化学修飾によるサリチル酸の結晶化

Chemical Engineering

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Overview

ソース: ケリー ・ m ・ ドゥーリーとマイケル g. ベントン、工業化学科、ルイジアナ州立大学、バトン ルージュ, ルイジアナ

生化学の処理には、小さな分子から大きなまたは液体から固体を分離する必要がある共通のすべての結晶、超遠心分離、膜ろ過と分取クロマトグラフィーなどの単位操作が含まれます。これらの結晶は容積トン数の観点から最も重要です。そのため、製薬、化学、食品加工業界で採用されて一般的です。重要な生化学的な例は、キラル分離、抗生物質の1浄化、アミノ酸の前駆体、3と多く他製薬、4-5食品添加物、6-7農薬から2分離浄化。8結晶形態およびサイズ分布の制御は、乾燥、ろ過、固体輸送など下流の処理操作のコストに影響を与えるこれらの要因とプロセス経済学に不可欠です。結晶化の詳細については、専門的な教科書または単位操作の教科書を参照してください。9

晶析装置ユニット (図 1) の研究を可能に: (a) 固体の内容、形態および結晶サイズ分布におよぼす過飽和状態および冷却/加熱率などの重要なパラメーター(b) と結晶化過程の実時間制御。過飽和は、撹拌や温度などの条件を変えることによって制御できます。結晶化の別の分類は、冷却、蒸発、pH スイングと化学修飾。この実験では、オフラインの顕微鏡は結晶サイズ 10-1000 μ m から、生物学的製剤の一般的なサイズの範囲に至るまでから測定します。

Figure 1
図 1:P & ID 概略図 (左) と晶析装置の写真 (右)。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください

この実験は、「化学的改修」、または「pH スイング」結晶化急速には、基本的な、基本的なナトリウムサリチル酸塩 (鼻) 水溶液の反応からサリチル酸酸 (SAL) (アスピリン前駆体) の結晶を生成するデモンストレーションと硫酸 (H2SO4) どこでも 40-80 ° C から11

Na+ + 0.5 H24サルサル (ppt) + Na+ + 0.5、42-

副産物の硫酸ナトリウムのまま水溶性です。装置から成っている 2 つのフィード タンク、3 変数速度 (蠕動) ポンプ、晶析装置 (おおよその均一な温度と濃度、~ 5 L 攪拌タンク)、電源コント ローラー、製品タンク、温度制御のためお風呂循環とNaOH 溶液 (必要な場合) とフィードの再生用化粧タンク。残留可溶性サリチル酸イオン用紫外可視分光計によって分析されるサンプルとサリチル酸結晶製品を乾燥し、圧迫されます。PH プローブは、反応条件が変更されるとき、定常状態を確認する使用できます。

Cite this Video

JoVE Science Education Database. 化学工学. 化学修飾によるサリチル酸の結晶化. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

Principles

混合サスペンション混合製品除去 (MSMPR) 結晶は連続攪拌槽型反応器に似ています - 固体および液体段階の完璧なミキシングとみなされます。産業晶あまり (場合まで) アプローチ、MSMPR の動作が、概念はベンチ ・ パイロット スケール単位で役に立つ。これは、成長率、G、および核形成速度 B0などの重要なパラメーターを推定する簡単な方法を提供するためです。既存の結晶と、攪拌機など、他の固体表面は、核生成を触媒します。N, 結晶の数密度は、L、主結晶の寸法に関して確率密度です。したがって、n dL/(Σn dL) は、結晶の長さ L に L + dL の割合を表します。MSMPR 結晶のことを示した、標準テキストの n 一般ポピュレーション バランス モデルのソリューションです。

Equation 1(1)

ここで mols/集/時間内の crystalnucleation 関数であり、G は、結晶の成長速度 B0 dL/dt。式 (1) は、MSMPR で生産数密度の指数分布を予測します。(結晶濃度関係) zeroth と最初 (結晶の平均サイズに関連) を使用して配布、B0 G の瞬間します。

Equation 2(2)
Equation 3(3)

Csは固体結晶スラリーの濃度、τ はフィードの体積流量で割ると約液量、滞留時間、Equation 4顕微鏡的に決定される番号ごとの平均の長さは、.

