Distribuce velikosti částic

Částice, včetně krystalů, kapiček a bublin, jsou přítomny v naprosté většině výrobních procesů a jejich finálních produktů. Důkladné pochopení a správná kontrola distribuce velikosti částic je často kritickým faktorem kvality konečného produktu a může výrazně ovlivnit efektivitu procesu.

Například se ukázalo, že účinnost léků používaných k léčbě plicních onemocnění do značné míry závisí na velikosti částic. Velké kapičky (obrázek A) dodávají lék v masti pomaleji než malé kapičky (obrázek B). Bylo také hlášeno, že závody na zpracování částic se spouštějí déle a je méně pravděpodobné, že dosáhnou požadované rychlosti výroby ve srovnání s těmi, které zpracovávají kapaliny nebo plyny. Vícefázové systémy zahrnující kombinace částic, kapiček a bublin vedou k další složitosti a zvětšují výzvu pochopení, optimalizace a řízení procesů používaných k jejich výrobě, modifikaci nebo separaci. Zejména krystalizace je náročný proces tvorby částic, kde velikost částic po izolaci může mít dramatický dopad na všechny následné zpracovatelské operace. Doba separace suspenze (obrázek C) může být výrazně prodloužena, pokud spolu existují malé částice (obrázek D).

Přesná offline analýza systémů částic a kapiček závisí na úspěšném odstranění a přípravě reprezentativního vzorku z procesního toku. Tento postup je často složitý, protože většina offline technik klade přísná omezení na měřitelný rozsah koncentrace, velikosti a tvaru částic.

Příprava vzorků může být pracný a nákladný vícestupňový proces, který může způsobit chyby, které ovlivňují konečné údaje o distribuci velikosti částic. Běžné metody přípravy, jako je filtrace, sušení, odběr vzorků, redisperze a ředění, musí být pečlivě kontrolovány, aby se zabránilo změnám vzorku.

Změněný tvar/velikost vzorku v důsledku změněného prostředí částic

Tyto kroky přípravy vzorku mohou významně změnit požadované částice nebo kapičky. I při maximální opatrnosti a přesnosti při metodách odběru vzorků a přípravy vzorků se skutečné analyzované částice mohou výrazně lišit od částic, které byly původně přítomny v procesní nádobě. Například obraz krystalů mannitolu pořízený mikroskopií v reálném čase (obrázek A) se výrazně liší od snímku pořízeného standardním offline světelným mikroskopem (obrázek B). Odběr vzorků a příprava pro offline mikroskopickou analýzu vedly k významnému porušení a jemné dendritické struktury pozorované v procesu zůstaly nedetekovány.

Převzetí sférického tvaru

Velikost částic nesférických částic se často uvádí při použití ekvivalentního průměru. Na správných obrázcích jsou například znázorněny částice různých tvarů, ale stejných objemů. Pokud je velikost částic uvedena na základě objemu, sférický vzorek a vzorek ve tvaru jehly jsou totožné. Chování a propustnost prosévání těchto dvou vzorků však může být zcela odlišná, protože jejich průměry a tvary sít nejsou zdaleka totožné. Proto je třeba dbát na to, aby se zjistilo, jak tvar ovlivňuje výsledky analýzy velikosti částic, a pokud je to možné, aby se tvar částic určil pomocí techniky, jako je zobrazování EasyViewer.

Účinky časového zpoždění

Vzhledem k tomu, že většina procesních proudů částic pracuje s mnohem vyšším zatížením pevnými částicemi, než jaké zvládnou tradiční analyzátory velikosti částic, je pro měření nutná pečlivá a časově náročná příprava vzorku. Měření a analýza také trvá dlouho, od minimálních minut (např. metodami rozptylu světla) až po ještě déle (např. proséváním a offline mikroskopií).

Aby bylo možné získat nepřetržité informace, musely by být vzorky často ručně extrahovány a analyzovány za běhu. Tento přístup může také znamenat nepřijatelnou úroveň rizika, zejména u procesů při zvýšených teplotách a tlacích s toxickými nebo výbušnými suspenzemi a rozpouštědly. Nevyhnutelná časová prodleva mezi odběrem vzorků a přijetím výsledků pomocí offline nástrojů ztěžuje jejich implementaci pro skutečné měření v reálném čase a činí je nevhodnými pro nepřetržité sledování procesu, který se v průběhu času mění. Doporučenou alternativou jsou inline analyzátory velikosti částic.

Velikost, tvar a koncentrace částic jsou kritickými informacemi v každé fázi nebo měřítku během procesu krystalizace , a proto tvoří kritické atributy kvality (CQA). Analyzátory velikosti částic rychle vizualizují a kvantifikují částice a kritické mechanismy částic pro úspěšný vývoj procesu krystalizace.

• Vlastnosti částic a mechanismy částic jsou neustále zaznamenávány pro kontrolu a analýzu, i když vědci nemohou být v laboratoři.
• Interoperabilita mezi automatizovanými reaktory a programy ParticleTrack a EasyViewer umožňuje vědcům nastavit zpětnovazební regulační smyčky pro řízené chlazení podle velikosti nebo počtu částic nebo nastavit rychlost dávkování antirozpouštědel tak, aby se minimalizovala nežádoucí populace částic, jako jsou nadměrné jemné částice.
• Intuitivní průvodce "Start Experiment Wizard" usnadňuje každému vědci rychlý sběr vysoce kvalitních dat o částicích.

EasySampler je plně automatizovaný, bezobslužný vzorkovací systém optimalizovaný pro dodávání vysoce kvalitních, reprezentativních vzorků nezbytných pro charakterizaci částic a podrobnou analýzu. Jeho konstrukce založená na sondě umožňuje selektivní extrakci fáze roztoku i v přítomnosti suspendovaných částic, což zajišťuje přesný a nekontaminovaný odběr vzorků, který je kritický pro přesné studie krystalizace a tvorby částic.

Při integraci do pracovní stanice částicového inženýrství poskytuje EasySampler neocenitelné poznatky o dynamice fáze roztoku tím, že vytváří komplexní profily nečistot, odhaluje, jak přesycení ovlivňuje zapracování nečistot, a usnadňuje stanovení kinetických a termodynamických parametrů řídících krystalizaci. Tato funkce významně posouvá chápání nukleace, růstu a morfologie částic tím, že koreluje chemii roztoku s charakteristikami pevné fáze, čímž podporuje přísné vědecké zkoumání a optimalizaci procesů ve výzkumu částicového inženýrství.