PRŮMYSL 4.0/PHARMA 4.0
Emitting Diode (LED) zdroje (např. 235 nm, 255 nm, 275 nm, 310 nm, …). Vývoj vysokoenergetických LED pro germicidní oblast (UVC, 200–280 nm) výrazně urychlil Covid-19. Tyto LED působí virocidně (ničí DNA, RNA virů a bakterií). Radiometrický výkon LED roste s vlnovou délkou. Nicméně pro porovnání stávající analytické deuteriové lampy mají radiometrický výkon 10–100 uW/235 nm, zatímco komerční LED 3mW/235 nm. Výrobce LED plánuje do roku 2027 nabízet LED s 35 mW/235 nm (technologicky je to možné díky efektivnímu chlazení LED). Deuteriový UV detektor obsahuje následující prvky: deuteriová lampa, vstupní štěrbina (ovlivňuje rozlišení detektoru), kolimace světla (para- lelní paprsky), rozklad světla (difrakční mřížka), průtoková cela (na optických kabelech), fotodiodové pole (PDA), celé spektrum zaznamená- vá najednou, HPLC i preparativní UV detektory mají většinou rozlišení 1 nm, PDA má většinou 1024 fotodiod. LED UV detektor se skládá ze zdroje záření LED, optických kabelů, průtočné cely a širokospektrálního detektoru (200–800 nm). LED mají velmi vysokou životnost, vyšší tepelnou stabilitu (mj. méně generuje teplo), rychlý start, lze lineárně regulovat jejich výkon v širo- kém rozsahu. Všeobecně u detektorů je nezbytné zabezpečit robustní podmínky měření. U UV detektoru je nejdůležitější konstantní teplota jak zdroje světla, tak i detektoru a veškeré elektroniky. Pro prostředí ATEX existují dvě možnosti, jak provozovat UV de- tektor. Instalovat kompaktní detektor v Pevném závěru (AF45/AF46; optek.com) nebo použít průtočnou celu připojenou optickými kabely (ECD2600 UV-VIS EX Detector; ECOMsro.com, ABSOD 2020; Epem s.r.o) a detektor instalovat v zóně mimo nebezpečí výbuchu nebo v inertizované přístrojové skříni v prostředí ATEX (viz v textu výše). Je třeba si uvědomit, že intenzita vstupního světla s každým spojem, použitým materiálem (cutOFF skla) nebo vibrací optického kabelu ztrácí na intenzitě a vzniká šum a nepřesnost měření. Absorbance, výstup z chromatografického detektoru se popisuje jako logaritmus intenzity mobilní fáze vůči měřenému vzorku. Tzn. pokud absorbance je 2 000 mAU (tisícina absorpční jednotky), tak pouze 1 % vstupního světla prochází detektorem (99 % vstupního světla se pohltí analytem). Závislost absorbance na koncentraci analytu bývá většinou lineární do 1 500 mAU. U většiny detektorů měřicí rozsah končí kolem 2 000 mAU (vrchol píku se uřeže). Za předpokladu, že je u preparativní chromatografie předmětem zájmu odstranění nečistoty před a za hlavním píkem, pak je vhodné tyto píky dostatečně zvětšit. Běžné zoomování na displeji je nevhodné, optimální je změnit optickou dráhu v průtočné cele (větší mezera = větší odezva). V analytických HPLC UV celách bývá optická dráha 10 mm, u preparativních UV detektorů bývá 0,5–2 mm. Absorbance je závislá na Lambert Berově zákoně, nic- méně vždy je vhodné mít v laboratoři UV průtočnou celu s nastavitelnou optickou dráhou (Cross Flow Cell; CustomSensors.com)a do výroby použít optickou dráhu s fixní optickou dráhou (kvůli kvalifikaci). Dalším zrobustněním celého procesu je použití UV detektoru, který obsahuje splitr světla před průtočnou celou a zároveň kontinuálně měří na druhém senzoru intenzitu světla emitujícího zdroje (přístroje Optek). Proces se tak vyhne driftu signálu, stárnutí zdroje světla, mechanickým vlivům. Na pozadí jakéhokoliv detektoru probíhají nejrůznější matematické úpravy signálu. Například u námi vyvíjeného UV preparativního dete- ktoru ve spolupráci s EPEM je sbíráno sedm hodnot za sekundu, vypočítává se klouzavý průměr a následně se provede exponenciální vyhlazení. Obě metody slouží k vyhlazení signálu. Všechny parametry těchto výpočtů je možno na pozadí změnit tak, aby detektor byl vhodný i pro rychlejší aplikace. Zároveň detektor sbírá hodnoty z průtoku, teplotu a pozici ventilů – viz obr. 1. Reakce v autoklávu za zvýšeného tlaku jsou špatně vzorkovatelné. Existuje nebezpečí, že heterogenní katalyzátor ulpí v kulovém ventilu a ten přestane těsnit. Zde lze s výhodou použít PAT monitoring reakce. Například hydrogenaci nitro skupiny na nitroso lze sledovat zapojením smyčky s UV detektorem anebo úplné konverze až na amin zavedením HPLC smyčky – viz obr 2.
