Prozessanalysetechnologie (PAT)

Prozessanalysetechnologie (PAT)

PAT verändert die chemische Prozessentwicklung, das Scale-up und die Herstellung

Prozessanalysetechnologie (PAT)
Prozessanalysetechnologie in F&E
Prozessanalysetechnologie in F&E
Prozessanalysetechnologie (PAT)
Instrumente für die In-Situ-Reaktionsanalyse
Inline-Partikelcharakterisierung
Wärmefluss-Kalorimetrie in der PAT

Applikationen

Measure Crystal Size Distribution
Verbesserung der Kristallisation mittels Inline-Messung der Partikelgrösse und -form sowie der Anzahl

In-Process sondenbasierte Technologien werden eingesetzt, um Partikelgrössen und Formänderungen bei voller Konzentration ohne erforderliche Verdünnung oder Aufbereitung nachzuverfolgen. Durch die Verfolgung der Rate und des Änderungsgrades von Partikeln und Kristallen in Echtzeit können die korrekten Prozessparameter für die Kristallisationsleistung optimiert werden.

Kristalle
Optimieren von Kristallgrösse, Ausbeute und Reinheit

Die Optimierung und das Scale-up von Kristallisation und Fällung zur Herstellung eines Produkts, das Reinheits-, Ertrags-, Form- und Partikelgrössenspezifikationen konsistent einhält, kann eine der grössten Herausforderungen in der Prozessentwicklung darstellen.

Chemische Prozessentwicklung und Scale-up
Design robuster und nachhaltiger chemischer Prozesse für einen beschleunigten Transfer auf Pilotanlagen und in die Produktion

Design robuster und nachhaltiger chemischer Prozesse für den beschleunigten Transfer auf Pilotanlagen und die Produktionsebene

Ermitteln von Verunreinigungsprofilen von chemischen Reaktionen
Die kontinuierliche, automatisierte Reaktionsprobennahme steigert die Produktivität und das Verständnis von Chemikern

Das Wissen über die Verunreinigungskinetik und den Mechanismus der Bildung ist wichtig, um bei chemischen und Prozessentwicklungsstudien den Reaktionsendpunkt bestimmen zu können. Für diese Studien sind genaue, reproduzierbare und repräsentative Proben der Reaktion erforderlich.

Diagramme zur Bestimmung der Reaktionskinetik
Untersuchung der Geschwindigkeit chemischer Reaktionen und Inline-Messung der Reaktionskinetik

In-situ-Studien zur Kinetik chemischer Reaktionen verbessern das Verständnis von Reaktionsmechanismen und -pfaden durch die Echtzeit-Erfassung der Konzentrationsabhängigkeiten zwischen reagierenden Komponenten. Durch kontinuierliche Datenerfassung während der Reaktion können Geschwindigkeitsgleichungen aufgrund der aussagekräftigen Daten mit weniger Versuchen berechnet werden. Bei der kinetischen Analyse des Reaktionsverlaufs (Reaction Progression Kinetics Analysis, RPKA) werden In-situ-Daten unter synthetisch relevanten Konzentrationen verwendet und Informationen während des gesamten Versuchs erfasst. Dadurch wird eine genaue Beschreibung des gesamten Reaktionsverhaltens gewährleistet.

Flow Chemistry
Verbesserung der Sicherheit, Reduzieren der Zykluszeit, Qualitätssteigerung und höhere Ausbeute

Die Flow Chemistry eröffnet Möglichkeiten mit exothermen Syntheseschritten, die in Chargenreaktoren nicht möglich sind; und neue Entwicklungen im Design von Strömungsreaktoren bieten Alternativen für Reaktionen, bei denen das Mischen in Chargenreaktoren eingeschränkt ist. Dadurch können häufig die Produktqualität verbessert und die Ausbeute erhöht werden. Der zusätzliche Einsatz der Prozessanalysetechnologie (PAT) ermöglicht eine schnelle Analyse der Flow Chemistry sowie die Optimierung und das Scale-Up von chemischen Reaktionen.

