Študije sejanja za kristalizacijo

• Uvajanje kristalizacije in obarjanja
  
• Osnove: topnost in širina metastabilnega območja
• Kako izmeriti velikost kristalov
• Uporaba anti-topila za kristalizacijo

Sejanje je ena najbolj enostavnih metod, ki se uporabljajo za nadzor prenasičenosti.  Med sejanjem se prenasičenosti doda majhna masa kristalov, da bi:

• Začnite kristalizacijo pri želeni stopnji prenasičenosti
• Zagotovite zadostno površino, da zagotovite nadzorovano porabo prenasičenosti

Izbira pravilne obremenitve semena (mase) in velikosti semena lahko pomaga pri izdelavi končnega kristalnega izdelka določene velikosti. Če upoštevamo teoretični sistem kristalizacije, kjer pride samo do rasti in so kristali okrogli, je mogoče razviti preprost model, kjer je končno velikost kristalov mogoče napovedati preprosto na podlagi začetne velikosti semena in obremenitve (desno). Razmislite o primeru, ko sejemo kristalizacijo z 1% semena. V tem primeru je 1% preprosto razmerje med maso semena in končno pričakovano maso izdelka. Ker imata seme in končni izdelek enako gostoto, je enostavno pretvoriti masno razmerje v prostorninsko razmerje. Nato je naslednji logični korak pretvorba razmerja prostornine v razmerje premera.

Medtem ko je ta preprost model uporaben za prikaz, kako velikost semena in obremenitev vplivata na končno porazdelitev velikosti kristalov, predpostavke v resničnih sistemih pogosto ne opazimo. Kristali so redko okrogli, kar pomeni, da so za napovedovanje velikosti igel potrebni bolj zapleteni modeli. Procesi kristalizacije redko, če sploh, v celoti prevladujejo v rasti.  Skoraj vedno se pojavi določena stopnja nukleacije in izčrpanosti, da se razvije učinkovita kristalizacija semen. Kot kaže ta primer, mikroskopija v realnem času ponuja edinstveno priložnost za boljše razumevanje dogodkov sejanja.  Na slikah na desni se postopek sejanja opazuje neposredno med organsko kristalizacijo z uporabo mikroskopije v realnem času. Ko se prenasičeni raztopini (a) dodajo semenski kristali, postane očitno, da pride do površinske nukleacije na semenskih kristalih (b). Sčasoma pride do dendritične rasti z majhnimi kristalnimi "vejami", ki rastejo pravokotno iz semenskega kristala (c). Po tridesetih minutah je prisotna bimodalna porazdelitev velikosti in oblike, kar kaže, da se lahko končni kristalni produkt filtrira in slabo posuši (d).

Procesno znanje je mogoče enostavno pridobiti z vizualizacijo mehanizmov sejanja med razvojem kristalizacije.

Stopnja prenasičenosti, pri kateri bo dodano seme, je še ena kritična spremenljivka, ki jo je treba upoštevati pri načrtovanju procesa kristalizacije semen. Pri kristalizaciji hlajenja se to lahko imenuje "temperatura sejanja", vendar se v resnici upošteva raven prenasičenosti. Sejanje pri visokih stopnjah prenasičenosti lahko povzroči prekomerno sekundarno nukleacijo, zaradi česar je sam proces sejanja odvečen, razen če je cilj fina porazdelitev velikosti kristalov. Če je zaželena rast kristalov, je lahko pametna izbira sejanje bližje krivulji topnosti pri nižji prenasičenosti. Ta pristop je prikazan v grafu na desni, kjer se primerjajo trije procesi kristalizacije z uporabo ParticleTrack s tehnologijo FBRM pri treh različnih temperaturah sejanja. S primerjavo števila delcev med 0 μm in 10 μm za vsako kristalizacijo je mogoče primerjati relativne hitrosti nukleacije pri različnih temperaturah sejanja. Najnižja temperatura sejanja (najvišja prenasičenost) ima za posledico najvišjo stopnjo nukleacije in finih kristalov na koncu procesa. 

Pri sejanju je še en pomemben dejavnik, ki ga je treba upoštevati, da se lahko med pripravo in skladiščenjem kristali semen držijo skupaj in tvorijo agregate. Pogosto je po sejanju potrebno izotermično zadrževanje, da se zagotovi, da se kristali semena lahko popolnoma razpršijo, celotna površina pa je na voljo za napredovanje kristalizacije. Takšno izotermično zadrževanje lahko pomaga tudi pri rasti semenskih kristalov, s čimer se poveča površina, ki je na voljo za rast. V primeru na desni je trend procesa ParticleTrack, ki opisuje proces kristalizacije, pri katerem traja štiri ure, da se semena popolnoma razpršijo. Ta primer, skupaj z drugimi zgoraj navedenimi, kaže, da je skrbna karakterizacija postopka sejanja v smislu številnih kritičnih spremenljivk procesa ključnega pomena za zagotovitev doslednosti in kakovosti izdelka.

Čeprav se je kristalizacija z leti izboljšala, korak sejanja še vedno predstavlja izzive. Ta članek obravnava, kako oblikovati strategijo sejanja in katere parametre je treba upoštevati pri izvajanju protokola gledanja.  

Operacije kristalizacijske enote ponujajo edinstveno priložnost za ciljanje in nadzor optimizirane velikosti in porazdelitve oblike kristalov za:

• Skrajšajte čas filtracije in sušenja
• Izogibajte se težavam s skladiščenjem, prevozom in rokom uporabnosti
• Zagotovite dosleden in ponovljiv proces z nižjimi stroški