إعادة التبلور

إعادة التبلور هي طريقة تستخدم لتنقية المركبات الصلبة. يتضمن إذابة المادة الصلبة غير النقية في مذيب ساخن حتى يصل المحلول إلى التشبع ، متبوعا بالتبريد التدريجي. عندما يبرد المحلول ، تتشكل بلورات نقية بينما تترك الشوائب وراءها. ثم يتم جمع هذه البلورات وغسلها وتجفيفها ، مما ينتج عنه منتج صلب نقي. إعادة التبلور هي تقنية حاسمة للحصول على مستويات عالية من النقاء في المركبات الصلبة.

يمكن للآليات الأساسية والذوبان وإعادة التبلور أيضا أن تقلل من الطاقة الداخلية للبلورة من أجل الوصول إلى توازن طاقة عالمي أكثر مما ينتج عنه تعدد أشكال مستقر. بينما يتم تطبيق إعادة التبلور عادة بشكل متعمد لتحسين البلورات والعمليات ، يمكن أن تؤدي إعادة التبلور غير المنضبط إلى تكوين غير مرغوب فيه للهيدرات والمذاذبات أو التحول متعدد الأشكال.

يستمر التبلور من خلال سلسلة من الآليات المترابطة التي تتأثر بشكل فريد باختيار معلمات العملية: التنوي ، والنمو ، والتزييت ، والتكتل ، والكسر ، والبذر ، والانتقال متعدد الأشكال.

في كثير من الأحيان ، تحدث هذه الآليات في وقت واحد ، مما يجعل تصميم التبلور الفعال أمرا صعبا. بدون فهم ميكانيكي ، يعتمد العلماء على التجربة والخطأ لضبط معلمات العملية وتحسين العائد والنقاء وحجم البلورة. من خلال فهم الآليات التي تحدث أثناء التبلور ، يمكن للعلماء نشر استراتيجيات لتقديم منتج بلوري بالخصائص المرغوبة.

اقرأ دليل 7 آليات تبلور مختبئة بين عيناتك لمعرفة كيف يمكن للآليات أن تؤثر على نتيجة عملية التبلور.

يوفر دليل إعادة البلورة المكون من سبع خطوات معلومات أساسية لتصميم عمليات إعادة التبلور الفعالة مع الأداء الأمثل للمنتج والعمليات.

الخطوة الأولى لإعادة التبلور هي اختيار المذيبات. لتحديد خصائص مذيب إعادة التبلور الجيد ، يجب مراعاة عدة عوامل:

• الذوبان: يجب أن يتمتع المذيب بقابلية عالية للذوبان حتى يتم تنقية المركب في درجات حرارة مرتفعة ، مما يسمح بالذوبان الفعال للمادة الصلبة غير النقية.

• الانتقائية: يجب أن يذوب المذيب المركب المطلوب بشكل انتقائي مع ترك الشوائب غير قابلة للذوبان أو قابلة للذوبان بالحد الأدنى. هذا يضمن الفصل الفعال أثناء عملية إعادة التبلور.

• نطاق درجة الحرارة: يجب أن يكون للمذيب نقطة غليان مناسبة ونطاق نقطة انصهار لتسهيل الذوبان في درجات حرارة مرتفعة والتبلور عند التبريد.

• الخمول: يجب أن يكون المذيب خاملا كيميائيا تجاه المركب والشوائب ، مما يضمن عدم تفاعله أو إدخال شوائب إضافية أثناء عملية إعادة التبلور.

• التقلب: يجب أن يمتلك المذيب تقلبا كافيا للسماح بإزالته بسهولة بعد إعادة التبلور ، عادة من خلال التبخر ، تاركا وراءه بلورات نقية.

• السلامة: يجب أن يكون المذيب غير سام وغير قابل للاشتعال وصديق للبيئة لضمان التعامل الآمن أثناء عملية إعادة التبلور.

اعتمادا على تركيبته الجزيئية ، يمكن تصنيف المذاب على أنه قابل للذوبان أو قابل للذوبان جزئيا أو غير قابل للذوبان في هذه المذيبات أو مخاليط المذيبات. لفهم هذه العلاقة الديناميكية الحرارية ، من الضروري تقييم سلوك الذوبان المعتمد على درجة حرارة المذاب في مجموعة واسعة من المذيبات المختلفة. يمكن أن تكون الذوبان عالية أو منخفضة في درجة حرارة الغرفة ، أو وظيفة متزايدة بقوة لدرجة الحرارة ، أو مستقلة تقريبا عن درجة الحرارة على الإطلاق. تحدد طرق الغربلة عالية الإنتاجية بسرعة بيانات الذوبان لعدد كبير من أنظمة المواد المذابة / المذيبات.

