应用推荐|在线拉曼系统在过程分析上的应用

2024-01-08 20:19:11 奥谱天成(厦门)光电有限公司


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在线拉曼系统在过程分析上的应用

2004年美国食品药品监督管理局(FDA)发表了关于过程分析技术(PAT)的工业指南,通过对加工材料的关键质量品质和性能特征进行测量,来分析和控制生产加工过程,最终确保产品质量,明确了PAT的作用和地位。PAT的过程分析仪包括离线分析、在线分析和现场分析,常规的质谱仪、生化分析仪等方法通常是离线测量,无法实时对生物反应和化学反应中的物质的浓度变化、中间产物和最终产物的情况进行实时监测 (有些样品检测即不能冷却(以免固化),也不能接触空气(以免氧化))。这对我们对物质的反应过程、反应原理、物料添加控制和产品质量控制等方面带来了限制。目前,PAT分析方法有气相色谱、质谱、核磁、红外、近红外、紫外-可见光、拉曼和X射线荧光。在光谱仪器中,拉曼光谱在测量速度和物质识别具有显著的优势,因此在线拉曼在过程分析技术上有巨大的潜力。

拉曼光谱是一种非弹性散射光谱,在光的非弹性散射过程中,光子被分子散射而失去部分能量导致其频率发生变化,散射光与入射光的频率之差并不随入射光频率而变化,仅与样品分子的振动、转动能级有关,进而分析以得到分子振动、转动方面信息,并应用于分子结构的研究。

每一种物质的分子都有对应的拉曼光谱。拉曼光谱既能反映分子基团的振动信息,又能反映同分异构体的结构信息。由于拉曼光谱具有直接反映待测样品的结构与含量信息的特点,因此我们可以利用该特点,通过建立拉曼光谱与待测样品组成之间的数学模型,以获得待测样品相应的组成含量或属性等指标。进而做到对过程进行连续的监测,对其反应过程的浓度,中间产物等参数进行监测。

ATR7000系列在线拉曼系统是奥谱天成基于近十年研究积累的基础上自主开发研制的混合物组分含量在线分析系统,能够对各种均相液体混合物的组成与属性提供快速、准确和稳定的检测手段。通过建立相应的定量分析模型,该系统可广泛应用于各类连续或间歇生产过程,实现对其产品组成与含量的在线实时检测,为实现先进控制与实时优化提供关键测量信息。

ATR7000

ATR7010

仪器集成激光器、光谱仪器、探头等系统,对生化反应及工业产物控制过程进行实时监控。可以提高产品质量,加快研发和生产效率。

在过程监测和原位检测中,通常要对物质的种类和浓度进行检测,因此按照应用场景,开发出拉曼定量建模等软件。

针对不同的应用场景,我们提供不同的软件解决方案,有网口等多种数据传输方式,方便用户对原位反应过程、药物在线监测等进行监测。

  ATR7000软件

ART7010软件

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应用:在线拉曼监测对二甲苯(PX)分离纯度

对二甲苯(PX)是重要的化工原料,用其制备的对苯二甲酸可用于化工及制药工业等,同时它也是生产涤纶纤维的重要中间体。目前 PX 主要通过分离混合二甲苯来制取。在多种分离工艺中,模拟移动床吸附分离工艺因其生产效率高、分离效果好等优点,成为分离混二甲苯的主流工艺,并获得了广泛应用。

每一种苯系物都有其特定的拉曼特征峰,根据其拉曼特征峰进行对二甲苯的分离纯度进行分析。

苯系物的拉曼特征峰

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对二甲苯浓度与拉曼的强度建立的模型图谱:

使用建立的模型在不同塔层的进行二甲苯分离纯度的检测,监测结果表面,在15层塔板以上,可以得到纯度较高的对二甲苯。

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应用:在线拉曼系统检测生化指标

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对葡萄糖溶液的检测

测试葡萄糖溶液,在测试15g/L相对误差为-10.30%,测试40g/L,相对误差为4.63%,测试60g/L,相对误差在2%以内。

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对甘油水溶液的检测

测试4.5g/L的甘油水溶液,相对误差为8.89%,测试9.4g/L的甘油水溶液,相对误差为3.45%,测试16.6g/L的甘油水溶液,相对误差为-3.87%。

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对乳酸水溶液的检测

测试9.92g/L的乳酸水溶液,相对误差为11.53%,测试16.11g/L的乳酸水溶液,相对误差为7.02%,测试21.43g/L的乳酸水溶液,相对误差为3.10%。

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应用:在线拉曼在药物中的监测

多晶型是药物中常见的重要现象,直接影响药物的生物利用度、药效、毒副作用、制剂工艺及稳定性等。晶型的控制是衡量药品质量和效果的一个重要标准。

目前常用来研究晶型的方法有:X射线衍射、红外光谱及热台显微方法等;这些方法都有各自的限制:X射线衍射通常样品量要求较大,不利于分析混合物中各组分,操作复杂且整机价格昂贵。红外光谱方法需要样品制备,尤其是在研磨过程中可能导致晶型转换,而且光谱分辨率不高。

与这些方法相比,拉曼光谱技术有以下优点:对样品的要求量比较少、无损、无接触、不需要样品制备、可进行1~2μm的微区分析,且精度和光谱分辨率高,适合用于药物的快速分析。

通过监测可以看到多晶型的诺氟沙星存在着不同的差异,无定形和晶型的灰黄霉素及非诺贝特也存在着差异。依据拉曼特征谱图,在药物研发、生产、检测中发挥其显著的优势。

光谱类的仪器是过程分析技术中的重要手段,特别是拉曼光谱及在线拉曼光谱分析技术,由于其特有的优势,在过程分析中将越来越多地得到广泛的应用。


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