Solubility and Metastable Zone Width

• Kristalleşme ve Çökelme Giriş
• Aşırı Doyma: Kristalleşmenin İtici Gücü
• Kristal Boyutunu Ölçme

Kristalleşme, doygun bir başlatma çözeltisindeki ürünün çözünürlüğünü azaltarak sağlanır:

• Cooling
• Çözücü Önleyici Ekleme
• Evaporation
• Yukarıdaki Yöntemlerin Kombinasyonları

Kristalleşmeyi başlatmak için yaygın olarak kullanılan diğer bir yöntem de iki veya daha fazla reaktantın katı bir ürün oluşturmak için reaksiyon karışımında karıştırıldığı kimyasal reaksiyondur; Tuz oluşturmak için kullanılan asit ve baz reaksiyonu bu yöntemin en bilinen örneğidir.

Ürünü kristalleştirmek için seçilen yöntem, birçok faktöre göre değişiklik gösterebilir. Örneğin, protein kristalleri sıcaklığa duyarlıdır, soğutma ve buharlaşmayı ortadan kaldırarak çözücü önleyici katkıdan ayrılması en yaygın kristalleşme yöntemidir. Soğutma işlemi birçok kristalleşme prosesi için avantajlı veya dezavantajlı olabilir; optimal olmayan bir işlem durumunda doygun çözelti tekrar ısıtılabilir.

Çözünürlük eğrileri (sağdaki şekil) genellikle çözünürlük, sıcaklık ve çözücü türü arasındaki ilişkiyi göstermek için kullanılır. Bilim insanları sıcaklık ve çözünürlük grafiğini çizerek istenen kristalleşme prosesini geliştirmek için gerekli olan çerçeveyi oluştururlar. Burada Çözücü A'da verilen maddenin çözünürlüğü yüksektir, bu da çözücü birim kütlesi başına daha fazla maddenin kristalleşebileceği anlamına gelir. Çözücü C tüm sıcaklıklarda düşük bir çözünürlüğe sahiptir ve bu madde için bir çözücü önleyici olarak kullanılabilir.

Doğru çözücü seçildikten sonra çözünürlük eğrisi, etkili bir kristalleşme sürecinin gelişimi için önemli bir araç haline gelir. Bu bilgiyle başlatma konsantrasyonu ve sıcaklık veya çözücü önleyici oranı seçilebilir, kuramsal verimlilik hesaplanabilir ve kristalleşmenin nasıl geliştirileceği ile ilgili önemli ilk kararlar alınabilir. 

Farklı çözünmüş madde konsantrasyonlarında çözünürlük noktasını (çözünme eğrisindeki nokta) ve çekirdeklenme noktasını (MSZW üzerindeki nokta) hassas biçimde tanımlayarak çözünürlük eğrisini ve MSZW'yi (Yarı Kararlı Alan Genişliği) ölçmek için partikül büyüklüğündeki değişimin hızını ve derecesini takip eden ve proseste ortaya çıkan partikülleri sayan, prob tabanlı bir cihaz olan ParticleTrack kullanılabilir.

Barrett ve Glennon tarafından yapılan bir çalışmada (Trans ICHemE, vol. 80, 2002, pp. 799-805) çekirdeklenme noktası MSZW üzerinde bir noktayı gösteren ParticleTrack (Lasentec FBRM) ile ölçülene kadar doymamış bir çözelti yavaş ve sabit bir hızda soğutulur. Ardından çözünme noktası çözünürlük eğrisine erişene kadar çözelti yavaşça ısıtılır. Konsantrasyonu azaltmak için sisteme çözücü eklenir ve proses tekrarlanır. Böylece çözünürlük eğrisi ve MSZW geniş sıcaklık aralığında hızlıca ölçülebilir.

Bu şekilde potasyum alüminyum sülfat için çözünürlük eğrisi ve yarı kararlı bölge genişliği gösterilir. Çözünürlük eğrisi, belirli bir çözücü-çözünen sistemi için termodinamik olarak sabitlenirken; MSZW kinetik bir sınırdır ve soğutma hızı, çalkalama veya ölçek gibi proses parametrelerine bağlı olarak değişebilir. MSZW'nin bir dizi proses koşulu altında karakterize edilmesi, bilim insanlarının kristalleşme prosesinin farklı ölçeklerde (ya da prosesin bozulması durumunda) nasıl davranabileceğini anlamasına yardımcı olur. MSZW'de farklı koşullar altında görülen değişimler, sistemin çekirdeklenme noktası ve kinetik özellikler bakımından tutarlı davranmayacağını gösterebilir. Bu tür bir sonuç, çekirdeklenme noktasını deney yapılan her bir seri için düzeltmek amacıyla proseste tohumlama yapma olasılığının değerlendirilmesine gerekçe oluşturabilir.

Bu gibi çözünürlük belirlemesine yönelik dinamik yaklaşımlar bazen doğruluk bakımından sınırlıdır, çünkü hızlı bir ısıtma oranı, tam çözünme noktasının abartılabileceği anlamına gelir. Gravimetrik gibi statik yöntemler daha fazla doğruluk sunabilir, ancak uygulaması zaman alıcı ve zahmetlidir. Çözünürlük eğrilerini ölçmek için birçok teknik kullanılabilir ve farklı çözücülerde çözünürlüğün öngörülmesine yönelik yeni araştırmalar umut vadetmektedir.

Kristalleşme birim çalışmaları, optimize edilmiş bir kristal boyutu ve şekil dağılımını hedefleme ve kontrol etme fırsatı sunar. Bu yöntemle filtrasyon ve kuruma süreleri önemli ölçüde azaltılabilir; depolama, taşıma ve raf ömrü sorunları önlenebilir ve daha düşük maliyetle tutarlı ve tekrarlanabilir prosesler sağlanabilir.

Kristalleşme literatürünün devamı niteliğindeki bu incelemede, kristalleşme ve çökelme karşısında yaşanan zorlukları anlamak ve optimize etmek için gerekli bilgiler bir özet haline getirilmiştir.

Bu teknik doküman, kristal boyutunu ve şekil dağılımını optimize etmek için temel ve gelişmiş stratejileri kapsamaktadır.

Görüntü tabanlı proses eğiliminin kristalleşme çevrim süresini nasıl azaltabildiğini ve kristal boyutu ve şekli korunurken kalitenin nasıl geliştirilebildiğini keşfedin.