蒸发式结晶器

#Integrity 10 平行结晶系统#结晶介稳区是指溶解度平衡曲线与超溶解度曲线之间的区域。溶解度曲线和超溶解度曲线将溶液浓度-温度相图分割成三个区域，分别是稳定区、介稳区和不稳定区。一个特定的物系，只有一条明确的溶解度曲线，而超溶解度曲线的位置却受到很多因素的影响，如有无搅拌、搅拌速度、有无晶种、晶种的大小种类、杂质，超声波、电磁场等。介稳区理论对API结晶工艺过程控制至关重要。在一个结晶过程中，当过饱和度超过介稳区进入不稳定区域时，溶液中就会自发成核。为了使得产品具有较高的纯度和理想的粒度分布，通常将结晶过程控制在介稳区内进行。介稳区宽度越大，说明结晶物质的过饱和溶液越稳定。图1：介稳区示意图介稳区宽度的测定对于工业结晶有着非常重要的意义，它不仅是结晶操作时选取适宜过饱和度的依据，也是进行过夜结晶器设计的重要参数，也就是说，要求的较为准确的最大过饱和度或最大过冷却度，作为设计中选择适宜的过饱和度的依据。目前使用经典技术测量样品溶液的溶解度点和成核点可能需要很长时间。在蛋白质的应用中，这是一个特殊的问题，因为不能用一种方法同时进行测定。 本应用简报介绍了一种快速、可靠且可重复的测定方法，用于测定乙酸钠缓冲溶液中溶菌酶的介稳区宽度。该方法使用配备红外透射检测器的 STEM Integrity 10 平行结晶系统，使用浊度测量技术进行检测。图2：STEM Integrity 10 平行结晶系统相关实验及结果 实验方法：溶液在 STEM Integrity 10 平行结晶系统中以 0.1°C/min 的控制方式加热和冷却，以确定成核点和溶解度点。使用可选的浸入式 IR 探头(货号：ATS10230)收集浊度测量值。 实验结果：溶解度点定义为透射率百分比达到稳定平台的点，形核点定义为透射率百分比持续下降的第一个点，如下图所示。图3: 溶菌酶溶液浊度随温度的变化(15mg/ml)下图确定了许多溶液浓度下的成核点和溶解度点。图4:12mg/ml和20mg/ml溶菌酶溶液浊度随温度的变化根据浊度测量确定的成核点和溶解度点与下图所示伪相图中溶菌酶溶解度的文献数据一起绘制。图5:溶菌酶蛋白假相图(4%NaCl，0.1M醋酸钠缓冲液pH 5.0)这种类型的图表的构造使得介稳区很容易被识别。结论：通过使用浊度测量技术确定具有不同蛋白质浓度的溶液的成核点和溶解度点。该方法的特点是重现性好、可信度高。结合文献报道的已知相图，本研究中获得的数据显示了良好的相关性。与其他经典方法相比，使用这种技术可以在几个小时内确定介稳区宽度，并且精度极高。Integrity 10 应用及配置一、Integrity 10应用方向：介稳区宽度测定快速获取溶解度曲线测定成核诱导时间API晶型高效率筛选API溶解度筛选化学反应条件筛选二、Integrity 10为您提供：1. 多管平行结晶系统10个完全独立的反应池，行业领先每个反应池独立控温和搅拌温度范围: -30°C~150°C搅拌速度: 350rpm~1200rpm2. 精确的温度控制变温速度可以在0.1°C/min至5°C/min之间选择反应池间可承受温差高达180℃温度均一性: ±0.5℃分辨率: 0.01℃3. 强大的软件功能直观，易于操作，由您指尖随心完全控制6’高清微处理触摸屏PC软件可快速获取溶解度曲线，用于溶解度/结晶评价4. 宽广的样品体积1ml试管适合珍贵药物的筛选3ml试管适合常规筛选25ml试管适合化学合成筛选5. 灵活的配置可选非浸入及浸入式IR探头，分析样品浊度(可搭配多重红外探头盒进行平行实验)可选外置温度探头及多重温度控制单元，使温度监控更加精确可选惰性气体接口可选冷凝回流装置可选集成机器人自动化工作站三、我们的客户众多行业用户选择了我们的Integrity 10 平行结晶系统，这些用户中不乏知名药企巨头。联系我们，获取行业用户应用案例。