したがって、MSMPR クリスタライザーの成長と核形成率は、(攪拌速度、温度、流量など) の通常の制御パラメーターによって決定されます。分布は指数、常にする必要があり、不完全な固体または液体の混合指数分布からの任意の偏差を表します。MSMPR (攪拌槽) 結晶は不完全に適しています産業結晶、結晶サイズの指数分布を提供するため製品均一性ほとんどのアプリケーションで比較的狭い、ガウス分布が求められるに対し.その研究は関連するため: (a) それはほとんど常に大きな結晶デザインの要素(b) それに最適ですベンチ スケール、パイロット プラントで過飽和と成長と核生成率の程度は raw データから簡単に抽出することができますので(c) それは結晶粒径分布にジオメトリをリンクすることができます簡単な例。

一定温度およびアジテータ速度の0 B と G の両方に直接関連付けられて結晶の物質移動の原動力である過飽和 ΔC:12

Equation 5(4)

力 b および g システムに依存し (例えば、1-7.2 g) の広い範囲にわたって変化することができます。12

Procedure

有機 (ナトリウムサリチル酸塩、鼻)、酸 (硫酸、0.25 M = 0.50 N) ソリューション、結晶缶に供給します。鼻、サリチル酸またはその解決策、および 0.25 M 硫酸処理時にラテックスの手袋を着用することを確認します。

全体のシステムは、1 のようなインターフェイスを持つ商業分散コント ローラーを使用して PC から制御されます。すべてのオン-オフまたは 3 ウェイのソレノイド バルブとコント ローラー セット ポイント操作ことができ、このインターフェイスを使用して変更します。回路図は、ユニットに関連付けられたアナログ値 (流量、温度) の傾向を示します。

1 晶析装置の起動

実行の開始時すべての連続的なコント ローラーは手動モード、およびすべてのソレノイド バルブ (オン ・ オフ) 閉じられたかをする必要があります、またはリサイクル (3 ウェイ) モードでをする必要があります。

  1. 缶がオーバーフローのレベルに完全 (~4.15 L) は水とサリチル酸のスラリーの攪拌槽に示されていることを確認 (、結晶化におけるスラリーと呼びます「マグマ」)。完全ではない場合は、追加のポートを介してこれらを追加します。
  2. 晶析装置とポンプとお風呂の thethermostated 攪拌機を有効に。
  3. 自動し、望ましい温度に setpoint 浴温度の温度コント ローラーを設定します。推奨温度は 50 ° C の結晶 ~ 53 ° C です。
  4. (例えば、30% オープン) インターフェイスを使用してポンプの速度を設定します。式 (1) に基づく化学量論的等価性の流量を設定、フィードの濃度を知ること。
  5. 製品タンクがいっぱいでないこと、排水弁が閉じていることを確認します。
  6. 分析計機器を電源、制御コンソールで提供されるリンクと通信を確立します。分光プロシージャの詳細については、取扱説明書 (SpectraSuite)。分光計の校正を提供しています。

2 晶析装置の営業

  1. 所望の流量を達成するために必要なポンプの出力を上げます。酸のソリューションでは、これは 25 〜 35 mL/分。鼻、それは化学量論的等価性によって決定されます。
  2. 両方の三方弁のモードをフィードに切り替える。これは、実験の時間ゼロです。
  3. オーバーフロー ラインを定期的にチェックします。一定の条件の下でそれをブロック可能性があります。もしそうなら、製品タンクを入力行を連に鋼管の部分を使用します。
  4. 広口ピペットを使ってサンプル ポートを介して結晶缶から直接 5 つのサンプルを収集し 15 mL のテストにそれらを転送またはチューブを遠心分離します。取る 2 つのセットは、約 10-15 分間隔をサンプリングします。
  5. 時間を制御する他の 2 つの広く間隔のレジデンスで繰り返しtau(滞留時間) 体積流量の変動が化学量論等価性を維持します。

3 晶析装置をシャット ダウンします。

  1. システムのシャット ダウン、リサイクルする三方弁とポンプを設定するには、0% に出力します。
  2. 温度コント ローラーを 0%、出力、ポンプ、攪拌機、恒温浴オフにシャット ダウンでマニュアルに戻る。
  3. 分光光度計を使用している場合、ランプをオフにシャット ダウンしてください。

4. 分析

鼻とサリチル酸濃度は、紫外・可視分光法による同時に測定できます。溶存サリチル酸とサリチル酸の結果は、同じ発色団が観察されるので添加物と見なすことはできません。詳細な手順は、付録に含まれています。サリチル酸濃度は、kg/m3スラリーの単位重量測定法により決定できます。

  1. 5 分 15 mL チューブを遠心し、デカントによって取得された液体試料の量を記録します。デカントし液体は、鼻吸光光度分析に使用できます。
  2. 2 日間で 70 ° c、対流オーブンで直立の固形物を含むテスト チューブを乾燥させます。
  3. 重量を量る、チューブをきれいにし、再結晶の重量を得るため再計量する前に簡潔に乾燥します。

