Surveillance et détection de la cristallisation des sous-produits

La surveillance in situ de la composition de la phase solide pendant la cristallisation est souvent réalisée par spectroscopie raman, mais tous les composés d'un système d'intérêt ne sont pas fortement actifs sur le plan raman. Des chercheurs de Georgia Tech ont mis au point une analyse basée sur l'image pour détecter une deuxième phase solide indésirable avec EasyViewer - avant que d'autres outils PAT ne détectent l'apparence du solide. Matthew McDonald décrit le système, qui implique la cristallisation réactive d'antibiotiques bêta-lactame, dans lequel un sous-produit de la réaction catalysée par l'enzyme peut cristalliser dans la suspension d'antibiotique.

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La cible actuelle de la recherche est la céphalexine, un antibiotique essentiel, avec un sous-produit de phénylglycine ; cependant, plusieurs autres antibiotiques bêta-lactamines présentent le même comportement, y compris l'ampicilline, le céfaclor et la céfazoline. Le sous-produit phénylglycine est présent en solution à des concentrations de l'ordre de quelques dizaines de millimoles par litre avec une sursaturation inférieure à 1,5 ; la détection d'une diminution de concentration d'environ 10 millimoles (indiquant le début de la cristallisation de la phénylglycine) dans un mélange de plusieurs composants à une concentration supérieure à 100 millimoles s'est avérée difficile avec des outils in situ en phase liquide tels que l'ATR-FTIR. La phénylglycine partage de nombreux groupes fonctionnels avec le produit et les réactifs souhaités, ce qui rend son empreinte spectroscopique similaire à celle du produit et des réactifs.

Avec la spectroscopie raman in situ, nous n'avons pas pu détecter de faibles charges de phénylglycine solide dans une suspension de céphalexine, soit en raison d'une faible activité Raman par rapport à la céphalexine, soit en raison d'un chevauchement avec la solution complexe de groupes fonctionnels similaires. Les changements dans le nombre de FBRM et la distribution des longueurs de corde n'ont pas été observés à de faibles charges solides de phénylglycine, pas plus que les changements dans la turbidité. Le pH de la solution a présenté le changement le plus important lors de la formation de solides de phénylglycine, mais le pH n'est pas une mesure robuste de l'apparition de la phénylglycine, car de nombreuses perturbations du système (souvent bénignes) donnent des réponses similaires en termes de pH. Comme les cristallisations de bêta-lactamines sont (principalement) en forme d'aiguille et que les cristaux de phénylglycine sont en forme de plaque ou de colonne, la différence de forme, ainsi que l'intensité de la rétrodiffusion, peuvent être utilisées pour différencier les deux classes de particules. En outre, les cristallisations de phénylglycine sont connues pour se répartir sur les interfaces air-eau, un fait qui peut être exploité car les cristallisations ont tendance à s'agglutiner sur les surfaces des bulles, ce qui les rend plus faciles à identifier sur les images (Hoeben et al. 2009).

L'analyse d'images permet d'extraire et d'enregistrer en temps réel les caractéristiques et les statistiques des images in situ, et la recherche a montré que la phénylglycine peut être détectée à partir d'images in situ. Les recherches ont montré que la phénylglycine pouvait être détectée à partir d'images in situ. Ensuite, les propriétés des objets telles que la taille, le rapport hauteur/largeur, l'intensité des pixels, etc., ainsi que les distributions de ces propriétés pour chaque objet de chaque image sont utilisées pour détecter la phénylglycine. En suivant ces caractéristiques et ces statistiques, un classificateur peut être construit pour identifier la phénylglycine à partir de données d'images et peut être mis en œuvre en temps réel pour la surveillance et la détection. Les statistiques peuvent également être enregistrées sous forme d'historique, ce qui est plus pratique que de stocker l'expérience sous forme d'images complètes.

Hoeben, M. A., et al. (2009). "Design of a Counter-Current Interfacial Partitioning Process for the Separation of Ampicillin and Phenylglycine", Industrial & Engineering Chemistry Research 48(16) : 7753-7766..