Sådan måles krystalkørrelsesfordeling

• Introduktion til krystallisering og udfældning
• Grundlæggende: Opløselighed og metastabil zonebredde
• Overmætning: drivkraften bag krystallisering

Offline analyse bruges ofte til at bestemme krystalfordelingen ved afslutningen af et eksperiment eller under en produktionskørsel. Selvom denne tilgang er almindelig, er der begrænsninger ved offline analyse, som er relevante for krystaller:

• Krystaller er skrøbelige og ændrer sig med temperaturen – hvilket gør repræsentativ prøvetagning og analyse særligt vanskelig
• Mange krystalsystemer er giftige og egner sig ikke godt til prøvetagning
• Det er vanskeligt at tage nok offline prøver til at bestemme, hvordan en hurtigt skiftende proces, såsom krystallisering, opfører sig over tid.
• Tidsforsinkelsen mellem prøvetagning og offline analyse er ofte for lang, især i produktion, til at træffe relevante beslutninger, som kan forbedre produktkvaliteten

Denne samling af ParticleView-billeder illustrerer på fornem vis den komplekse størrelse, form og struktur af forskellige krystaller. Fra store runde “kampesten” til smukt delikate “dendritter” er krystalproduktet ofte varieret, hvilket skaber udfordringer for effektiv separation og efterfølgende håndtering.

• Krystallerne i Billede A vil sandsynligvis filtrere hurtigt og jævnt. De større kampesten vil efterlade masser af plads til, at filtratet kan passere hurtigt igennem.
• Flade plader som disse i Billede B kan være nogle af de vanskeligste at filtrere. Plader har tendens til at stable sig oven på hinanden og danne et lag af krystaller, som filtratet ikke kan komme igennem. Dette fører til lange og potentielt varierende filtreringstider, afhængigt af hvordan krystallerne udtømmes fra krystallizeren.
• Billede C illustrerer et andet tilfælde, hvor filtreringstiderne kan være lange. Små krystaller vil udfylde hullerne mellem de større krystaller, hvilket gør det vanskeligt for filtratet at passere gennem krystalbedet. Dette er et almindeligt problem, fordi mange krystalliseringsprocesser er designet med et hurtigt køletrin eller tilsætning af antiopløsningsmiddel til sidst i krystallisationen (for at øge udbyttet), hvilket fører til overdreven sekundær nukleation. Derudover øges omrøringen i mange tilfælde ved batchens afslutning for at lette udtømning, og det fører til krystalbrud.
• Billede D er mere almindeligt, end mange ville forvente, i hvert fald i organiske krystallisationssystemer, der er podet. En struktur som denne ville være vanskelig at observere med et offline-mikroskop, da den vil blive knust under prøvetagning og forberedelse. Men ParticleView afslører en smuk dendritisk struktur. En dendrit som denne dannes ofte, når krystallisation podes med formalede kimkrystaller. Ujævnheder på krystaloverfladen fører til krystalvækst fra disse områder og lange krystalgrene, der vokser ud fra en kimkerne. Det er svært at forudsige, hvordan noget som dette vil filtrere, men det vil sandsynligvis bryde fra hinanden, hvilket resulterer i varierende filtreringstider.

Ved at studere krystaller i realtid kan forskere opbygge detaljeret og pålidelig procesforståelse på rutinemæssig basis. ParticleView V19 med PVM-teknologi gør det muligt for forskere direkte at observere krystaller og krystalstrukturer under processen uden at skulle udtage en prøve.

Krystallisationsmekanismer som nukleation, vækst, brud og formændringer kan observeres under dynamisk skiftende procesbetingelser, og de mest egnede procesparametre kan vælges med sikkerhed. En enkel billedbaseret trend, der viser, hvordan krystalstørrelse, -form og -antal udvikler sig, supplerer højopløselige billeder i realtid og gør det muligt at identificere og undersøge vigtige proceshændelser med det samme.

Ved at bruge ParticleTrack kan forskere:

• Undersøge krystalantal i enkelte størrelsesklasser – for at optimere de fine og grove ender af krystalstørrelsesfordelingen
• Identificere den grundlæggende årsag til en krystallisationsproces, der fungerer dårligt
• Vælge de korrekte procesparametre for optimal krystallisationsydelse ved hjælp af procesbaserede data
• Overvåge processer for gentagelighed og ensartethed
• Korrelerer målinger under processen med offline partikelstørrelsesanalyse
• Modellere indflydelsen af krystalstørrelse og -antal på produkt- og proceskvalitet

En ParticleTrack-probe med FBRM-teknologi nedsænkes i et strømmende slurry- eller dråbesystem uden behov for fortynding. En fokuseret laser scanner overfladen af probevinduet og registrerer individuelle kordelængder - målinger af partikelstørrelse, form og antal. Denne realtidsmåling præsenteres som en fordeling, og statistikker (f.eks. gennemsnit, antal) følges over tid.

Krystalliseringsenheder giver en enestående mulighed for at sigte mod og styre en optimeret fordeling af krystalstørrelse og -form. Dette kan markant reducere filtrerings- og tørretider, undgå problemer med opbevaring, transport og holdbarhed samt sikre en ensartet og gentagelig proces til en lavere omkostning.

Denne white paper-serie dækker grundlæggende og avancerede strategier til at optimere fordelingen af krystalstørrelse og -form.

Opdag, hvordan procestrending baseret på billeder kan reducere krystallisationscyklustiden og forbedre kvaliteten, samtidig med at der opretholdes en lignende krystalstørrelse og -form.

Denne white paper gennemgår bedste praksis for udformning af en podningsstrategi og hvilke parametre der bør overvejes ved implementering af en podningsprotokol. Selvom forståelsen af krystallisation er blevet forbedret i løbet af de sidste tredive år, udgør podningstrinnet stadig udfordringer.