結晶過程過飽和度/濃度在線測量: 用紅外還是近紅外?
近紅外(NIR – Near Infrared Spectroscopy)是制藥領域應用*為廣泛的過程分析技術(PAT – Process Analytical Technology), 如表一所示。表一是英國PAT工業-科研聯合會的統計數據。
應用
技術
原料的表征
NIR& Raman
間歇反應器的加料
MidIR, NIR
反應過程的檢測
MidIR, UV
發酵過程檢測
NIR, mass spec on off-gases
蒸餾過程檢測
NIR
萃取過程的濃度監測
結晶工藝檢測
FBRM, imaging, midIR, Acoustic, Raman
Isolation monitoring
Reflectance from surface to determine wetness
干燥工藝檢測
In-product NIR, Raman for
polymorph, off-gas with NIR or mass spec
混料過程檢測
NIR, Fluorescence, Raman
造粒過程檢測
超聲
藥片和其他產品均一度測量
NIR, Raman, Terahertz
但是從表一中您會發現, NIR并沒有用到結晶中, 那是為什么呢?其主要原因是,即使全反射近紅外(ATR FTIR),其譜圖不僅受到溶液濃度的影響,還受到固體濃度的影響,因此當譜圖發生變化時, 您不知道是由于固相濃度變了還是液相濃度變了,因此沒法建立模型預測溶液濃度(和過飽和度)。但是全反射中紅外ATR FTIR就沒有這個問題。中紅外譜圖不受固相濃度影響,只受液相濃度影響,因此中紅外可以方便的用于結晶預測液相濃度和過飽和度。 這就是近紅外不能用于結晶的原因。很遺憾,但是沒有辦法。大家會發現文獻中也有少數文章試圖將近紅外用于結晶,但都是用于其他目的不是測量過飽和度,大部分的結果非常粗糙。
在英國的一個大項目中(9家企業,三所大學參加),作為項目的一部分研究了用近紅外測量過飽和度的問題,被這個大項目的工業伙伴稱為‘*具**的研究課題’, 試圖通過先進的化學計量學建模,對譜圖進行數學拆分,同時預測液相過飽和度以及固相的粒度和濃度。發表的論文見‘參考文獻-1’(CY Ma, XZ Wang,Simultaneous characterization of multiple properties of solid and liquid phases in crystallization processes using NIRParticuology 9 (6), 589-597)。另外幾篇近紅外用于結晶的研究見參考文獻 –2 和-3. 但是這個方法太復雜, 需要大量的標定實驗數據。作為研究課題可以繼續研究,但是對于工業用戶,優良不推薦。默克制藥說他們也秘密研究了幾年,結論是近紅外不應用于結晶。
結論就是:用于結晶過程過飽和度和濃度測量較好的技術是:全反射紅外,全反射UV, 和拉曼(拉曼較貴)。近紅外優良不推薦用的結晶過程,因為由于固相的影響難于預測過飽和度。
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