高质量晶体的制备对精细化工、生物工程和制药工程等领域至关重要，而晶体的质量取决于晶体的形貌、纯度和颗粒特性。微尺度液滴构建简单、可复制性强、易于在线观察，且具有独特的柔性气液界面，因此在精确调控晶体特性、揭示结晶机理方面展现出巨大潜力，逐渐成为晶体工程的前沿热点。在微尺度液滴结晶过程中，不均匀的界面蒸发既引起了液滴内部的溶液补偿，也诱导了温度与浓度梯度的出现，从而在液滴内形成微环流，主导着溶质分子的迁移与聚集。液滴形状的调控意味着不同气液界面的构建，从根本上影响着液滴的蒸发过程，是调节液滴内部环流形式的重要手段。近日，大连理工大学高效分离过程与耦合强化团队利用摩方精密3D打印机(nano Arch S140 Pro，10 μm)设计制备了具有微米级结构的半柔性结晶器。以该结晶器为核心构建一系列异形液滴（HD），从而耦合HD气液界面与内部环流方向与强度（Ra/Ma），诱导溶质分子的定向输送，实现高质量晶体的制备。相关结果以“Shaping droplet by semiflexible micro crystallizer for high quality crystal harvest”为题发表在《Journal of Colloid and Interface Science》期刊上。该研究中，如图1d-1f所示，利用3D打印机制备了表面平整、中性的半柔性结晶器（其结晶平台半径为600 μm）。在液滴体积不变的情况下，通过调节半柔性结晶器的压缩或拉伸，控制液滴的高度，构建出一系列不同纵横比的HD（图1a和1c）；且在液滴的结晶过程中，也可实现对HD高度的实时调控（图1b）。如图2b和2d所示，对于纵横比为0.76的HD-0.76，在结晶过程中，凸气液界面、垂直气液界面、凹气液界面相继出现，它们一方面诱导了液滴内部的环流方向，一方面通过改变蒸发强度调节着液滴内部的环流强度（Ra/Ma），从而在蒸发稳定后（Stage 4）形成一种中心汇聚型环流。而在HD-0.56和HD-1.02中，由于其气液界面与环流方向和强度的不匹配，最终在蒸发稳定后（Stage 4）形成的是边界发散型环流（图2a，2c和2d）。随后，以40%饱和度的NaCl溶液结晶为例，在HD-0.76中，中心汇聚型环流驱动溶质分子向液滴中心输送，最终在结晶平台的中心获得立方单晶。而在HD-0.56和HD-1.02中，边界发散型环流将溶质输送向液滴接触线区域，从而形成咖啡环状晶体和随机堆叠状晶体。图1. （a）半柔性微结晶器构建HD示意图。（b）实时调控液滴形状示意图。（c）HD纵横比的定义。（d）半柔性结晶器表面的Zeta电位表征。（e）半柔性结晶器表面的SEM和AFM表征。（f）半柔性结晶器表面的XPS表征。图2. COMSOL模拟HD-0.56（a），HD-0.76（b），HD-1.02（c）结晶过程中的环流矢量。（d）HD-0.56，HD-0.76，HD-1.02结晶过程中瑞利流强度与马兰戈尼流强度之比（Ra/Ma）。图3. HD-0.56（a），HD-0.76（b），HD-1.02（c）结晶过程的截面图。HD-0.56（d），HD-0.76（e），HD-1.02（f）对应晶体的SEM形貌。该研究受到国家重点研发计划（2019YFE0119200；2021YFC2901300），国家自然科学基金（21978037；21978033）等项目的支持。

在化工类专业的学习过程中，实习实践是我们掌握专业知识和技能的重要途径。作为化工学子，我们需要通过实践来加深对理论知识的理解，并掌握实验装置的操作技巧。而单管蒸发实验装置作为一种常用的实验设备，为我们提供了丰富的实践教学机会，并取得了令人瞩目的成果。 单管蒸发实验装置是一种用于研究溶液蒸发过程的装置，由一个玻璃管和配套的控制系统组成。通过控制系统，我们可以调节温度、压力和其他参数，以模拟和研究不同条件下溶液蒸发的规律和影响因素。 在实习实践中，我们可以利用单管蒸发实验装置进行多个方面的学习和研究。首先，我们可以通过调节温度和压力，研究不同条件下溶液蒸发的速率和蒸发热的变化。通过实验数据的收集和分析，我们可以了解蒸发过程中的热力学原理，并学会掌握蒸发操作的技巧。其次，我们还可以利用该装置研究不同溶液组分对蒸发速率的影响。通过添加不同的溶质，我们可以比较不同组分溶液的蒸发速率，从而了解溶质浓度和蒸发速率之间的关系。此外，我们还可以利用单管蒸发实验装置进行蒸发速率的动态研究。通过连续监测蒸发过程中的质量变化，我们可以得到蒸发速率随时间的变化曲线，进一步分析和讨论蒸发速率的变化规律。 实习实践中，我们广泛应用单管蒸发实验装置，取得了一系列令人骄傲的成果。首先，通过研究不同条件下的蒸发速率，我们得到了一组溶液蒸发速率与温度、压力和溶质浓度之间的关系数据。这些数据为工业生产过程中的溶液蒸发操作提供了重要的理论依据和参考。其次，我们还利用单管蒸发实验装置研究了不同类型的溶液在蒸发过程中的相行为。通过观察溶液表面和底部的形态变化，我们发现在蒸发过程中溶液表面可能出现结晶、析出或沉淀现象，这有助于我们理解和预测蒸发过程中溶质分离行为。此外，我们还将单管蒸发实验装置与其他实验装置结合使用，开展了一系列与溶液蒸发相关的复合实验，进一步拓宽了我们的实践能力和研究深度。 总之，单管蒸发实验装置在化工类专业的实习实践中发挥着重要和不可替代的作用。通过该装置，我们可以深入了解溶液蒸发过程的规律和影响因素，并取得了令人瞩目的成果。未来，我们将进一步拓展该装置的应用领域，探索更多实践教学中的实际应用，为化工类专业的学生提供更多更好的学习机会和成果展示平台。通过不懈努力，我们相信单管蒸发实验装置将在我们的实习实践教学中发挥更大更广泛的作用，为我们的专业发展和实践能力提升做出更为重要的贡献。