晶析、分離・精製化合物および混合物の適用されます。経済システムを設計するためには、さまざまなパラメーターは、勉強する必要。結晶化は、抗生物質、食品添加物、農薬化合物の精製、アミノ酸、キラル化合物の分離のために使用されます。結晶化の別の手段には、冷却、化学修飾、蒸発または pH のスイングが含まれます。芒は、冷却速度や過飽和などの結晶の開発に影響を与える重要なパラメーターを調査する使用できます。顕微鏡で結晶の大きさと形態をモニターし、さまざまな要因の依存関係を観察しました。この実験では、サリチル酸ナトリウムと反応し、硫酸、アスピリンの前駆体であるサリチル酸の酸の沈殿に 。サンプルは、紫外可視、重量分析、顕微鏡によって分析されます。このビデオは、概念、分析、結晶単位のアプリケーションを説明します。

スケール アップ、晶析装置の重要なパラメーターを推定することが重要です。これらは、MSMPR ユニットを使用して学ぶことができます。産業晶は本当に MSMPRs のように振る舞う、概念はまだベンチとパイロット スケールの単位に関連します。MSMPR 晶析装置、連続、撹拌槽反応器に似ています。固体および液体段階の完璧なミキシングを前提にしています。MSMPRs は、出産機能であるとも呼ばれる結晶核生成速度と結晶成長速度などのキー結晶パラメーターを評価するために使用されます。核生成は、既存の結晶のリアクターの壁などの固体表面により触媒されます。MSMPR 晶析装置の一般的なポピュレーション バランス モデル生成数密度 N、結晶の晶寸法 L に関して確率密度であります。MSMPR の数の分布は指数分布と予測されます。出生関数と成長率は、zeroth とこの配布の最初の瞬間を使用して決定できます。最も重要なは、彼ら過飽和、結晶の物質移動の原動力であるし、は、順番に、攪拌速度および温度に依存を関連付けることができます。一定の温度およびアジテータ速度の出生関数と成長率、過飽和に直接関連して B と G の力は、線形回帰によって決定されることができます。MSMPR モデルによると結晶の数密度は長さと指数関数的に減少します。指数分布からの偏差は、固体又は液体の不完全な混合を意味するでしょう。産業用アプリケーションでの水晶サイズの比較的狭いガウス分布、指数ではなく、必要なものです。それにもかかわらず、MSMPR モデルはまだ役に立ちます、特に、パイロット プラントの成長、出生率、raw データからの過飽和度の測定が可能。MSMPR モデルに精通して、実験に概念を適用しましょう。

ナトリウム サリチル酸や硫酸溶液を取り扱うときは、適切な PPE を着用します。後で使用できるサリチル酸の基本的な物理的性質を書き留めます。開始する前に、結晶化システムを理解します。装置は 2 つのフィード タンク、可変速ポンプ、5 リットル晶析装置攪拌タンク、温度制御、電源コント ローラー、製品タンクの循環バスと水酸化ナトリウム溶液を使用してフィードの再生のためメイクアップ タンクから成っています。システムは、分散制御システム、温度と流量を制御するためのバルブを操作できる、グラフィカルなインターフェイスを使用して運営されています。流量と温度の傾向を提供する回路図の出力も可能です。

チェックすべての連続的なコント ローラーは、手動モードに設定されているとすべての電磁弁は閉じられた、双方向または 3 方向モード、リサイクル。缶は水と約 4.15 リットルのオーバーフローのレベルにいくつかのサリチル酸のスラリー攪拌タンクに示されていることを確認します。水とサリチル酸のタンクがいっぱいでない場合、追加ポートを使用して追加します。晶析装置、恒温浴とポンプ攪拌機を有効に。所望の温度、摂氏 50 度結晶通常約 53 ° c に温度を自動、浴温度セット ポイント コント ローラーを設定します。酸の溶液に、毎分約 25 に 35 ミリリットルを与えるポンプの速度を設定します。サリチル酸ナトリウムの流量は、理論空燃比の同等によって決定されます。既知の濃度のフィードを使用して、化学量論的同等の流量を設定します。製品タンクは完全ではないし、ドレイン バルブが閉じられていることを確認します。分光計をオンにし、制御コンソールで提供されているリンクを使用して、装置間の通信が確立されているを確認します。

両方三方弁のフィード モードに切り替えます。これは実験のためにゼロを設定します。任意の閉塞のオーバーフローを定期的に確認します。リモート管の閉塞が検出された場合は、指定の穴を使用して製品タンクに入る線鋼の部分を使用します。1 時間後、広言ピペットを使用し、缶のサンプル ポートに挿入します。十分な 5 あらかじめ重量を量られた 15 ミリリットル遠心分離、または試験管を埋めるために十分なサンプルを収集します。10 〜 15 分離れて 2 種類のサンプルを取る。制御牽引する体積流量速度が変化し、他の 2 つの広く間隔の滞留時間調整します。理論空燃比と同等を維持し前に、としてサンプルを収集します。0%、リサイクルする三方バルブにポンプの出力を設定します。ゼロ % 出力でマニュアルに温度コント ローラーを戻り、ポンプ、攪拌機、恒温浴オフにシャット ダウンします。

