结晶过程过饱和度/浓度在线测量: 用红外还是近红外?
近红外(NIR – Near Infrared Spectroscopy)是制药领域应用*为广泛的过程分析技术(PAT – Process Analytical Technology), 如表一所示。表一是英国PAT工业-科研联合会的统计数据。
应用
技术
原料的表征
NIR& Raman
间歇反应器的加料
MidIR, NIR
反应过程的检测
MidIR, UV
发酵过程检测
NIR, mass spec on off-gases
蒸馏过程检测
NIR
萃取过程的浓度监测
结晶工艺检测
FBRM, imaging, midIR, Acoustic, Raman
Isolation monitoring
Reflectance from surface to determine wetness
干燥工艺检测
In-product NIR, Raman for
polymorph, off-gas with NIR or mass spec
混料过程检测
NIR, Fluorescence, Raman
造粒过程检测
超声
药片和其他产品均一度测量
NIR, Raman, Terahertz
但是从表一中您会发现, NIR并没有用到结晶中, 那是为什么呢?其主要原因是,即使全反射近红外(ATR FTIR),其谱图不仅受到溶液浓度的影响,还受到固体浓度的影响,因此当谱图发生变化时, 您不知道是由于固相浓度变了还是液相浓度变了,因此没法建立模型预测溶液浓度(和过饱和度)。但是全反射中红外ATR FTIR就没有这个问题。中红外谱图不受固相浓度影响,只受液相浓度影响,因此中红外可以方便的用于结晶预测液相浓度和过饱和度。 这就是近红外不能用于结晶的原因。很遗憾,但是没有办法。大家会发现文献中也有少数文章试图将近红外用于结晶,但都是用于其他目的不是测量过饱和度,大部分的结果非常粗糙。
在英国的一个大项目中(9家企业,三所大学参加),作为项目的一部分研究了用近红外测量过饱和度的问题,被这个大项目的工业伙伴称为‘*具**的研究课题’, 试图通过先进的化学计量学建模,对谱图进行数学拆分,同时预测液相过饱和度以及固相的粒度和浓度。发表的论文见‘参考文献-1’(CY Ma, XZ Wang,Simultaneous characterization of multiple properties of solid and liquid phases in crystallization processes using NIRParticuology 9 (6), 589-597)。另外几篇近红外用于结晶的研究见参考文献 –2 和-3. 但是这个方法太复杂, 需要大量的标定实验数据。作为研究课题可以继续研究,但是对于工业用户,优良不推荐。默克制药说他们也秘密研究了几年,结论是近红外不应用于结晶。
结论就是:用于结晶过程过饱和度和浓度测量较好的技术是:全反射红外,全反射UV, 和拉曼(拉曼较贵)。近红外优良不推荐用的结晶过程,因为由于固相的影响难于预测过饱和度。
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