La FTIR in situ est devenue l’un des outils de technologie de procédé analytique (PAT) les plus puissants pour le suivi des réactions en temps réel, la compréhension mécanistique, l’optimisation des procédés et le contrôle automatisé des procédés. Contrairement à l’échantillonnage et à l’analyse hors ligne, qui ne fournissent que des instantanés ponctuels d’une réaction à des moments prédéterminés, la FTIR in situ collecte en continu des données spectrales au fur et à mesure de l’évolution de la chimie. Cette approche résolue dans le temps permet d’observer directement la consommation des réactifs, la formation des intermédiaires, la croissance des produits, la cinétique réactionnelle, les périodes d’induction et les espèces transitoires, souvent difficiles voire impossibles à détecter avec les méthodes analytiques traditionnelles.
Les systèmes FTIR en temps réel, tels que ReactIR, surveillent la chimie directement à l’intérieur des réacteurs batch à l’aide de sondes ATR à fibre optique insérées, ou au sein de systèmes continus via des cellules de débit en ligne. Les capteurs basés sur l’ATR sont conçus pour fonctionner dans une large gamme de conditions réactionnelles, notamment sur de vastes plages de température, de pression et de pH, et peuvent résister à des solvants et réactifs agressifs. Ainsi, la FTIR in situ est largement appliquée aux réactions catalytiques, aux polymérisations, aux cristallisations, aux études d’optimisation des réactions et aux procédés de fabrication en continu.
L’acquisition continue de spectres dans l’infrarouge moyen fournit de riches informations cinétiques et mécanistiques qui soutiennent le développement des réactions et le passage à l’échelle. Les expériences riches en données (DRE) générées par des mesures FTIR en temps réel accélèrent les études de plan d'expériences (DoE), la modélisation cinétique et l’analyse statistique en réduisant le recours à un échantillonnage hors ligne et à une préparation d'échantillon longs et laborieux. Plutôt que de mener de nombreuses expériences pour comprendre les dépendances réactionnelles, un ensemble plus réduit d’études bien conçues peut souvent fournir les informations nécessaires pour identifier les facteurs qui pilotent la réaction, déterminer les paramètres cinétiques et établir les paramètres critiques du procédé (CPP).
Des méthodes chimiométriques avancées peuvent en outre déconvoluer des bandes spectrales qui se chevauchent, extraire des profils de concentration des composants et générer des modèles multivariés robustes adaptés à la fabrication batch, semi-batch et continue. Lorsqu’elle est intégrée à des réacteurs automatisés ou à des plateformes de flux, la FTIR fonctionne comme un capteur de procédé en direct, permettant un contrôle adaptatif des procédés, la modélisation prédictive, l’affinage des recettes et un fonctionnement autonome en boucle fermée. En transformant les réactions en sources continues de données cinétiques et mécanistiques, la FTIR in situ permet un développement des procédés plus efficace, fondé sur les données, et des flux de travail d’optimisation accélérés.