Prozesskontrolle für exotherme Reaktionen
Verständnis und Kontrolle der Entwicklung von Grignard-Reaktionen und Scale-Up mit Prozessanalysetechnologie

Exotherme chemische Reaktionen bergen einige Risiken – insbesondere beim Scale-Up. Zu den Risiken gehören Sicherheitsgefährdungen, wie Überdrücke, Inhaltsentladungen oder Explosionen sowie ein durch starke Temperaturanstiege verursachter Abfall der Produktausbeute und -reinheit.  Beispielsweise führt die fehlerhafte Kontrolle von Grignard-Reaktionen zu Sicherheitsgefährdungen in Verbindung mit der Ansammlung organischer Halogenide, die zu schweren Unfällen und sogar Kettenreaktionen führen können, falls sie nicht erkannt werden.

Partikelgrösse in Formulierungen
Messung von Partikeln und Tröpfchen in festen und flüssigen Formulierungen zur Optimierung der Prozessentwicklung

Die Formulierung von Feststoffen und Flüssigkeiten wird durch Partikel- und Tröpfchengrösse beeinflusst. Partikel und Tröpfchen haben Einfluss auf die Bioverfügbarkeit, Stabilität und Herstellbarkeit von Formulierun, u. a. von Emulsionen, Mikroverkapselungen, Suspensionen und Tabletten. Durch Prozessanalysetechnologie mit Echtzeit Partikelcharakterisierung lassen sich kontinuierliche Messungen durchführen. Somit ist es Forschern während des Entwicklungsprozesses möglich, die Partikelgrössenverteilung zu messen, nachzuvollziehen und zu optimieren sowie für Konsistenz beim Scale-Up und bei der Fertigung zu sorgen.

Measure Crystal Size Distribution

In-Process sondenbasierte Technologien werden eingesetzt, um Partikelgrössen und Formänderungen bei voller Konzentration ohne erforderliche Verdünnung oder Aufbereitung nachzuverfolgen. Durch die Verfolgung der Rate und des Änderungsgrades von Partikeln und Kristallen in Echtzeit können die korrekten Prozessparameter für die Kristallisationsleistung optimiert werden.

Kristalle

Die Optimierung und das Scale-up von Kristallisation und Fällung zur Herstellung eines Produkts, das Reinheits-, Ertrags-, Form- und Partikelgrössenspezifikationen konsistent einhält, kann eine der grössten Herausforderungen in der Prozessentwicklung darstellen.

Chemische Prozessentwicklung und Scale-up

Design robuster und nachhaltiger chemischer Prozesse für den beschleunigten Transfer auf Pilotanlagen und die Produktionsebene

Ermitteln von Verunreinigungsprofilen von chemischen Reaktionen

Das Wissen über die Verunreinigungskinetik und den Mechanismus der Bildung ist wichtig, um bei chemischen und Prozessentwicklungsstudien den Reaktionsendpunkt bestimmen zu können. Für diese Studien sind genaue, reproduzierbare und repräsentative Proben der Reaktion erforderlich.

Diagramme zur Bestimmung der Reaktionskinetik

In-situ-Studien zur Kinetik chemischer Reaktionen verbessern das Verständnis von Reaktionsmechanismen und -pfaden durch die Echtzeit-Erfassung der Konzentrationsabhängigkeiten zwischen reagierenden Komponenten. Durch kontinuierliche Datenerfassung während der Reaktion können Geschwindigkeitsgleichungen aufgrund der aussagekräftigen Daten mit weniger Versuchen berechnet werden. Bei der kinetischen Analyse des Reaktionsverlaufs (Reaction Progression Kinetics Analysis, RPKA) werden In-situ-Daten unter synthetisch relevanten Konzentrationen verwendet und Informationen während des gesamten Versuchs erfasst. Dadurch wird eine genaue Beschreibung des gesamten Reaktionsverhaltens gewährleistet.

