Insitu-Partikel-System-Technologie unter PAT-Gesichtspunkten für die integrierte Überwachung von Mehrphasensystemen

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29.04.2009 Die Inline-Partikelgrößen-Messtechnik wurde in den letzten zwanzig Jahren zur Serienreife entwickelt. Seit 1998 sind Sensorstandzeiten von 50000 Betriebsstunden mit dem PAT-Sensorsystem aus der Serie der Live Particle Sizer unter rauen Produktionsbedingungen Standard geworden.

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Entscheider-Facts Für Anwender



  • Insitu Live Particle Sizer PAT Sensoren ermöglichen das Verstehen von innovativen und dynamischen Partikelsystem-Größenverteilungen.
  • Das Wechseln von Größenstrukturen von Feinanteilen und Grobanteilen wird unter Produktionsbedingungen ohne umständliche Probenahme verfolgt.
  • Der Zusammenhang zwischen Partikelgröße und Partikelmorphologie wird durch die Darstellung der Größe über die Zeit als Statistik in der Funktion des Prozessverlaufes mit den PIA-Systemen deutlich.
  • Durch die große Anzahl der Einzelmessungen wird die Dynamik der Änderungen lückenlos ersichtlich, so dass rechtzeitig Steuermaßnahmen ergriffen werden können.
  • Die Optimierung während des Entwicklungsstadiums im Labor wird direkt im Scale-up in einem Bypass an der jeweiligen Produktionsanlage durchgeführt. Die Ziele der Produktspezifikation hinsichtlich Form und Größe können lückenlos verfolgt werden.
  • Optische Doppelfenstertechnologie in Verbindung mit Mehrkammerdichtungssystemen ermöglicht den Einsatz in extrem toxischen Medien.

Die Insitu-Bildanalyse ermöglicht die Formerkennung und die daraus resultierende auf zwei Dimensionen bezogene Größenbestimmung. Die hier ermittelten Morphologieparameter können von der Live Particle Sizer Software verarbeitet werden. Erst durch eine Insitu-Partikelmesstechnik sind Wissenschaftler und Ingenieure in der Lage, Partikelsysteme vollständig zu erfassen und zu verstehen, wobei unter Partikelsysteme die nicht diskrete Original-Darstellung unter Produktionskonzentrationen zu verstehen ist.

Live Particle Sizer arbeiten im Prozess und liefern die Ergebnisse in Echtzeit. Die In-Prozess-Technik ist praktisch für alle Dispersphasensysteme geeignet. PAT-Sensor-Systeme werden für jedes Entwicklungsstadium verwendet, von der Forschung bis hin zur Entwicklung und Produktion. Sie gewährleisten eine konsistente Datenversorgung über den gesamten Prozess hinweg. Angesichts der Kostenexplosion bei der Pharmaherstellung werden Millionenwerte in der Batch-Kristallisation gesichert und tragen auf diese Weise dazu bei, bessere Prognosen zu erstellen.

Konzept der Live Particle SizerTechnologie

Unter Prozessbedingungen treten Partikel als Systeme auf. Das heißt aber auch, dass verschiedene Komponenten als gesamtes komplexes System betrachtet werden sollen. Somit muss sichergestellt werden, dass das Stoffsystem nicht für die Messung der Partikelgrößenverteilung verändert wird. Darüber hinaus sind morphologische Parameter zu beachten. Alle Messungen müssen unter unverfälschten Originalkonzentrationen durchgeführt werden.

Bei einer Verdünnung der Emulsion würden die komplexen Parameter verändert und sozusagen ausgewaschen werden. Die Lösung bietet dem Anwender ein direktes Vermessen der Größenparameter unter den Bedingungen der Process Analytical Technology (PAT). Die Emulsionen können in Originalkonzentration sowohl im Becherglas als auch direkt während der Homogenisierung gemessen werden. Somit ist die Forderung der US-amerikanischen FDA (Food and Drug Administration) nach einer 100%-Produktionskontrolle gewährleistet. Die PAT-Sensoren unterstützen die bereits eingesetzten validierten Messsysteme in sinnvoller Ergänzung zur Process Analytical Technology.

Einsatz bei der Formulierung von Emulsionen

Bei der Formulierung steht die Frage der Stabilität im Vordergrund. Die Verteilung der erzielten Tropfengröße ermöglicht ein frühzeitiges Abschätzen der zu erwartenden Stabilität. Hierdurch lassen sich im großen Umfang Entwicklungszeiten einsparen. Der Anteil der Feinanteile und möglicherweise noch vorhandenen Grobanteile bzw. Artefakte zeigt dem Entwickler das Problemfeld auf. Bei der Messung werden alle Tropfen, die vom Sensor erfasst wurden, gezählt und den entsprechenden Größenklassen zugeordnet. Somit wird immer eine statistisch fundierte Verteilung erstellt.

PAT-Anwendungen erfordern oft die Bewältigung von extremen Prozessparametern. So werden H2S-und CO2-Tropfenverteilungen in Flüssiggas gemessen. Hier werden Sensoren bei 200bar und -120°C eingesetzt.
Alle Messdaten können mit einer einfach und somit schnell zu erlernenden Software ausgewertet werden. So lassen sich beispielsweise die Summenkurven über die Zeit des Prozessverlaufes darstellen. Der Anwender hat jederzeit einen Einblick über die Kinetik seiner Anwendung und alle Möglichkeiten eines Scale-up und Scale-down für seine Anlagen.

Messung von Granulaten von Kaffee

Bei der Granulation werden die PAT-Sensoren direkt in die Wirbelbetten und in die Granulatoren eingesetzt. Somit sind die Anlagen zielgenau steuerbar. Die Verteilung der Partikelgrößen wird kontinuierlich erfasst und der Prozessleittechnik über einen Bus zur Verfügung gestellt.

Da die meisten eingesetzten PIA-Systeme und PAT-Sensoren verständlicherweise der Geheimhaltung unterliegen, können nur einzelne Möglichkeiten aufgezeigt werden. Die Amortisation war aber immer innerhalb von weniger als drei Monaten gewährleistet. Partikel werden unter Prozessbedingungen in Größen von 500nm bis zu 4000µm von den Sensor-Systemen kontinuierlich gemessen.

Heftausgabe: Mai-Juni 2009
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Über den Autor

Jan Soschinski , Entwicklungsleiter und Senior Consultant Sequip
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