أ. إعادة بلورة التبريد
نظام المذاب / المذيب ذو الذوبان المنخفض عند درجة حرارة منخفضة ، ولكن مع كون الذوبان وظيفة متزايدة بقوة لدرجة الحرارة ، مناسب لإعادة التبلور بالتبريد. يمكن إذابة كمية كبيرة من المذاب عند درجة حرارة عالية وبسبب انخفاض الذوبان في درجة حرارة منخفضة ، يمكن أن يبدأ التبريد المتحكم فيه في إعادة التبلور. المواد المذابة الحساسة لدرجة الحرارة التي تتحلل في درجات حرارة مرتفعة ليست مناسبة لإعادة التبلور في التبريد.

ب. إعادة التبلور المضادة للمذيبات
تلبي أنظمة المواد المذابة / المذيبات ذات الذوبان العالي عند درجة حرارة منخفضة وتوافر مضاد للمذيبات القابلة للامتزاج متطلبات إعادة التبلور المضاد للمذيبات. تقلل الإضافة الخاضعة للرقابة من مضاد الإذابات من قابلية الذوبان في الخليط وتؤدي إلى إعادة التبلور. طريقتان شائعتان للتشغيل هما إما إضافة مضاد للإذابات إلى محلول المنتج أو إضافة محلول المنتج إلى مضاد الإذابات (الإضافة العكسية). تتمثل عيوب إعادة التبلور المضاد للمذيبات في إدخال مذيب إضافي ، والتشبع الفائق المحلي عند نقطة الإضافة ، وانخفاض الإنتاجية الحجمية ، ومتطلبات فصل المذيبات في اتجاه مجرى النهر.

جيم - إعادة التبلور التبخيري
غالبا ما تتطلب الذوبان العالية عند درجة حرارة منخفضة وعدم توفر مضاد الإذابات إعادة التبلور التبخيري. تقلل إزالة المذيب من قابلية الذوبان في الخليط المتبقي وبمجرد إنشاء تشبع فائق كاف ، تحدث إعادة التبلور. تتمثل التحديات في إعادة التبلور التبخيري في إدخال فقاعات الغاز ، والتي يمكن أن تكون بمثابة مصدر للتنوي ، ويصعب التنبؤ بنقاط البذر وتوسيع النطاق الذي لا يمكن التنبؤ به.

د. إعادة التبلور بالتفاعل (الترسيب)
عندما يتم إنشاء المذاب المطلوب من خلال تفاعل كيميائي بين مركبين معقدين أو تحييد حمض / قاعدة ، يشار إلى الطريقة باسم التبلور التفاعلي. يزيد التفاعل الكيميائي المتقدم من التشبع الفائق للمذاب ، والذي يتبلور في النهاية. يمكن أن يكون إنشاء التشبع الفائق سريعا للغاية ، مما يؤدي إلى تشبع فائق محلي عند نقطة الخلط ، والتنوي الواسع النطاق ، وضعف التحكم في العملية ، وصعوبة التعامل مع المصب.

يعد فهم سلوك الذوبان للمركب مطلبا مهما لتطوير عملية إعادة التبلور بنجاح. تعد معرفة كمية المذاب التي يمكن إذابتها في المذيب وكمية المذاب المتبقية في الخمور الأم في النهاية أمرا ضروريا لتقييم كفاءة إعادة التبلور. بالنسبة لبلورة المحلول ، فإن الذوبان هو الحد الأقصى لكمية المذاب التي يمكن إذابتها بكمية معينة من المذيب عند درجة حرارة معينة.

يتم تشبع النظام عندما يتجاوز تركيز المذاب المذاب حد الذوبان عند درجة حرارة معينة. اعتمادا على الحركية ، يتمتع المحلول بالقدرة على البقاء مفرط التشبع على مدى مجموعة من درجات الحرارة والوقت قبل أن يتبلور. يسمى الوقت المنقضي بين تكوين التشبع الفائق وتكوين البلورات الأولى بوقت الحث. تؤدي زيادة التشبع الفائق إلى تقليل وقت الحث إلى النقطة التي يحدث فيها تكوين البلورات تلقائيا بمجرد زيادة التشبع الفائق. يتم تعريف هذه النقطة على أنها الحدود غير المستقرة ، والفرق بين منحنى الذوبان والمنحنى المستقر هو عرض المنطقة المستقرة.

