結晶中的亞穩區域寬度 （MSZW）

• 介紹結晶和沉澱
• 過飽和度：結晶的驅動力
• 如何測量晶體尺寸

結晶是通過以下方式降低產物在飽和起始溶液中的溶解度來實現的：

• 冷卻
• 添加抗溶劑
• 蒸發
• 以上方法的一些組合

另一種用於誘導結晶的常用方法是通過化學反應，其中兩種或多種反應物混合形成不溶於反應混合物的固體產物;一個常見的例子是酸和鹼反應形成鹽。

選擇結晶產品的方法可能會因多種因素而異。例如，蛋白質晶體對溫度敏感，排除了冷卻和蒸發，並使反溶劑添加成為最常見的結晶方法。對於許多結晶過程，冷卻可能是有利的，因為它是可逆的;在非最佳操作的情況下，可以重新加熱飽和溶液。

溶解度曲線（右圖）通常用於說明溶解度、溫度和溶劑類型之間的關係。通過繪製溫度與溶解度的關係，科學家創建了開發所需結晶過程所需的框架。在這裡，給定材料在溶劑 A 中的溶解度很高——這意味著每單位質量的溶劑可以結晶更多的材料。溶劑 C 在所有溫度下都具有低溶解度，表明它可能是該材料的有用抗溶劑。

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。有了這些信息，就可以選擇起始濃度和溫度或抗溶劑比，計算理論產率，並做出有關如何發展結晶的第一個重要決策。 

ParticleTrack 是一種基於探針的儀器，可追蹤過程中存在的顆粒大小和計數的速率和程度，可用於測量溶解度曲線和 MSZW（亞穩態區寬度），方法是準確識別溶解點（溶解度曲線上的點）和成核點（MSZW 上的點）在各種溶質濃度下。

在 Barrett 和 Glennon 的一項研究中（Trans ICHemE，第 80 卷，2002 年，第 799-805 頁），不飽和溶液以緩慢、固定的速率冷卻，直到 ParticleTrack （Lasentec FBRM） 測量成核點，指示 MSZW 上的一個點。接下來，緩慢加熱溶液，直到測量溶解點，指示溶解度曲線上的一個點。然後將溶劑添加到系統中以降低濃度並重複該過程。這樣，可以在很寬的溫度範圍內快速測量溶解度曲線和MSZW。

在此圖中，顯示了硫酸鋁鉀的溶解度曲線和亞穩態區寬度。雖然對於給定的溶劑-溶質系統，溶解度曲線在熱力學上是固定的，但 MSZW 是一個動力學邊界，可以根據製程參數（例如冷卻速率、攪拌或規模）而變化。在一系列製程條件下表徵 MSZW 可以幫助科學家了解結晶過程在不同尺度上的表現，或在製程中斷的情況下如何表現。不同條件下 MSZW 的變異性可能表明系統在成核點和動力學方面可能表現不一致。這樣的結果可能證明研究播種過程的可能性是合理的，以便為每個實驗或批次固定成核點。

溶解度測定的動態方法（例如這種方法）有時其準確性受到限制，因為快速加熱速率意味著確切的溶解點可能會被高估。靜態方法（例如重量分析）可能會提供更高的準確性，但實施起來更耗時且麻煩。許多技術可用於測量溶解度曲線，最近旨在預測不同溶劑溶解度的研究顯示出前景。

結晶裝置操作提供了獨特的機會來瞄準和控制優化的晶體尺寸和形狀分佈。這樣做可以大大減少過濾和乾燥時間，避免儲存、運輸和保質期問題，並以較低的成本確保一致且可重複的過程。

對結晶文獻的持續回顧被提煉成一個摘要，為理解和優化結晶和沉澱的具有挑戰性的單元操作提供了指導。

本白皮書系列涵蓋了優化晶體尺寸和形狀分佈的基本和高級策略。

了解基於圖像的製程趨勢如何縮短結晶週期時間並提高質量，同時保持相似的晶體尺寸和形狀。