Flow Chemistry

Die Flow Chemistry eröffnet Möglichkeiten mit exothermen Syntheseschritten, die in Chargenreaktoren nicht möglich sind; und neue Entwicklungen im Design von Strömungsreaktoren bieten Alternativen für Reaktionen, bei denen das Mischen in Chargenreaktoren eingeschränkt ist. Dadurch können häufig die Produktqualität verbessert und die Ausbeute erhöht werden. Der zusätzliche Einsatz der Prozessanalysetechnologie (PAT) ermöglicht eine schnelle Analyse der Flow Chemistry sowie die Optimierung und das Scale-Up von chemischen Reaktionen.

Prozesskontrolle für exotherme Reaktionen

Exotherme chemische Reaktionen bergen einige Risiken – insbesondere beim Scale-Up. Zu den Risiken gehören Sicherheitsgefährdungen, wie Überdrücke, Inhaltsentladungen oder Explosionen sowie ein durch starke Temperaturanstiege verursachter Abfall der Produktausbeute und -reinheit.  Beispielsweise führt die fehlerhafte Kontrolle von Grignard-Reaktionen zu Sicherheitsgefährdungen in Verbindung mit der Ansammlung organischer Halogenide, die zu schweren Unfällen und sogar Kettenreaktionen führen können, falls sie nicht erkannt werden.

Partikelgrösse in Formulierungen

Die Formulierung von Feststoffen und Flüssigkeiten wird durch Partikel- und Tröpfchengrösse beeinflusst. Partikel und Tröpfchen haben Einfluss auf die Bioverfügbarkeit, Stabilität und Herstellbarkeit von Formulierun, u. a. von Emulsionen, Mikroverkapselungen, Suspensionen und Tabletten. Durch Prozessanalysetechnologie mit Echtzeit Partikelcharakterisierung lassen sich kontinuierliche Messungen durchführen. Somit ist es Forschern während des Entwicklungsprozesses möglich, die Partikelgrössenverteilung zu messen, nachzuvollziehen und zu optimieren sowie für Konsistenz beim Scale-Up und bei der Fertigung zu sorgen.

Publikationen

White Paper

Entwicklung effektiver Kristallisationsprozesse
Die Qualität des Kristallisationsprozesses hat einen grossen Einfluss auf die Qualität des Endprodukts. In unserem neuen White Paper werden die Grundl...
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Durch die schnelle Identifizierung unnötiger Haltezeiten und die Bestimmung, wie die Kühlrate das Kristallwachstum und die Keimbildung beeinflusst, wu...
Prozess-FTIR für einen sicheren Ablauf einer Natriumborhydrid-Reduktion
John O'Reilly von Roche Ireland spricht über ein nachhaltiges Process Analytical Technology (PAT) System, welches mittels der Nutzung von Prozess-FTIR...
Überwachung chemischer Reaktionen in kürzerer Zeit
„Wie kann mit geringerem Aufwand mehr erreicht werden“ – dies ist eine in chemischen Entwicklungslabors ständig gestellte Frage, da Forscher chemische...
Schnelle Analyse von Optimierungsexperimenten bei kontinuierlichen Reaktionen
Das White Paper Schnelle Analyse von Optimierungsexperimenten bei kontinuierlichen Reaktionen beschreibt, wie chemische Reaktionen erfolgreich optimie...
Effektive Studien zur Versuchsplanung
Erfahren Sie in diesem White Paper mehr über die statistische Versuchsplanung (DoE). Es wird beschrieben, wie die DoE-Methode eingesetzt werden kann,...
Risiken steigender Temperaturen
Beim Scale-up chemischer Prozesse ist eine gründliche Kenntnis der Wärmeakkumulation im Verlauf einer Reaktion und der damit einhergehenden Temperatur...
PAT für Emulsionen
Verwenden Sie PAT zur Charakterisierung von Emulsionen und Suspensionen – ganz ohne Probennahme oder Probenvorbereitung.
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In diesem White Paper wird vorgestellt, wie die Partikelmessung im Prozess die traditionelle Untersuchung der Dissolution von Tabletten ergänzt. Der E...
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