紫外可視を使用してサリチル酸イオン濃度を決定することができます、重量測定法により乗メートル スラリー キログラムとして固体のサリチル酸濃度を定めることができます。分析の前にまず 5 分のサンプルを遠心分離機、液体をデカントします。記録サンプルの合計量を取得しました。指定したセットから液体のサンプルを組み合わせて、50 〜 100 倍希釈します。液体ナトリウム サリチル酸とサリチル酸の紫外可視分光光度計を使用して吸光度を測定します。吸光度と見なされます同じ発色団が両方のサンプル検出された添加物。重量分析固形物を遠心分離、または試験管内の残りを使用します。2 日間摂氏 70 度でオーブンでチューブ アップライトを乾燥します。その後、reweigh 冷却テスト チューブ結晶の濃度 1 リットルあたりキログラムで重量を決定します。最後に、顕微鏡を使用して、サリチル酸の針状結晶の長さ分布を決定します。

重量法を介してすべての実行固体結晶の濃度を計算します。サリチル酸に質量バランスを生成します。過飽和とレジデンスの時間を計算します。次に、クリスタル製品、飼料、および溶存サリチル酸製品のモルを使用、飼料及び製品ごとに利回りを決定します。出生関数と成長率を解決する結晶濃度、クリスタルのディメンション、および滞留時間を使用します。Log 関数の線形回帰で G と B の力を見積もります。50 ° c で結晶化の例です。B の力は 2 倍 g、その過飽和の状態に影響を与える成長率よりも出生率を示します。これらの力はスケールの過飽和状態が変更されていない場合を使用と思います。他の実験との比較では、不十分な混合、pH およびイオン性不純物を水でなど、成長と生殖機能に影響を与える要因を識別できます。

晶析は、種々 の化合物の分離そして浄化のための医薬品、化学、食品加工産業に広く適用されます。ダナゾールは子宮内膜症の治療に使用されている合成のステロイドです。他の多くの医薬品化合物同様、ダナゾールは疎水性と水には溶けにくいです。したがって、生のダナゾール製品は当初エタノールに溶解し、純粋な小さな粒子サイズ製品結晶を生成するいくつかの水と混合することによって、再結晶しました。先進の晶は、リソソームの生産に使用できます。最小の結晶を溶解する温度を少し上げる熱交換器周りのポンプのアプリケーションを介して非常に狭い結晶サイズ分布を生成する装置を設計できます。サイズ分布は、ターミナル速度に基づいて結晶粒子を分離することによって調整できます。この概念はまた、無機塩類の結晶にアプリケーションを見つけます。

ゼウスの晶析入門を見てきただけ。モデル結晶化ユニットを操作する方法、結果を分析する方法 MSMPR 結晶を今理解する必要があります。見ていただきありがとうございます。

Results

図 2は、比較的高い速度とフィードの低濃度でも理想的な MSMPR の結晶粒径分布からささやかな偏差を示す代表的なデータを示します。

Figure 2
図 2.0.16 M 鼻フィード、540 rpm、60 ° C の結晶粒径分布

この実験から形成された結晶は通常形、針、長分布は顕微鏡的に定めることができます。サンプル サイズ (ミクロン) の典型的な結晶の長さは、図 3のとおりです。結晶の正常な範囲は 100-1000 ミクロンです。

Figure 3
図 3.サリチル酸結晶を拡大しました。サイズがミクロン単位でこの図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください

MSMPR 晶析装置 (1-4) の方程式を仮定して、物質収支を用いたサリチル酸、マグマ (Cサル)、住居の固体結晶の濃度を実行時間 (τ)、成長率関数 G、液相中の過飽和状態の量両製品の利回りはモルごと、核関数 B0、および結晶の ΔC とフィードの基礎を求めた。G 関数は、式 (3) のサイズ分布を使用してから計算しました。過飽和状態と物質収支の式が。

Equation 6(5)

Equation 7(6)

Q1は鼻ソリューション Qtの体積流量は体積流量の合計、(C)0は Q1鼻の供給濃度と Cと CSALは、製品濃度の水溶性サリチル酸および結晶、それぞれ。Ceqは、このデモで使用温度範囲にわたって ~2.2 g/L だった、サリチル酸の平衡 (界面) 濃度です。

収量と飼料基準で定義されました。

Equation 8(7)

として製品のみに基づいて。

Equation 9(8)

サリチル酸の質量バランスの % エラーが大きい場合、そうだ CSALまたは C のでは、エラー、両方とも正確に測定することは困難。Y1 と Y2 (より合理的な傾向を与える) の値を見て、エラーの主な原因を判断できます。

