[發(fā)明專利]結(jié)晶過程控制的原位在線紅外光譜監(jiān)測設(shè)備、系統(tǒng)及方法

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• 申請日: 2021-06-08
• 公開（公告）號: CN113324944A
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王學(xué)重;曹建國;田淑華;李璇;阿基諾拉佛羅拉
• 申請（專利權(quán)）人: 晶格碼（青島）智能科技有限公司
• 主分類號: G01N21/3577
• 分類號: G01N21/3577;B01D9/00
• 代理公司: 武漢聚信匯智知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42258
• 代理人: 郝雅娟

本發(fā)明提供了結(jié)晶過程控制的原位在線紅外光譜監(jiān)測設(shè)備、系統(tǒng)及方法，包括光纖探頭、紅外主機(jī)、溫控設(shè)備、結(jié)晶器、計算機(jī)及相關(guān)軟件模塊：紅外光譜采集模塊、濃度測量模塊、模型建立模塊。光纖探頭包括入、出射光光纖、探管和衰減全反射晶體，探管位于入射光光纖和出射光光纖的前端，衰減全反射晶體設(shè)置于探管的端部；紅外主機(jī)采集的光譜數(shù)據(jù)，通過USB數(shù)據(jù)線傳入到計算機(jī)，并通過光譜采集模塊顯示，光譜數(shù)據(jù)結(jié)合化學(xué)計量學(xué)智能算法，通過濃度測量模塊實時計算出待測樣品的濃度值；計算機(jī)調(diào)節(jié)溫控設(shè)備升降溫程序，實現(xiàn)樣品的升溫溶解和降溫結(jié)晶的過程。本系統(tǒng)可實現(xiàn)結(jié)晶過程溫度控制和溶液濃度的實時原位在線測量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及在線測量過程控制技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及結(jié)晶過程控制的原位在線紅外光譜監(jiān)測設(shè)備、系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

近年來，隨著精細(xì)化生產(chǎn)的加速發(fā)展，過程分析技術(shù)(Process analyticaltechnology,PAT)，生產(chǎn)“可視化”，受到國內(nèi)外企業(yè)重視，在線PAT技術(shù)對于減少生產(chǎn)時間、提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高自動化程度等具有重要作用，過程分析技術(shù)的快速發(fā)展，已實現(xiàn)關(guān)鍵過程參數(shù)及產(chǎn)品多重質(zhì)量指標(biāo)的實時測量，成為強(qiáng)化過程控制的重要工具，特別是在制藥過程。結(jié)晶是制藥生產(chǎn)的極其重要的過程，超過90％的藥物活性組分均以晶體形式存在，在結(jié)晶過程中溶液濃度是最重要的變量之一，它是晶體成核和生長的最主要的推動力。早期的濃度在線測量方法主要有密度法，電導(dǎo)率法，量熱法，折射率方法。密度法是通過測量無晶體的溶液密度來確定濃度。但在工業(yè)結(jié)晶過程中，溶液中常常含有不同濃度的雜質(zhì)，需取晶體的懸浮液，過濾晶體后測量液體的密度，流程比較復(fù)雜，不易操作，比如堵塞篩子和取樣過程中溫度的波動，因此密度法會不準(zhǔn)確。電導(dǎo)率法雖然不需要外部取樣，但它的局限在于在多數(shù)情況下不適用于有機(jī)體系(因為有機(jī)體系通常不是導(dǎo)體)，而且對溫度和雜質(zhì)非常敏感。量熱法雖然在化學(xué)反應(yīng)等領(lǐng)域被證明是一種非常有效的在線傳感器，但是由于結(jié)晶過程的熱效應(yīng)較弱，因此應(yīng)用也較少。盡管當(dāng)折射率隨著溶液濃度變化而改變時，這種方法是有效的，但是它對外界的光和空氣氣泡比較敏感，另外結(jié)晶體系中也會出現(xiàn)折射率不同的多種物質(zhì)。

紅外光譜技術(shù)結(jié)合化學(xué)計量學(xué)模型，可以實現(xiàn)濃度測量，但傳統(tǒng)的傅里葉變換紅外光譜(FTIR)是將光導(dǎo)入被測介質(zhì)中，但它并不能直接用于晶體懸濁液的測量，因為晶體會阻擋光束，導(dǎo)致檢測器接收不到信號。衰減全反射(attenuated total reflection)技術(shù)的出現(xiàn)，為解決該問題提供可能，是現(xiàn)代結(jié)晶過程控制領(lǐng)域的重要推動者。衰減全反射技術(shù)具有制樣與清洗簡單，無需預(yù)處理，不破壞樣品，可消除光散射等因素影響，所測得的紅外光譜質(zhì)量高，不存在干涉條紋，特征譜帶清晰不變形等優(yōu)點。一束光有入射光纖傳輸穿過ATR晶體并返回檢測器的過程中，光束在與被測介質(zhì)接觸的ATR晶體的內(nèi)表面處并不會直接反射回去，而是會產(chǎn)生一個衰減波。這個衰減波會延伸到介質(zhì)中穿透深度大約1-10um，然后再被反射回去，反射回去的光束會受這個衰減波所處的介質(zhì)的影響，進(jìn)而可以獲得這個介質(zhì)的化學(xué)信息。根據(jù)此原理本發(fā)明開發(fā)了一套用于結(jié)晶過程控制的原位在線紅外光譜監(jiān)測設(shè)備、系統(tǒng)及方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種結(jié)晶過程控制的原位在線紅外光譜監(jiān)測設(shè)備、系統(tǒng)及方法，實現(xiàn)結(jié)晶過程濃度的實時在線測量。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：

第一方面，本發(fā)明提供了結(jié)晶過程控制的原位在線紅外光譜監(jiān)測設(shè)備，包括光纖探頭、紅外主機(jī)、溫控設(shè)備、結(jié)晶器及計算機(jī)，紅外主機(jī)，所述紅外主機(jī)包括紅外光源、干涉儀分束器、動鏡、定鏡、MCT檢測器、半導(dǎo)體電子制冷裝置、紅外反射鏡、激光器以及電源。光纖探頭，所述光纖探頭包括入射光光纖、出射光光纖、探管和衰減全反射晶體，所述探管置于所述入射光光纖和所述出射光光纖外部的前端處，所述衰減全反射晶體置于所述探管的端部，所述紅外主機(jī)與所述光纖探頭通過光纖耦合器SMA接口連接，所述紅外主機(jī)與所述計算機(jī)通信連接，所述計算機(jī)與所述溫控設(shè)備通信連接，所述溫控設(shè)備用于控制所述結(jié)晶器的溫度。