通過(guò)谷氨酸鈉酸化來(lái)模擬L-谷氨酸的沉淀
前言
化工及藥物合成中的結(jié)晶研究是化工/制藥工藝開(kāi)發(fā)中的關(guān)鍵步驟，它涉及到從溶液中形成固體物晶體的過(guò)程。對(duì)藥物而言，結(jié)晶不僅影響藥物的物理性質(zhì)，如純度、穩(wěn)定性、溶解性和生物利用度，而且還關(guān)系到藥物的生產(chǎn)效率和成本。
一般結(jié)晶研究：
1.結(jié)晶條件的優(yōu)化：
o確定最佳的結(jié)晶條件，如溫度、溶劑、pH值、攪拌速度和添加順序，以獲得理想的晶體形態(tài)和尺寸。
o通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（DoE）和統(tǒng)計(jì)分析來(lái)優(yōu)化結(jié)晶過(guò)程。
2.結(jié)晶過(guò)程中的控制策略：
o開(kāi)發(fā)和應(yīng)用先進(jìn)的過(guò)程分析技術(shù)（PAT），如在線pH、濁度和拉曼光譜，實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制結(jié)晶過(guò)程。
o使用計(jì)算機(jī)模擬和數(shù)學(xué)模型來(lái)預(yù)測(cè)和優(yōu)化結(jié)晶行為。
3.結(jié)晶過(guò)程中的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)：
o研究藥物結(jié)晶過(guò)程中的熱力學(xué)參數(shù)，如溶解度、相圖和熱力學(xué)函數(shù)。
o研究結(jié)晶動(dòng)力學(xué)，包括成核速率、生長(zhǎng)速率和晶體尺寸分布。
案列： 通過(guò)谷氨酸鈉酸化來(lái)模擬L-谷氨酸的沉淀
背景: 通過(guò)酸化鹽類進(jìn)行的結(jié)晶和沉淀過(guò)程的特點(diǎn)是，在微觀和宏觀層面上熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)效應(yīng)之間存在復(fù)雜的相互作用，這使得其數(shù)學(xué)建模成為一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。將顆粒形成建模的群體平衡方程（PBE）與沉淀系統(tǒng)的復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)整合在一起，這個(gè)方程代表了系統(tǒng)中顆粒數(shù)量的平衡，并且必須與考慮流體動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)關(guān)系的物種的經(jīng)典物質(zhì)平衡一起解決。開(kāi)發(fā)穩(wěn)健的沉淀過(guò)程數(shù)學(xué)模型對(duì)于它們的有效控制和放大至關(guān)重要。大多數(shù)為沉淀過(guò)程開(kāi)發(fā)數(shù)學(xué)模型的研究都集中在無(wú)機(jī)沉淀系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和控制上。有機(jī)材料的沉淀工作只有少數(shù)幾篇。
研究方法：通過(guò)研究在半間歇反應(yīng)器中用鹽酸酸化單鈉谷氨酸（MSG）的過(guò)程，定量確定反應(yīng)結(jié)晶過(guò)程中復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)相互作用的新見(jiàn)解。使用數(shù)學(xué)模型模擬L-谷氨酸離子的動(dòng)態(tài)平衡、它們?cè)谌芤褐械耐瑫r(shí)存在以及對(duì)晶體尺寸和尺寸分布的影響。模型基于群體平衡方程與結(jié)晶動(dòng)力學(xué)和過(guò)程熱力學(xué)的整合，包括化學(xué)反應(yīng)方程、pH值、成核、尺寸無(wú)關(guān)的生長(zhǎng)和群體平衡方程。這允許精確確定反應(yīng)結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力以及成核和晶體生長(zhǎng)速率表達(dá)式的參數(shù)。
結(jié)論： 開(kāi)發(fā)的數(shù)學(xué)模型能夠模擬L-谷氨酸通過(guò)MSG酸化過(guò)程的沉淀，包括詳細(xì)的化學(xué)反應(yīng)機(jī)制、成核、晶體生長(zhǎng)和群體平衡。模型可以通過(guò)考慮晶體破碎和聚集的方程以及反應(yīng)熱的能量平衡方程來(lái)擴(kuò)展，以更準(zhǔn)確地表示酸化過(guò)程。
結(jié)晶實(shí)驗(yàn)：使用H.E.L Simular系統(tǒng)進(jìn)行，該系統(tǒng)包括一個(gè)2L雙夾套玻璃反應(yīng)釜，一個(gè)Julabo FP50-HD油浴，控制軟件WIN-ISO,攪拌采用不銹鋼斜槳攪拌器，四個(gè)槳葉45°旋轉(zhuǎn)，勻速250rpm/min。PT100測(cè)量溶液溫度，使用內(nèi)置的濁度測(cè)量光纖探頭確定透光率（濁度），以檢測(cè)結(jié)晶的開(kāi)始。用隔膜泵將6M HCl以0.5g/min的恒定速率加注到5種不同初始濃度的谷氨酸鈉溶液中。反應(yīng)釜內(nèi)的溫度保持在25℃不變。
H.E.L——Hazard Evaluation Laboratories 成立于1987年，總部設(shè)在倫敦，在中國(guó)、美國(guó)、德國(guó)、意大利、印度擁有分公司。全資的赫伊爾商貿(mào)（北京）有限公司于 2020年在北京設(shè)立。
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2001年成立的北京綠綿科技有限公司(簡(jiǎn)稱：綠綿科技)以體現(xiàn)客戶服務(wù)價(jià)值為宗旨，以專業(yè)精神和技能為廣大實(shí)驗(yàn)室分析工作者提供樣品前處理、樣品制備及分析、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)精確分析和管理的全面解決方案，致力于協(xié)助客戶提高分析檢測(cè)的效率和水平。
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文章來(lái)自HEL微信公眾號(hào)，編號(hào)HEL2024-YJ-1201
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