G と B の0の値から力"g"と"b"の方程式 (4) は、線形回帰を使用して推定しました。フランクらは、高い無菌状態と高いアジテータ速度を使用してこのシステム11 〜 3 〜 6 の"b"の力"g"を報告します。実験力"g"と"b"とそれらのフランクらの違いを見極め、成長と核形成の機能に影響を与える可能性がありますの要因を識別するに便利です。0.35 M (鼻) と 0.25 M のフィードの濃度で 50 ° C の結晶化の代表的なデータ (H2SO4) 表 1 に示します。

表 1。結晶化データ

流量、mL/分 Τ Equation 4 C Cサル Y1 Y2
H24 mm mol/L グラム/mL % %
119 59.5 23.3 700 0.063 0.022 69 72
85 42.5 32.6 876 0.059 0.026 81 76
51 25.5 54.3 1190 0.055 天文単位 0.026 81 77

G と B の0を解決するこれらのデータを利用し、力"g"と"b"線形方程式 (4) を使用してを決定する線形回帰を行った。(例は図 4に示すように) ログ関数の線形回帰を与えた g = 1.1 および b = 2.4。ロ約 2 倍 g と同じ大きさの力でトレンド中は観察のフランクら、自身の力と同じ有意と過飽和 ΔC 依存もはるかに小さかった。これは ΔC 以外の要因が成長と核形成率、不十分な混合、比較的高い pH の (のモルは、2.2 から 2.4 の間の pH はフィード) などに影響する可能性が示唆しているとイオン性不純物の水 (水道の供給) で導入されました。これらの実験の力以外の ΔC、これらの要因だろうパイロット規模と産業デザインの両方に存在ので、任意のスケール アップ計算で使用されます。

Figure 4

図 4。過飽和 ΔC の関数として成長率 G の線型回帰

Applications and Summary

この実験は、生の流れ・温度・濃度の測定値を取ると MSMPR 理論を使用して、大規模で複雑な晶析装置のシステムを設計するために必要な主要なパラメーターを推定する方法を示しました。滞留時間を果たして高結晶利回りを得ると、結晶の平均のサイズを制御する重要な役割が検討されました。しばしば非常に大きな結晶がほとんど望ましいので、最適な滞留時間があります。混合も同じです - 混合、底に沈降する固体結晶を維持するのに十分にある必要がありますが、同時に撹拌速度はしばしば重要な運用コスト。

いくつかの問題の多くの場合このユニット - 粒子凝集、不完全な混合によって均一な過飽和状態取得の難しさのための部分的な閉塞で経験し長い定常状態に到達する時間 - に共通して工業にも工夫晶。だからこそ、メーカーの文献に見られる結晶デザインは、しばしば驚くほど複雑です。

このプロセスは、L-オルニチン-L-アスパラギン酸、慢性肝不全の治療に使用されるなど、その他の生物製剤の結晶に似ています。5前駆体 L-オルニチン塩酸塩コスト > 300 ドル/kg と設計により、高い結晶が重要で、リサイクルすることは困難。PH スイング、生物学の結晶ではなく、antisolvent の例では、ダナゾール、子宮内膜症の治療に使用される合成ステロイドの洗練をされます。13多くの薬は水で低い容解性の疎水性です。エタノール生ダナゾール製品を溶解し、水と混合することによって再結晶、純粋と小さい粒子サイズのクリスタル製品が得られます。蛋白質の結晶化は、別の重要なアプリケーション、リゾチームの生産をされている 1 つの例です。14

罰金除去 (例えば、pumparound 熱交換器若干小さい結晶を溶解する温度を発生させる) のアプリケーションを介して非常に狭い粒径分布を生成する産業晶ができるとサイズ分類 (など、「飛び出し脚」だけで人口最大の収集、ターミナル速度に基づいて粒子を分離する)。これらのデザイン コンセプトを無機塩結晶化の開発が、今生物学の領域に移動します。

材料リスト

会社 カタログ番号 コメント
攪拌機、150 W Caframo BDC 3030 炉の
循環ヒータ Neslab RTE 110 0-100°C、原子炉の
蠕動ポンプ (2) コール ・ パーマー マスターは 1.6 100 rpm、0.1 hp 7550-60 を L/S 鼻と H の24のフィードします。
遠心ポンプ コール ・ パーマー 7553-00, 6 600 rpm 製品リサイクルについて
紫外可視分光光度計 オーシャンオプティクス USB 2000 水溶性の鼻の分析
紫外-可視電源 オーシャンオプティクス DT1000 CE USB 2000 用

