Hur man mäter kristallstorleksfördelning

• Introduktion till kristallisation och utfällning
• Grunder: Löslighet och bredd för den metastabila zonen
• Övermättnad: Drivkraften för kristallisation

Offlineanalys används i stor utsträckning för att fastställa kristallfördelningen vid slutet av ett experiment eller under en produktionskörning. Även om detta tillvägagångssätt är vanligt, finns det begränsningar för offlineanalys som gäller för kristaller:

• Kristaller är ömtåliga och förändras beroende på temperaturen – vilket gör representativ provtagning och analys särskilt besvärlig
• Många kristallsystem är giftiga och lämpar sig inte för provtagning
• Det är svårt att ta tillräckligt med offlineprover för att fastställa hur en snabbt föränderlig process som kristallisation uppför sig i relation till tid.
• Tidsfördröjningen mellan provtagning och offlineanalys är ofta för lång, särskilt under produktion, för att man ska kunna ta relevanta beslut som kan förbättra produktkvaliteten.

Denna serie av ParticleView-bilder återger prydligt den komplicerade storleken, formen och strukturen hos olika kristaller. Kristallprodukter uppvisar ofta stor variationsrikedom, från stora runda ”bumlingar” till vackert spröda ”dendriter”, vilket innebär utmaningar när det gäller effektiv separation och manipulering nedströms.

• Kristallerna i Bild A kommer troligen att filtreras snabbt och konsekvent. De stora bumlingarna kommer att lämna gott om utrymme för att filtratet ska kunna passera förbi snabbt.
• Platta skivor som de i Bild B kan vara något av det svåraste att filtrera. Skivor har en tendens att staplas på varandra och skapa ett lager av kristaller som filtratet inte kan ta sig igenom. Detta leder till långa och potentiellt varierande filtreringstider, beroende på hur kristallerna matas ut från kristallationsenheten.
• Bild C visar ett annat fall där filtreringstiden kan vara lång. Små kristaller kommer att täppa igen hålen som lämnas av större kristaller, vilket gör det svårt för filtratet att passera igenom kristallbädden. Detta är ett vanligt problem eftersom många kristallisationsprocesser är designade med en tillsats av snabbkylnings- eller antilösningsmedel vid slutet av kristallisationen (för att öka avkastningen), som leder till alltför hög sekundär kärnbildning. Dessutom höjs i många fall omrörningen vid slutet av partiet för att hjälpa till med tömningen och detta leder till att kristaller går sönder.
• Bild D är vanligare än vad många förväntar sig, åtminstone i organiska kristallisationssystem som ympas. En struktur av detta slag skulle vara svår att observera med ett offlinemikroskop eftersom den kommer att krossas under provtagning och förberedelse. Dock avslöjar ParticleView en vacker dendritisk struktur. En dendrit av detta slag bildas ofta när kristallisationen ympas med malda frön. Imperfektioner på kristallytan leder till kristalltillväxt från dessa områden och långa kristallgrenar växer från en frökärna. Det är svårt att förutsäga hur något av detta slag kommer att filtreras, men det är troligt att kristallen bryts sönder, vilket leder till varierande filtreringstider.

Genom att studera kristaller i realtid, kan forskarna erhålla detaljerad och tillförlitlig processförståelse rutinmässigt. ParticleView V19 med PVM-teknologi gör det möjligt för forskarna att direktobservera kristaller och kristallstrukturer under processens lopp utan att behöva ta prover.

Kristallisationsmekanismer som kärnbildning, tillväxt, sönderfall och formförändringar kan observeras under dynamiska och föränderliga processförhållanden och de mest lämpliga processparametrarna kan väljas med tillförlitlighet. En enkel bildbaserad trend som anger hur kristallstorlek, form och antal komplementerar högupplösta realtidsbilder och möjliggör identifiering och omedelbar undersökning av viktiga processhändelser.

Med hjälp av ParticleTrack kan forskarna:

• Studera kristallantal i individuella storleksklasser – för att optimera fina och grova ändar i kristallstorleksfördelningen
• Identifiera grundorsaken till en dåligt presterande kristallisationsprocess
• Välja korrekta processparametrar för optimal kristallisationsprestanda med hjälp av processbaserad information
• Övervaka processer för repeterbarhet och konsekvens
• Korrelera mätningar under processen för offlineanalys av partikelstorlek
• Skapa en modell över hur kristallstorlek och antal påverkar produkt- och processkvalitet

En PartikelTrack-sond med FBMR-teknologi sänks ner i ett flödande uppslamnings- eller droppsystem utan behov av utspädning. En fokuserad laser skannar sondfönstrets yta och spårar individuella kordalängder – mätningar av partiklars storlek, form och antal. Denna realtidsmätning presenteras som en distribution och statistik (t.ex. medelvärde, antal) som rör sig över tid.

Användning av kristallisationsenheter erbjuder en unik möjlighet att rikta in sig på och kontrollera en optimerad kristallstorlek och formfördelning. Detta kan minska filtrerings- och torktiderna dramatiskt, undvika problem med förvaring, transport och hållbarhet och säkerställa en konsekvent och repeterbar process till lägre kostnad.

Denna white paper-serie täcker grundläggande och avancerade strategier för optimering av kristallstorlek och formfördelning.

Upptäck hur bildbaserad processtrendning kan minska kristallisationscykeltiden och förbättra kvaliteten, samtidigt som man bibehåller en enhetlig kristallstorlek och form.

Detta white paper beskriver de bästa metoderna för att utforma en ympningsstrategi och vilka parametrar man bör överväga när man implementerar ett ympningsprotokoll. Även om kristallisationsförståelsen har förbättrats under de senaste trettio åren, innebär ympningssteget fortfarande en utmaning.