Monitoramento e detecção de cristalização de subprodutos

O monitoramento in-situ da composição da fase sólida durante a cristalização é frequentemente realizado por espectroscopia Raman, mas nem todos os compostos em um sistema de interesse são fortemente ativos Raman. Pesquisadores da Georgia Tech desenvolveram uma análise baseada em imagem para detectar uma segunda fase sólida indesejada com o EasyViewer - antes que outras ferramentas PAT detectem a aparência do sólido. Matthew McDonald descreve o sistema, que envolve a cristalização reativa de antibióticos beta-lactâmicos, em que um subproduto da reação catalisada por enzima pode cristalizar dentro da pasta antibiótica.

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O alvo atual da pesquisa é a cefalexina, um antibiótico crítico, com um subproduto da fenilglicina; no entanto, vários outros antibióticos betalactâmicos exibem o mesmo comportamento, incluindo ampicilina, cefaclor e cefazolina. O subproduto fenilglicina está presente em solução em concentrações da ordem de dezenas de milimoles por litro com uma supersaturação inferior a 1,5; detectar uma diminuição de concentração de cerca de 10 milimolares (indicando o início da cristalização da fenilglicina) dentro de uma mistura de vários componentes na concentração de >100 milimolares provou ser difícil com ferramentas de fase líquida in-situ como ATR-FTIR. A fenilglicina compartilha muitos grupos funcionais com o produto e os reagentes desejados, tornando sua impressão digital espectroscópica semelhante ao produto e aos reagentes.

Com a espectroscopia Raman in-situ, não conseguimos detectar baixas cargas de fenilglicina sólida em uma pasta de cefalexina, seja por causa da baixa atividade Raman em comparação com a cefalexina ou por causa da sobreposição com a solução complexa de grupos funcionais semelhantes. Mudanças nas contagens de FBRM e distribuições de comprimento de corda não apareceram em baixas cargas de sólidos de fenilglicina, nem mudanças na turbidez. O pH da solução exibiu a mudança mais forte após a formação de sólidos de fenilglicina, mas o pH não é uma medida robusta da aparência da fenilglicina, pois muitas perturbações do sistema (geralmente benignas) fornecem respostas de pH semelhantes. Como os cristais de antibióticos beta-lactâmicos são (predominantemente) em forma de agulha e os cristais de fenilglicina são em forma de placa ou coluna, a diferença na forma, bem como a intensidade do retroespalhamento, podem ser usadas para diferenciar as duas classes de partículas. Além disso, sabe-se que os cristais de fenilglicina se particionam para interfaces ar-água, um fato que pode ser explorado, pois os cristais tendem a se aglomerar nas superfícies das bolhas, tornando-os mais fáceis de identificar nas imagens (Hoeben et al. 2009).

A análise de imagens permite que recursos e estatísticas de imagens in-situ sejam extraídos e registrados em tempo real, e a pesquisa mostrou que a fenilglicina pode ser detectada a partir de imagens in-situ. Primeiro, os objetos dentro da imagem são identificados pela detecção de bordas. Em seguida, as propriedades dos objetos, como tamanho, proporção, intensidade de pixel e muito mais, bem como as distribuições dessas propriedades para cada objeto em cada imagem, são usadas para detectar fenilglicina. Ao rastrear esses recursos e estatísticas, um classificador pode ser construído para identificar a fenilglicina a partir de dados de imagem e pode ser implementado em tempo real para monitoramento e detecção. As estatísticas também podem ser registradas como um registro histórico, o que é mais viável do que armazenar o experimento como imagens completas.

Hoeben, M. A., et al. (2009). "Projeto de um processo de partição interfacial contracorrente para a separação de ampicilina e fenilglicina." Pesquisa em Química Industrial e de Engenharia 48(16): 7753-7766..