付録-分光計を使用して

  1. SpectraSuite ソフトウェアを開きます。ソースのランプを紫外線と VI の両方に切り替えます。使用した後にランプをオフにしてください。スコープ(ツールバーの青ボタン S) にアクイジション ・ モードを設定します。
  2. ツールバーの積分時間250 ms平均するためにスキャンするために25、および2有蓋車幅に変更します。ストロボ/ランプを有効にする電気暗く補正迷光補正にチェック ボックスをオンします。
  3. ダーク スペクトル参照スペクトルのファイルを準備します。分光計のダーク スペクトルファイルと参照スペクトルファイルの生成が必要です。
    1. DI 水で満たされた試験管にプローブを浸します。
    2. ダーク スペクトルファイルを作成するには、光源 (ホワイト ボックス) からプローブを抜きます。グラフはほぼ x 軸をトレースする必要があります。灰色の電球をクリックあなたの新しく作成されたダーク スペクトルを保存する、ファイル -> ストアし、-> ストア ダーク スペクトル。
    3. 参照スペクトルファイルを作成するには、光源にプローブ接続を差し込みます。いくつかのピークは、SpectraSuite のグラフで表示する必要があります。この参照スペクトルを保存する黄色の電球にし、ファイル -> ストアをクリックして -> ストア参照スペクトル。
    4. すべての設定が変更された場合 (例えば、積分時間など)、ダーク スペクトル参照スペクトルの両方を再生成する必要があります。
    5. (A) のモードをスコープから吸光度に切り替えます。鼻向け 300 〜 330 nm の吸光度が守らなければなりません。

数量は、鼻/サリチル酸酸水溶液 (" "線形領域では A) ビール ・ ランバートの法則に従うのみ可能です。この地域は、サリチル酸イオン A < ~0.9 - 1。過去の結果を考えると、この基準は (純水) と鼻ソリューションを 0.05 g/L に希釈する必要があることを示唆または定量化のため少ない。その後、未知のソリューションは適切な希薄標準溶液の吸光度を比較することにより示すことができます。

Equation 10

C は鼻の濃度、吸光度、"u"を不明、 "の s"標準ソリューションです。メモ両方"u"と"s"は線形範囲内吸光度を示す必要があります。

分光吸光度は 2 つの要因、化学物質の種類と濃度、および流体のパスの長さに依存します。希釈濃度を変更します。

References

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  14. J.S. Kwon, M. Nayhouse, G. Orkoulas and P.D. Christofides, Ind. Eng. Chem. Res., 53, 15538-15548 (2014).

有機 (ナトリウムサリチル酸塩、鼻)、酸 (硫酸、0.25 M = 0.50 N) ソリューション、結晶缶に供給します。鼻、サリチル酸またはその解決策、および 0.25 M 硫酸処理時にラテックスの手袋を着用することを確認します。

全体のシステムは、1 のようなインターフェイスを持つ商業分散コント ローラーを使用して PC から制御されます。すべてのオン-オフまたは 3 ウェイのソレノイド バルブとコント ローラー セット ポイント操作ことができ、このインターフェイスを使用して変更します。回路図は、ユニットに関連付けられたアナログ値 (流量、温度) の傾向を示します。

1 晶析装置の起動

実行の開始時すべての連続的なコント ローラーは手動モード、およびすべてのソレノイド バルブ (オン ・ オフ) 閉じられたかをする必要があります、またはリサイクル (3 ウェイ) モードでをする必要があります。

  1. 缶がオーバーフローのレベルに完全 (~4.15 L) は水とサリチル酸のスラリーの攪拌槽に示されていることを確認 (、結晶化におけるスラリーと呼びます「マグマ」)。完全ではない場合は、追加のポートを介してこれらを追加します。
  2. 晶析装置とポンプとお風呂の thethermostated 攪拌機を有効に。
  3. 自動し、望ましい温度に setpoint 浴温度の温度コント ローラーを設定します。推奨温度は 50 ° C の結晶 ~ 53 ° C です。
  4. (例えば、30% オープン) インターフェイスを使用してポンプの速度を設定します。式 (1) に基づく化学量論的等価性の流量を設定、フィードの濃度を知ること。
  5. 製品タンクがいっぱいでないこと、排水弁が閉じていることを確認します。
  6. 分析計機器を電源、制御コンソールで提供されるリンクと通信を確立します。分光プロシージャの詳細については、取扱説明書 (SpectraSuite)。分光計の校正を提供しています。

2 晶析装置の営業

  1. 所望の流量を達成するために必要なポンプの出力を上げます。酸のソリューションでは、これは 25 〜 35 mL/分。鼻、それは化学量論的等価性によって決定されます。
  2. 両方の三方弁のモードをフィードに切り替える。これは、実験の時間ゼロです。
  3. オーバーフロー ラインを定期的にチェックします。一定の条件の下でそれをブロック可能性があります。もしそうなら、製品タンクを入力行を連に鋼管の部分を使用します。
  4. 広口ピペットを使ってサンプル ポートを介して結晶缶から直接 5 つのサンプルを収集し 15 mL のテストにそれらを転送またはチューブを遠心分離します。取る 2 つのセットは、約 10-15 分間隔をサンプリングします。
  5. 時間を制御する他の 2 つの広く間隔のレジデンスで繰り返しtau(滞留時間) 体積流量の変動が化学量論等価性を維持します。