řízení automatizačních procesů s možností předávání dat do vyšších úrovní, které již zajišťují automatizaci a kontrolu výrobních procesů. Mezi těmito úrovněmi automatizačních prostředků existuje standardní datové kabelové propojení, ale v poslední době každý větší řídicí systém nabízí připojení detektorů pomoci bezdrátové sítě (např. pomocí Wire- lessHART bateriových převodníků – Wireless; Emerson.com). Přestože signál z detektoru se posílá dál do řídicího centra, vždy je vhodné mít u technologie zobrazovací displej s číselnou hodnotu a grafickým zobrazením měřené hodnoty v čase. Data z výrobních sen- zorů mají různou důležitost informace, jako například HPLC > NMR > > IR, Raman> NIR > UV, velikost částic > Teplota > tlak, pH, zákal, průtok, hladina. HPLC je dominantní instrumentace pro analýzu reakční konverze a čistoty daného procesu, proto se nabízí, aby i PAT s nejvyšší přida- nou hodnotou byl právě HPLC. Komerčně dostupné PAT HPLC jsou významně dražší než standardní HPLC zařízení (Agilent 1260/1290 Infinity II; agilent.com). Nicméně on-line PAT HPLC lze sestrojit in-house z komerčních komponent. Zde je krátký seznam prvků pro sestavení HPLC: cirkulační čerpadlo pro malé průtoky, 50 nl přepí- nací ventil (Cheminert Analytical HPLC internal sample injectors; vici.com), HPLC pumpa, HPLC kolona a UV detektor a vše zabudovat do ATEX skříně – viz obr. 2. Pro zvýšení robustnosti lze použít kvalifi- kovaný SW pro zpracování dat například Empower. Existují stolní NMR obsahující permanentní magnet (Stolní NMR sys- témy Oxford Instruments; AMEDIS.cz, Spektrometr NMR picoSpin-45 MHz; Pragolab.cz), jejichž cena i údržba je výrazně nižší, než je u standardních NMR přístrojů. Externí NMR průtočnou celu lze připojit on-line k čerpadlu, a tak získat informaci o chemické konverzi, nicméně tyto informace v PAT přístupu jsou příliš nadstandardní. Tyto detektory jsou vhodné spíše k výzkumným účelům. Relativně selektivně lze monitorovat reakci pomocí IR spektroskopie . Informace je nicméně často zahlušená signálem z rozpouštědla. Klasické FTIR fungují na principu zdroje světla pro měření pomocí vyhřátého keramického bloku (>1000 °C), který emituje spojité širokospektrální IR spektrum. Interferometr následně rozdělí celé spektrum a pomocí Fourie- rovy transformace se získá spektrum vzorku. Výhodou FTIR je rychlost a citlivost analýzy. Běžným řešením jsou průtočné ATR cely, instalované přímo na stolní FTIR spektrometry. Do PAT IR technologie výrazně zasáhly IR laditelné lasery (External Cavity Laser Kit; AlpesLasers.ch, Mid-IR Laser; daylightsolutions.com). Za předpokladu, že známe IR spektrum reakční směsi, lze často najít IR pás, který se mění s konverzí. Existuje řada komerčních MID IR laserů, které mají fixní vlnočet. Ale pro univerzálnost existují i laditelné lasery (na principu pulzní šířkové modulace) a jejich rozsah bývá až 300 cm –1 . Pokud se použijí speciální optické kabely pro MID IR, tak lze průtočnou celu instalovat i odděleně od IR detektoru (Hollow Glass Waveguides; art photonics). Průtočná cela může být na principu ATR nebo transmisní. Podobně lze ke sledování reakcí použít Ramanovu spektroskopii . S výhodou se používá u reakcí probíhajících ve vodě (slabá absorbance). Nevýhodou může být fluorescence a menší intenzity vibračně rotač- ních pásů. V Tevě se Ramanova spektroskopie rutinně používá např. pro vstupní kontrolu surovin (BRAVO Ruční Ramanův spektrometr; optikinstruments.cz). V Tevě je metoda NIR používaná pro off-line analýzu obsahu regenero- vaných rozpouštědel. Existují NIR PAT transmisní detektory, které lze instalovat do reaktoru (MicroNIR PAT-L; VIAVIsolutions.com). Výho- dou je, že data jsou teplotně kompenzovaná a že vše je v jednom těle. Absorpční pásy bývají široké a často nespecifické a tudíž k vyhodnocení konverze je nezbytné použít chemometrické metody. V opavském závodě se používá validovaná NIR metoda pro sledování konverze metoxylace. Když molekula absorbuje UV záření , elektrony (π → π*, n → π) v chro- moforu přecházejí z nižší energetické hladiny (základní stav) na vyšší energetickou hladinu (excitovaný stav). Energetické přechody vazebných elektronů jsou spojeny s absorpcí elektromagnetického světla. Standardním zdrojem spojitého UV záření (160–400 nm) jsou deu- teriové lampy. Moderní náhradou jsou úzké spektrum emitující Light
11
CHEMAGAZÍN • 5 / XXXIII (2023)
Made with FlippingBook - professional solution for displaying marketing and sales documents online