أثناء إعادة التبلور ، يلزم التحكم الصارم في التشبع الفائق والتنوي والنمو لتحقيق منتج نهائي بالخصائص الفيزيائية المرغوبة. غالبا ما تكون مساعدة بلورات البذور ضرورية لبدء عمليات إعادة التبلور بقوة وبشكل متكرر. غالبا ما تظهر العمليات غير المزروعة تنوي عفوي غير منضبط ، مما قد يؤدي إلى تباين شديد في العملية ، خاصة أثناء التوسع والتصنيع على نطاق واسع. عادة ، يتم تطبيق استراتيجيات البذر التالية:

• صغير (0.1-1٪): نأمل تجنب التزييت أو التنوي غير المنضبط أو الانهيار. قد يكون مرضيا في المختبر ، ولكنه نادرا ما يكون فعالا أو قويا على نطاق أوسع.
• صغير (1-5٪): تنوي متحكم فيه ولكن ليس كافيا للحصول على نمو بلوري حصريا. من المحتمل أن يكون التنوي الثانوي على طول العملية والتوزيعات ثنائية النمط.
• كبير (5-10٪): تحسين احتمال نمو البلورات مع فرصة لقمع التنوي الثانوي لتجنب التوزيعات ثنائية النمط.

يعتمد البذر الفعال على طريقة ووقت إضافة البذور ، وجودة مادة البذور ، ومعدل توليد التشبع الفائق . يكون البذر أكثر فاعلية إذا تمت إضافة البلورات كملاط للبذور في منتصف الطريق إلى المنطقة غير المستقرة. يجب أن تكون بلورات البذور موحدة الحجم وتوفر أسطحا ناعمة لتنشيط إعادة التبلور. تستفيد العديد من عمليات إعادة التبلور من شيخوخة البذور ، حيث تظل درجة الحرارة ثابتة بعد البذر حتى يتم استنفاد التشبع الفائق قبل المتابعة. يمكن تحقيق البذر الفعال باستخدام أجهزة تحليل حجم الجسيمات.

يعد تقليل وقت العملية واستهلاك الطاقة والنفايات والتخصيص الأمثل للموارد وإنتاجية العملية العالية من المعلمات المهمة لإنتاج منتج بلوري قابل للبيع بأقل تكلفة. بناء على بيانات الذوبان ، يتم تطبيق طريقة واحدة أو أكثر من طرق إعادة التبلور (مثل التبريد ، ومضاد الإذابات ، والتبخري ، والتفاعلي) للوصول إلى نقطة نهاية ذات إنتاجية عالية في مخطط الطور.

يعد التحكم الدقيق في درجة التشبع الفائق وفهم آليات الجسيمات التي تمر بها بلورات أمرا ضروريا لتصميم عمليات إعادة التبلور الفعالة مع الأداء الأمثل في المصب.

في معظم عمليات إعادة التبلور ، تكون الجسيمات الصلبة هي المنتج المطلوب ، والتي يجب فصلها عن الخمور الأم عن طريق الترشيح. المتطلبات الأساسية لعملية ترشيح فعالة هي:

1. تعليق كريستالي مع عدد قليل من الجسيمات الدقيقة
2. مرشح متوسط مناسب
3. القوة الدافعة (الضغط أو الفراغ)
4. معدات الترشيح (لجمع السائل والاحتفاظ بكعكة الفلتر)

بعد الترشيح ، يتم غسل الكعكة عادة بمضاد للمذيبات سهل التبخير لإزالة الخمور الأم المتبقية وللمساعدة في عملية التجفيف.

غالبا ما تكون الإزالة التبخيرية للرطوبة من كعكة الترشيح الرطبة هي خطوة الإنتاج النهائية قبل الحصول على منتج بلوري قابل للاستخدام. اعتمادا على الاستقرار الحراري والميكانيكي لجزيء المكون الصيدلاني النشط (API) والبلورة ، ونوع المذيب وخطر التحول متعدد الأشكال ، يتم تطبيق طريقة تجفيف مناسبة (في الغلاف الجوي أو الفراغ).

EasyViewer هي أداة تصوير قائمة على المسبار تلتقط صورا عالية الدقة للبلورات والجسيمات والقطرات كما هي قيد المعالجة.

إن القدرة الاستثنائية على جمع المعلومات جنبا إلى جنب مع قابلية الاستخدام الممتازة تجعل EasyViewer أداة مقنعة سيستمتع العلماء باستخدامها لتسريع عملية صنع القرار وتسريع تطوير العمليات.