3 晶析装置をシャット ダウンします。

  1. システムのシャット ダウン、リサイクルする三方弁とポンプを設定するには、0% に出力します。
  2. 温度コント ローラーを 0%、出力、ポンプ、攪拌機、恒温浴オフにシャット ダウンでマニュアルに戻る。
  3. 分光光度計を使用している場合、ランプをオフにシャット ダウンしてください。

4. 分析

鼻とサリチル酸濃度は、紫外・可視分光法による同時に測定できます。溶存サリチル酸とサリチル酸の結果は、同じ発色団が観察されるので添加物と見なすことはできません。詳細な手順は、付録に含まれています。サリチル酸濃度は、kg/m3スラリーの単位重量測定法により決定できます。

  1. 5 分 15 mL チューブを遠心し、デカントによって取得された液体試料の量を記録します。デカントし液体は、鼻吸光光度分析に使用できます。
  2. 2 日間で 70 ° c、対流オーブンで直立の固形物を含むテスト チューブを乾燥させます。
  3. 重量を量る、チューブをきれいにし、再結晶の重量を得るため再計量する前に簡潔に乾燥します。

晶析、分離・精製化合物および混合物の適用されます。経済システムを設計するためには、さまざまなパラメーターは、勉強する必要。結晶化は、抗生物質、食品添加物、農薬化合物の精製、アミノ酸、キラル化合物の分離のために使用されます。結晶化の別の手段には、冷却、化学修飾、蒸発または pH のスイングが含まれます。芒は、冷却速度や過飽和などの結晶の開発に影響を与える重要なパラメーターを調査する使用できます。顕微鏡で結晶の大きさと形態をモニターし、さまざまな要因の依存関係を観察しました。この実験では、サリチル酸ナトリウムと反応し、硫酸、アスピリンの前駆体であるサリチル酸の酸の沈殿に 。サンプルは、紫外可視、重量分析、顕微鏡によって分析されます。このビデオは、概念、分析、結晶単位のアプリケーションを説明します。

スケール アップ、晶析装置の重要なパラメーターを推定することが重要です。これらは、MSMPR ユニットを使用して学ぶことができます。産業晶は本当に MSMPRs のように振る舞う、概念はまだベンチとパイロット スケールの単位に関連します。MSMPR 晶析装置、連続、撹拌槽反応器に似ています。固体および液体段階の完璧なミキシングを前提にしています。MSMPRs は、出産機能であるとも呼ばれる結晶核生成速度と結晶成長速度などのキー結晶パラメーターを評価するために使用されます。核生成は、既存の結晶のリアクターの壁などの固体表面により触媒されます。MSMPR 晶析装置の一般的なポピュレーション バランス モデル生成数密度 N、結晶の晶寸法 L に関して確率密度であります。MSMPR の数の分布は指数分布と予測されます。出生関数と成長率は、zeroth とこの配布の最初の瞬間を使用して決定できます。最も重要なは、彼ら過飽和、結晶の物質移動の原動力であるし、は、順番に、攪拌速度および温度に依存を関連付けることができます。一定の温度およびアジテータ速度の出生関数と成長率、過飽和に直接関連して B と G の力は、線形回帰によって決定されることができます。MSMPR モデルによると結晶の数密度は長さと指数関数的に減少します。指数分布からの偏差は、固体又は液体の不完全な混合を意味するでしょう。産業用アプリケーションでの水晶サイズの比較的狭いガウス分布、指数ではなく、必要なものです。それにもかかわらず、MSMPR モデルはまだ役に立ちます、特に、パイロット プラントの成長、出生率、raw データからの過飽和度の測定が可能。MSMPR モデルに精通して、実験に概念を適用しましょう。

ナトリウム サリチル酸や硫酸溶液を取り扱うときは、適切な PPE を着用します。後で使用できるサリチル酸の基本的な物理的性質を書き留めます。開始する前に、結晶化システムを理解します。装置は 2 つのフィード タンク、可変速ポンプ、5 リットル晶析装置攪拌タンク、温度制御、電源コント ローラー、製品タンクの循環バスと水酸化ナトリウム溶液を使用してフィードの再生のためメイクアップ タンクから成っています。システムは、分散制御システム、温度と流量を制御するためのバルブを操作できる、グラフィカルなインターフェイスを使用して運営されています。流量と温度の傾向を提供する回路図の出力も可能です。

