Hướng dẫn phát triển quá trình kết tinh

• Giới thiệu về kết tinh và kết tủa
  
• Các nguyên tắc cơ bản: Độ hoà tan và độ rộng vùng ổn định 
• Siêu bão hòa: Động lực để kết tinh 

Phân tích ngoại tuyến thường được sử dụng để xác định phân phối tinh thể khi kết thúc thử nghiệm hoặc trong quá trình sản xuất. Mặc dù cách tiếp cận này là phổ biến nhưng vẫn có những hạn chế đối với phân tích ngoại tuyến có liên quan đến tinh thể:

• Các tinh thể dễ vỡ và thay đổi theo nhiệt độ - khiến cho việc lấy mẫu đại diện và phân tích mẫu đặc biệt khó khăn
• Nhiều hệ tinh thể độc hại và không cho mượn lấy mẫu tốt
• Rất khó để có đủ các mẫu ngoại tuyến để xác định xem quá trình thay đổi nhanh như kết tinh, hoạt động theo thời gian như thế nào.
• Độ trễ thời gian giữa lấy mẫu và phân tích ngoại tuyến thường quá dài, nhất là trong sản xuất, để đưa ra các quyết định có liên quan để cải thiện chất lượng sản phẩm

Bộ hình ảnh ParticleView (Xem hạt) này cho thấy kích thước, hình dạng và cấu trúc phức tạp của các tinh thể phức tạp. Từ những “tảng lớn” tròn đến những “nhánh hình cây” mỏng manh, sản phẩm tinh thể thường biến đổi, đặt ra những thách thức đối với việc phân tách hiệu quả và xử lý hệ thống.

• Các tinh thể trong Hình A có thể sẽ lọc nhanh và liên tục. Các tảng lớn hơn sẽ để lại rất nhiều không gian cho các phần lọc ra đi qua nhanh chóng.
• Các tấm phẳng như trong Hình B có thể là một trong những bộ lọc khó nhất. Các tấm có khuynh hướng xếp chồng lên nhau tạo thành một lớp tinh thể mà phần lọc không thể đi qua. Điều này dẫn đến thời gian lọc dài và có khả năng thay đổi, tùy thuộc vào cách các tinh thể được thải ra từ bộ kết tinh.
• Hình C mô tả một trường hợp khác mà thời gian lọc có thể kéo dài. Các tinh thể nhỏ sẽ chèn khoảng trống do các tinh thể lớn tạo ra khiến cho phần lọc đi qua lớp tinh thể. Đây là một vấn đề phổ biến vì nhiều quá trình kết tinh được thiết kế với bước làm mát hoặc chống hòa tan nhanh khi kết thúc quá trình kết tinh (để tăng năng suất) dẫn đến quá trình tạo mầm thứ cấp quá mức. Ngoài ra, trong nhiều trường hợp, sự khuấy trộn được gia tăng vào cuối mẻ giúp xả thải và điều này dẫn đến sự vỡ vỡ tinh thể.
• Hình D phổ biến hơn nhiều người mong đợi, ít nhất trong các hệ thống kết tinh hữu cơ được tạo mầm. Một cấu trúc như thế này sẽ rất khó để quan sát bằng kính hiển vi ngoại tuyến vì nó sẽ bị nghiền nát trong quá trình lấy mẫu và chuẩn bị. Tuy nhiên, ParticleView cho thấy một cấu trúc hình nhánh cây đẹp. Một hình nhánh cây như thế này thường hình thành khi quá trình kết tinh được gieo mầm bằng hạt tán. Sự không hoàn hảo trên bề mặt tinh thể dẫn đến sự phát triển tinh thể từ những khu vực này và các nhánh tinh thể dài phát triển từ lõi mầm. Rất khó để dự đoán cái gì đó như thế này sẽ lọc, nhưng nó có thể sẽ vỡ ra kết quả là thời gian lọc thay đổi.

Bằng cách nghiên cứu tinh thể trong thời gian thực, các nhà khoa học có thể phát triển sự hiểu biết về quy trình chi tiết và đáng tin cậy trên cơ sở thường xuyên. ParticleView V19 với công nghệ PVM cho phép các nhà khoa học trực tiếp quan sát tinh thể và cấu trúc tinh thể trong quy trình mà không cần lấy mẫu.

Các cơ chế kết tinh như tạo mầm, tăng trưởng, phá vỡ và thay đổi hình dạng có thể được quan sát theo các điều kiện quá trình thay đổi động và các tham số quá trình thích hợp nhất có thể được lựa chọn với sự tự tin. Một xu hướng dựa trên hình ảnh đơn giản cho thấy kích thước, hình dạng và số lượng tinh thể kết hợp hình ảnh thời gian thực có độ phân giải cao và cho phép xác định và nghiên cứu các sự kiện quan trọng của quá trình.

Sử dụng ParticleTrack, các nhà khoa học có thể:

• Nghiên cứu số tinh thể trong các lớp kích thước riêng lẻ nhằm tối ưu hóa các đầu mịn và thô trong phân bố kích thước tinh thể
• Xác định nguyên nhân gốc rễ của quá trình kết tinh kém hiệu quả
• Chọn các thông số quy trình đúng để tối ưu hiệu suất tinh thể bằng cách sử dụng bằng chứng dựa trên quá trình
• Theo dõi quá trình về tính chất lặp lại và tính nhất quán
• Tương quan các phép đo trong quá trình để phân tích hạt ngoại tuyến
• Mô hình ảnh hưởng của kích thước tinh thể và tính vào chất lượng sản phẩm và quy trình

Một đầu dò ParticleTrack sử dụng công nghệ FBRM được nhúng vào một hệ thống hỗn hợp đang chảy hoặc hệ thống giọt mà không cần pha loãng. Laser tập trung quét bề mặt của cửa sổ đầu dò và theo dõi độ dài của từng dây - đo kích thước hạt, hình dạng, và số lượng. Đo lường thời gian thực này được trình bày dưới dạng một bản phân phối và số liệu thống kê (ví dụ: trung bình, số lần đếm) được đánh giá theo thời gian.

Hoạt động của các đơn vị tinh thể cung cấp cơ hội độc nhất nhằm hướng tới và kiểm soát kích thước tinh thể tối ưu và sự phân bố hình dạng. Làm như vậy có thể làm giảm đáng kể thời gian lọc và làm khô, tránh các vấn đề lưu trữ, vận chuyển, và thời hạn sử dụng, đảm bảo một quy trình nhất quán và lặp lại với chi phí thấp hơn.

Bộ sách trắng này bao gồm các chiến lược cơ bản và nâng cao để tối ưu hóa kích thước tinh thể và phân phối hình dạng.

Khám phá cách xu hướng quy trình dựa trên hình ảnh có thể làm giảm thời gian chu kỳ kết tinh và nâng cao chất lượng trong khi vẫn duy trì kích thước và hình dạng tinh thể tương tự.

Bài viết này thảo luận về các phương pháp hay nhất để thiết kế một chiến lược gieo hạt (gieo mầm) và những thông số nào nên được xem xét khi thực hiện một quy trình gieo hạt. Mặc dù sự hiểu biết về tinh thể đã được cải thiện trong suốt ba mươi năm qua, nhưng bước gieo hạt vẫn còn đặt ra nhiều thách thức.