Распределение частиц по размерам

Частицы, включая кристаллы, капли и пузырьки, присутствуют в подавляющем большинстве производственных процессов и их конечных продуктах. Глубокое понимание и надлежащий контроль распределения частиц по размерам часто является критическим фактором качества конечного продукта и может значительно повлиять на эффективность процесса.

Например, было показано, что эффективность лекарств, используемых для лечения заболеваний легких, в значительной степени зависит от размера частиц. Крупные капли (рисунок А) доставляют лекарство в мазь медленнее, чем мелкие капли (рисунок В). Также сообщалось, что заводы по переработке твердых частиц требуют больше времени для запуска и с меньшей вероятностью достигают желаемых производственных показателей по сравнению с установками, перерабатывающими жидкости или газы. Многофазные системы, включающие комбинации частиц, капель и пузырьков, приводят к дополнительной сложности и усложняют задачу понимания, оптимизации и управления процессами, используемыми для их создания, модификации или разделения. Кристаллизация, в частности, является сложным процессом формирования частиц, при котором размер частиц после изоляции может оказать существенное влияние на все последующие технологические операции. Время отделения суспензии (рисунок C) может быть значительно увеличено, если мелкие частицы сосуществуют (рисунок D).

Точный анализ систем частиц и капель в автономном режиме зависит от успешного удаления и подготовки репрезентативной пробы из технологического потока. Эта процедура часто бывает сложной, так как большинство автономных методов накладывают строгие ограничения на измеряемый диапазон концентрации, размера и формы частиц.

Подготовка образцов может быть трудоемким и дорогостоящим многоступенчатым процессом, что может привести к ошибкам, влияющим на окончательные данные о распределении частиц по размерам. Распространенные методы подготовки, такие как фильтрация, сушка, отбор проб, редиспергирование и разбавление, должны тщательно контролироваться, чтобы предотвратить внесение изменений в образец.

Изменение формы/размера образца из-за изменения среды частиц

Эти этапы подготовки образцов могут значительно изменить интересующие частицы или капли. Даже при максимальной тщательности и точности методов отбора и подготовки проб анализируемые частицы могут значительно отличаться от частиц, которые изначально присутствовали в технологическом сосуде. Например, изображение кристаллов маннита, полученное с помощью микроскопии в реальном времени (рисунок А), значительно отличается от изображения, полученного с помощью стандартного автономного светового микроскопа (рисунок В). Отбор проб и подготовка к анализу под микроскопом в автономном режиме привели к значительным поломкам, а тонкие дендритные структуры, наблюдаемые в процессе, остаются незамеченными.

Принятие сферической формы

Размер частиц несферических частиц часто указывается с использованием эквивалентного диаметра. Например, на рисунках справа изображены частицы с разной формой, но эквивалентными объемами. Если размер частиц указан на основе объема, то сферический образец и образец в форме иглы идентичны. Тем не менее, поведение и производительность просеивания двух образцов могут сильно отличаться, поскольку диаметры и формы сит далеко не идентичны. Поэтому следует уделить внимание определению того, как форма влияет на результаты анализа размера частиц, и, если это возможно, определить форму частиц с помощью такого метода, как визуализация EasyViewer.

Последствия временной задержки

Поскольку большинство технологических потоков частиц работают при гораздо более высокой нагрузке твердых частиц, чем могут обрабатывать традиционные анализаторы размера частиц, для измерения требуется тщательная и трудоемкая подготовка образцов. Измерение и анализ также требуют времени: от минимальных минут (например, при использовании методов рассеяния света) до еще дольше (например, при просеивании и микроскопии в автономном режиме).

Чтобы получать непрерывную информацию, образцы необходимо часто извлекать вручную и анализировать на лету. Такой подход также может привести к неприемлемому уровню риска, особенно для процессов при повышенных температурах и давлениях с токсичными или взрывоопасными суспензиями и растворителями. Неизбежная задержка во времени между отбором проб и получением результатов с помощью автономных инструментов затрудняет их внедрение для измерения в реальном времени и делает их непригодными для непрерывного мониторинга процесса, поскольку он меняется с течением времени. В качестве альтернативы рекомендуется использовать встроенные анализаторы размера частиц.

Размер, форма и концентрация частиц являются критически важными сведениями на каждом этапе или масштабе процесса кристаллизации и, следовательно, создают критические атрибуты качества (CQA). Анализаторы размера частиц быстро визуализируют и количественно оценивают частицы и механизмы критических частиц для успешной разработки процесса кристаллизации.

• Свойства частиц и механизмы их обработки записываются для рассмотрения и анализа в любое время, даже если ученые не могут находиться в лаборатории.
• Функциональная совместимость между автоматизированными реакторами и ParticleTrack и EasyViewer позволяет ученым настраивать контуры управления обратной связью для контролируемого охлаждения размера или количества частиц или устанавливать скорость дозирования антирастворителей для минимизации нежелательных популяций частиц, таких как чрезмерное количество мелких частиц.
• Интуитивно понятный «Мастер запуска эксперимента» позволяет каждому ученому легко и быстро собирать высококачественные данные о частицах.

ReactIR™ и ReactRaman™ позволяют ученым отслеживать тренды и профили каталитических реакций в режиме реального времени, предоставляя точную информацию о кинетике, механизме, путях и влиянии переменных реакции на производительность. С помощью молекулярной спектроскопии эти анализаторы измеряют реагенты, реагенты, каталитические промежуточные продукты, продукты и побочные продукты по мере их изменения в ходе реакции. Эксперименты с большим объемом данных на месте, отслеживание этих реакционных веществ в режиме реального времени ускоряют разработку кинетических параметров, поддерживают предложенные механизмы реакций и каталитические циклы, а также выясняют влияние переменных на исход реакции. ReactIR и ReactRaman представляют собой ряд вводных зондов и проточных ячеек, которые работают в широком диапазоне температур и давлений, часто необходимых для исследования каталитических реакций периодического действия или реакций непрерывного действия. 

EasySampler — это полностью автоматизированная автоматическая система отбора проб, оптимизированная для получения высококачественных, репрезентативных образцов, необходимых для определения характеристик частиц и подробного анализа. Его конструкция на основе зонда позволяет селективно экстрагировать фазу раствора даже в присутствии взвешенных частиц, обеспечивая точный и незагрязненный отбор проб, критически важный для точных исследований кристаллизации и образования частиц.

При интеграции в рабочую станцию инженерии частиц EasySampler предоставляет бесценную информацию о фазовой динамике раствора, генерируя комплексные профили примесей, показывая, как пересыщение влияет на включение примесей, и облегчая определение кинетических и термодинамических параметров, управляющих кристаллизацией. Эта функциональность значительно улучшает понимание зарождения, роста и морфологии частиц за счет корреляции химического состава раствора с твердофазными характеристиками, тем самым поддерживая строгие научные исследования и оптимизацию процессов в исследованиях в области инженерии частиц.