チェックすべての連続的なコント ローラーは、手動モードに設定されているとすべての電磁弁は閉じられた、双方向または 3 方向モード、リサイクル。缶は水と約 4.15 リットルのオーバーフローのレベルにいくつかのサリチル酸のスラリー攪拌タンクに示されていることを確認します。水とサリチル酸のタンクがいっぱいでない場合、追加ポートを使用して追加します。晶析装置、恒温浴とポンプ攪拌機を有効に。所望の温度、摂氏 50 度結晶通常約 53 ° c に温度を自動、浴温度セット ポイント コント ローラーを設定します。酸の溶液に、毎分約 25 に 35 ミリリットルを与えるポンプの速度を設定します。サリチル酸ナトリウムの流量は、理論空燃比の同等によって決定されます。既知の濃度のフィードを使用して、化学量論的同等の流量を設定します。製品タンクは完全ではないし、ドレイン バルブが閉じられていることを確認します。分光計をオンにし、制御コンソールで提供されているリンクを使用して、装置間の通信が確立されているを確認します。

両方三方弁のフィード モードに切り替えます。これは実験のためにゼロを設定します。任意の閉塞のオーバーフローを定期的に確認します。リモート管の閉塞が検出された場合は、指定の穴を使用して製品タンクに入る線鋼の部分を使用します。1 時間後、広言ピペットを使用し、缶のサンプル ポートに挿入します。十分な 5 あらかじめ重量を量られた 15 ミリリットル遠心分離、または試験管を埋めるために十分なサンプルを収集します。10 〜 15 分離れて 2 種類のサンプルを取る。制御牽引する体積流量速度が変化し、他の 2 つの広く間隔の滞留時間調整します。理論空燃比と同等を維持し前に、としてサンプルを収集します。0%、リサイクルする三方バルブにポンプの出力を設定します。ゼロ % 出力でマニュアルに温度コント ローラーを戻り、ポンプ、攪拌機、恒温浴オフにシャット ダウンします。

紫外可視を使用してサリチル酸イオン濃度を決定することができます、重量測定法により乗メートル スラリー キログラムとして固体のサリチル酸濃度を定めることができます。分析の前にまず 5 分のサンプルを遠心分離機、液体をデカントします。記録サンプルの合計量を取得しました。指定したセットから液体のサンプルを組み合わせて、50 〜 100 倍希釈します。液体ナトリウム サリチル酸とサリチル酸の紫外可視分光光度計を使用して吸光度を測定します。吸光度と見なされます同じ発色団が両方のサンプル検出された添加物。重量分析固形物を遠心分離、または試験管内の残りを使用します。2 日間摂氏 70 度でオーブンでチューブ アップライトを乾燥します。その後、reweigh 冷却テスト チューブ結晶の濃度 1 リットルあたりキログラムで重量を決定します。最後に、顕微鏡を使用して、サリチル酸の針状結晶の長さ分布を決定します。

重量法を介してすべての実行固体結晶の濃度を計算します。サリチル酸に質量バランスを生成します。過飽和とレジデンスの時間を計算します。次に、クリスタル製品、飼料、および溶存サリチル酸製品のモルを使用、飼料及び製品ごとに利回りを決定します。出生関数と成長率を解決する結晶濃度、クリスタルのディメンション、および滞留時間を使用します。Log 関数の線形回帰で G と B の力を見積もります。50 ° c で結晶化の例です。B の力は 2 倍 g、その過飽和の状態に影響を与える成長率よりも出生率を示します。これらの力はスケールの過飽和状態が変更されていない場合を使用と思います。他の実験との比較では、不十分な混合、pH およびイオン性不純物を水でなど、成長と生殖機能に影響を与える要因を識別できます。

晶析は、種々 の化合物の分離そして浄化のための医薬品、化学、食品加工産業に広く適用されます。ダナゾールは子宮内膜症の治療に使用されている合成のステロイドです。他の多くの医薬品化合物同様、ダナゾールは疎水性と水には溶けにくいです。したがって、生のダナゾール製品は当初エタノールに溶解し、純粋な小さな粒子サイズ製品結晶を生成するいくつかの水と混合することによって、再結晶しました。先進の晶は、リソソームの生産に使用できます。最小の結晶を溶解する温度を少し上げる熱交換器周りのポンプのアプリケーションを介して非常に狭い結晶サイズ分布を生成する装置を設計できます。サイズ分布は、ターミナル速度に基づいて結晶粒子を分離することによって調整できます。この概念はまた、無機塩類の結晶にアプリケーションを見つけます。

ゼウスの晶析入門を見てきただけ。モデル結晶化ユニットを操作する方法、結果を分析する方法 MSMPR 結晶を今理解する必要があります。見ていただきありがとうございます。

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