، المجلد 273، الإصدارات 3 – 4، بتاريخ 3 يناير 2005، الصفحات 520 – 528).  عند زيادة مستوى الإثارة ومعدل القص المرتبط، تتحول التوزيعات إلى اليسار مع زيادة الأعداد البلورية الدقيقة، مما يدل على الانكسار البلوري. وتعد هذه النتيجة شائعة.  ومع ذلك، فإن هذا السلوك يصعب التنبؤ به أثناء تغير الحجم، لأن كثافة الإثارة ليست معلمة قابلة للتوسع. 

يناقش هذا المستند التقنيات الشائعة لتحليل حجم الجزيئات وكيفية استخدامها للحصول على جزيئات عالية الجودة. وتشمل الأمثلة استخدام أدوات تحليل حجم الجزيئات بعيدًا عن خط الإنتاج مع أدوات توصيف الجزيئات في العملية لتحسين العمليات. 

توفر عمليات وحدة التبلور فرصة فريدة لاستهداف التوزيع الحجمي والشكلي للبلورة المحسنة والتحكم من أجل:

• تقليل أوقات الترشيح والتجفيف
• تجنب مشكلات التخزين والنقل والعمر الافتراضي
• ضمان عملية متسقة وقابلة للتكرار بتكاليف أقل