 |
Stosowanie metod PAT (Process Analytical Technology) jest przedmiotem coraz większej uwagi chemików pracujących na uczelniach i w zakładach syntezy chemicznej. Analiza reakcji w czasie rzeczywistym stanowi główny element ogólnej strategii PAT, która obejmuje zaawansowaną analitykę, modelowanie i cyfryzację. Ogólnym celem strategii PAT jest gromadzenie danych oraz przekształcanie ich w użyteczne informacje, które pozwalają na szybsze zrozumienie reakcji i poznanie procesu w celu zmaksymalizowania wydajności, jakości i zrównoważenia syntez chemicznych.
W zależności od dziedziny chemicznej analizę w czasie rzeczywistym można wykonać przy użyciu takich technik spektroskopowych, jak FTIR, spektroskopia ramanowska, UV Vis, NIR, NMR i MS. Reakcje na linii można również analizować za pomocą najnowocześniejszych metod chromatograficznych, takich jak UPLC. Technologie te dostarczają obszerne strumienie danych, które można badać za pomocą zaawansowanych narzędzi do analizy i modelowania. Często łączy się wiele technik analizy w czasie rzeczywistym, aby uzyskać dane, które w pełni charakteryzują reakcję lub proces.
Ściągnij przewodnik analizy reakcji w czasie rzeczywistym, aby zapoznać się z najważniejszymi sposobami pogłębiania wiedzy na temat reakcji i procesów w rozwijających się dziedzinach chemii syntetycznej.
W chemii syntetycznej rozwinęło się wiele trendów i tematów, w których metody PAT i analiza reakcji odgrywają ważną rolę:
- Strategia Quality by Design (QbD). QbD, jako aktywnie rozwijający się trend w produkcji farmaceutycznej i chemicznej, wymaga opracowywania technologii analizy reakcji w czasie rzeczywistym.
- Eksperymenty oparte na bogatych danych (DRE). W eksperymentach DRE wykorzystuje się metody PAT w połączeniu z zaawansowanym modelowaniem dynamicznym, aby uzyskać informacje, na podstawie których można będzie znacznie szybciej i przy mniejszej liczbie eksperymentów optymalizować oraz skalować reakcje, uzyskując poprawę wydajności i zrównoważenia procesów.
- Przetwarzanie w trybie ciągłym. Chemia farmaceutyczna szybko ewoluuje w kierunku stosowania metod z przepływem ciągłym, w których dobrze sprawdza się technologia analizy reakcji, zapewniająca nieprzerwane, ciągłe pomiary.
- Zrównoważone procesy chemiczne dzięki katalizie. W opracowywaniu wydajnych, zrównoważonych syntez i procesów najaktywniejszymi dziedzinami rozwoju są organokataliza, kataliza metaloorganiczna i biokataliza. Analiza reakcji PAT okazała się bardzo cennym narzędziem w zrozumieniu kinetyki, mechanizmów, cykli katalitycznych i wpływu parametrów reakcji w chemii opartej na katalizatorach.
- Inżynieria cząstek. Analiza w czasie rzeczywistym okazała się nieocenionym narzędziem w zrozumieniu złożoności procesów krystalizacji, dostarczając danych na temat wielkości cząstek, ich rozkładu oraz morfologii. Technologia PAT umożliwia śledzenie wpływu parametrów procesu, takich jak temperatura, mieszanie, szybkość dodawania, stężenie substancji rozpuszczonych i protokół zaszczepiania, zapewniając opracowanie i skalowanie wydajnych procesów krystalizacji.
- Procesy biologiczne. Analiza kompozycyjna reakcji w czasie rzeczywistym może zapewnić optymalizację i aktywną kontrolę, umożliwiając pomiar stężenia składników odżywczych, metabolitów, biomasy, produktów i produktów ubocznych w funkcji czasu w reakcjach biologicznych.
- Zrównoważone procesy. Procesy te umożliwiają optymalizację uzysku, czystości i wydajności atomowej przy jednoczesnym ograniczeniu zużycia materiałów niebezpiecznych i energii. Realizacja tych celów wymaga dogłębnego zrozumienia reakcji i znajomości procesu, które zapewnia PAT.
- Synteza polimerów. Metody analityczne in situ umożliwiają śledzenie procesu przekształcania monomerów w polimery, co pozwala określić kinetykę reakcji i kontrolować wpływ zmiennych na kluczowe właściwości polimerów. Analiza w czasie rzeczywistym pozwala na ciągłe monitorowanie topnienia i wytłaczania polimerów oraz tworzenia się błon w celu zapewnienia jakości produktu.
