如何测量晶体粒度分布

• 晶体析出与沉淀简介
• 基础知识：溶解度与亚稳区宽度
• 过饱和：晶体析出的驱动力

离线分析通常用于确定实验结束时或生产过程中晶体分布。虽然这种方法很常见，但离线分析对晶体而言存在一些局限：

• 晶体很脆弱，会随温度变化而改变——这使得具有代表性的取样和分析尤为困难
• 许多晶体体系具有毒性，不太适合取样
• 很难获取足够的离线样品来确定结晶等快速变化的过程随时间的变化行为。
• 从取样到离线分析之间的时间延迟通常过长，尤其是在生产中，无法据此做出有助于提高产品质量的相关决策

这组ParticleView图像清晰地展示了各种晶体在尺寸、形状和结构上的复杂差异。从巨大的圆形“卵石”到精致优美的“树枝状晶体”，晶体产品通常变化多样，这给有效分离和后续处理带来了挑战。

• 图像 A中的晶体很可能会快速且稳定地过滤。较大的卵石状晶体会留下充足空间，让滤液迅速通过。
• 图像 B中的这类平板晶体可能是最难过滤的之一。平板往往相互堆叠，形成一层滤液无法穿透的晶体层。这会导致较长且可能变化较大的过滤时间，具体取决于晶体如何从结晶器中排出。
• 图像 C 说明了另一种过滤时间可能很长的情况。小晶体会堵塞较大晶体之间的空隙，使滤液难以穿过晶体床。这是一个常见问题，因为许多结晶工艺在结晶结束时会设计一个快速冷却或加入反溶剂的步骤（以提高收率），从而导致过量的二次成核。此外，在许多情况下，会在批次末端提高搅拌强度以帮助排料，这又会导致晶体破碎。
• 图像 D 比许多人预想的更常见，至少在播种的有机结晶体系中是这样。像这样的结构很难通过离线显微镜观察，因为在取样和制样过程中会被压碎。不过， ParticleView 揭示了一种美丽的树枝状结构。这类树枝状晶体通常在使用研磨种晶进行播种结晶时形成。晶体表面的缺陷会使晶体从这些区域生长，并从种晶核心长出细长的晶枝。很难预测这类结构的过滤表现，但它很可能会破碎，从而导致过滤时间变化较大。

通过实时研究晶体，科学家能够定期获得详细且可靠的工艺认识。采用 PVM 技术的 ParticleView V19使科学家无需取样即可在工艺过程中直接观察晶体和晶体结构。

可以在动态变化的工艺条件下观察成核、生长、破碎和形状变化等结晶机制，并有信心地选择最合适的工艺参数。基于图像的简单趋势可显示晶体尺寸、形状和数量的变化趋势，与高分辨率实时图像相辅相成，使重要工艺事件能够被立即识别和研究。

使用 ParticleTrack，科学家可以：

• 研究各个粒径区间中的晶体数量——以优化晶体粒径分布的细端和粗端
• 找出表现不佳的结晶工艺的根本原因
• 基于工艺证据选择正确的工艺参数，以获得最佳结晶性能
• 监测工艺的重复性和一致性
• 将工艺中的测量结果与离线粒径分析相关联
• 建立晶体尺寸和数量对产品及工艺质量影响的模型

带有 FBRM 技术的 ParticleTrack 探头可浸入流动的浆料或液滴系统中，无需稀释。聚焦激光扫描探头窗口表面，并跟踪单个弦长——用于测量颗粒尺寸、形状和数量。该实时测量结果以分布形式呈现，统计数据（例如平均值、计数）会随时间进行趋势分析。

结晶单元操作提供了一个独特机会，可针对并控制优化后的晶体尺寸和形状分布。这样做可大幅缩短过滤和干燥时间，避免存储、运输和保质期方面的问题，并以更低的成本确保工艺稳定且可重复。

本白皮书系列涵盖用于优化晶体尺寸和形状分布的基础与高级策略。

了解基于图像的过程趋势分析如何在保持相近晶体尺寸和形状的同时，缩短结晶周期并提高质量。

本文白皮书讨论了设计晶种投放策略的最佳实践，以及实施晶种投放方案时应考虑哪些参数。尽管过去三十年来人们对结晶的认识已有所提高，晶种投放这一步骤仍然充满挑战。