결정 크기 분포 측정 방법

• 결정화와 침전 소개
• 기초: 용해도와 준안정 영역 폭
• 과포화: 결정화를 이끄는 원동력

오프라인 분석은 일반적으로 실험 종료 시점이나 생산 운전 중에 결정 분포를 파악하는 데 사용됩니다. 이러한 접근 방식은 일반적이지만, 결정과 관련하여 오프라인 분석에는 다음과 같은 한계가 있습니다:

• 결정은 섬세하고 온도에 따라 변하기 때문에 대표성 있는 샘플링과 분석이 특히 어렵습니다
• 많은 결정 시스템은 독성이 있어 샘플링에 적합하지 않습니다
• 결정화와 같이 빠르게 변하는 공정이 시간에 따라 어떻게 거동하는지 파악하기 위해 충분한 수의 오프라인 샘플을 채취하기 어렵습니다.
• 특히 생산 현장에서는 샘플링과 오프라인 분석 사이의 시간 지연이 제품 품질을 개선하는 데 필요한 관련성 있는 의사 결정을 내리기에는 종종 너무 깁니다

이 ParticleView 이미지 세트는 다양한 결정의 복잡한 크기, 형태, 구조를 잘 보여 줍니다. 크고 둥근 “바위 덩어리”부터 아름답고 섬세한 “수지상 결정”까지, 결정 제품은 흔히 매우 다양하여 효과적인 분리와 후속 공정 처리에 어려움을 줍니다.

• 이미지 A의 결정은 빠르고 안정적으로 여과될 가능성이 높습니다. 더 큰 바위 덩어리들은 여과액이 빠르게 통과할 수 있도록 충분한 공간을 남겨 둡니다.
• 이미지 B와 같은 평평한 판상 결정은 여과가 가장 어려운 경우에 속할 수 있습니다. 판상 결정은 서로 위에 쌓이기 쉬워 여과액이 통과할 수 없는 결정층을 형성합니다. 이로 인해 여과 시간이 길어지고, 결정이 결정화기에서 어떻게 배출되는지에 따라 변동성도 커질 수 있습니다.
• 이미지 C 또한 여과 시간이 길어질 수 있는 또 다른 사례를 보여 줍니다. 작은 결정이 큰 결정 사이의 빈틈을 메우면 여과액이 결정층을 통과하기 어려워집니다. 이는 많은 결정화 공정이 수율을 높이기 위해 결정화의 마지막 단계에서 빠른 냉각 또는 비용매 첨가 단계를 포함하도록 설계되는데, 이로 인해 과도한 2차 핵생성이 발생하기 때문입니다. 또한 많은 경우 배치의 마지막에 배출을 돕기 위해 교반을 증가시키는데, 이로 인해 결정 파쇄가 일어납니다.
• 이미지 D 는 적어도 종결정이 사용되는 유기 결정화 시스템에서는 많은 사람이 예상하는 것보다 더 흔합니다. 이러한 구조는 시료 채취와 준비 과정에서 부서지므로 오프라인 현미경으로 관찰하기 어렵습니다. 그러나 ParticleView 는 아름다운 수지상 구조를 보여 줍니다. 이와 같은 수지상 결정은 종종 분쇄된 종결정으로 결정화를 시드할 때 형성됩니다. 결정 표면의 불완전한 부분에서 결정이 성장하기 시작해, 종결정 핵에서 긴 가지가 뻗어 나옵니다. 이와 같은 구조가 여과에 어떻게 영향을 미칠지는 예측하기 어렵지만, 쉽게 부서져 여과 시간이 변동될 가능성이 높습니다.

결정을 실시간으로 연구함으로써 과학자들은 일상적으로 상세하고 신뢰할 수 있는 공정 이해를 구축할 수 있습니다. PVM 기술이 적용된 ParticleView V19는 시료를 채취할 필요 없이 공정 중 결정과 결정 구조를 직접 관찰할 수 있게 해 줍니다.

핵생성, 성장, 파쇄, 형태 변화와 같은 결정화 메커니즘은 동적으로 변하는 공정 조건에서 관찰할 수 있으며, 가장 적합한 공정 매개변수를 자신 있게 선택할 수 있습니다. 결정 크기, 형태, 개수가 어떻게 변하는지 보여 주는 간단한 이미지 기반 추세는 고해상도 실시간 이미지를 보완하며, 중요한 공정 이벤트를 즉시 식별하고 조사할 수 있게 해 줍니다.

ParticleTrack을 사용하면 과학자들은 다음을 수행할 수 있습니다:

• 개별 크기 구간별 결정 개수를 연구하여 결정 크기 분포의 미세한 끝과 굵은 끝을 최적화할 수 있습니다
• 성과가 좋지 않은 결정화 공정의 근본 원인을 파악할 수 있습니다
• 공정 기반 증거를 사용하여 최적의 결정화 성능을 위한 올바른 공정 매개변수를 선택할 수 있습니다
• 공정의 재현성과 일관성을 모니터링할 수 있습니다
• 공정 중 측정값을 오프라인 입자 크기 분석과 연계할 수 있습니다
• 결정 크기와 개수가 제품 및 공정 품질에 미치는 영향을 모델링할 수 있습니다

FBRM 기술이 적용된 ParticleTrack 프로브는 희석 없이 흐르는 슬러리 또는 액적 시스템에 침지됩니다. 초점이 맞춰진 레이저가 프로브 창 표면을 스캔하며 개별 코드 길이를 추적합니다. 이는 입자 크기, 형상 및 개수의 측정값입니다. 이 실시간 측정은 분포로 표시되며, 통계값(예: 평균, 개수)은 시간에 따라 추세로 관리됩니다.

결정화 단위 공정은 최적화된 결정의 크기와 형상 분포를 목표로 하고 이를 제어할 수 있는 독특한 기회를 제공합니다. 이를 통해 여과 및 건조 시간을 크게 줄이고, 저장, 운송 및 유통기한 관련 문제를 피하며, 더 낮은 비용으로 일관되고 반복 가능한 공정을 보장할 수 있습니다.

이 백서 시리즈는 결정의 크기와 형상 분포를 최적화하기 위한 기본 및 고급 전략을 다룹니다.

이미지 기반 공정 트렌드 분석이 결정화 주기 시간을 줄이고, 결정의 크기와 형태를 유사하게 유지하면서 품질을 향상시키는 방법을 알아보세요.

이 백서에서는 시딩 전략을 설계하기 위한 모범 사례와 시딩 프로토콜을 구현할 때 고려해야 할 매개변수에 대해 설명합니다. 지난 30년 동안 결정화에 대한 이해는 향상되었지만, 시딩 단계는 여전히 과제를 안고 있습니다.