パーシャルシーディングとプログラム冷却のコンビナトリアル手法による結晶品質最適化

使用部分晶种和程序冷却的组合方法优化晶体质量

基本信息

批准号：
21J10991
负责人：
海野城衣
金额：
$ 0.96万
依托单位：
Waseda University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

申請者がこれまでに晶析速度論モデルを取得したL－アルギニン水溶液系とアセトアミノフェンエタノール溶液系を実験の対象物質とし、硫酸カリウム水溶液ベースの物質系を晶析速度論モデルが既知の仮想の対象物質とした。まず、アセトアミノフェンエタノール溶液系の晶析速度論モデルを用いて最適なプログラム冷却の冷却方式を探索したところ、過冷却で未析出の溶液に種晶を添加することが最適であることが示唆された。そのため、この冷却方式とパーシャルシーディングのコンビナトリアル最適化を計算と実験の両手法から検討した。結果として、計算では粒径分布を最良にするような最適な操作条件の組み合わせが存在したが、実験では計算値からのズレやランダム誤差が大きく、その存在を確認できなかった。この原因として、第一に、これまでの研究で取得した速度論モデルにおいて考慮していない、結晶の破砕や凝集といった現象が発生していることが考えられる。第二に、新たに結晶核が発生する核化現象が確率論的挙動を示すことが考えられる。第一の要因に関して、破砕や凝集がパーシャルシーディングに影響を与える可能性を仮想系の計算によって検証した。結果として、破砕や凝集はパーシャルシーディングの最適な操作条件に影響を与えるだけでなく、最適化の可否にすら影響を与えることが示唆された。第二の要因に関して、確率論的核化がパーシャルシーディングに与える影響について仮想系の計算によって検証した。結果として、うまく制御されたパーシャルシーディングでは確率論的核化の影響は小さくなることが示唆されたが、ラボスケールでは確率論的核化の影響が無視できないことが示唆された。そのため、本手法の実験的検証のためには、スケールアップした実験系でコンビナトリアル最適化を行う必要があることが示唆された。また、粒径分布の測定・予測・制御に関して得られた知見を学位論文及び著書として発表した。

L-精氨酸水溶液系统和对乙酰氨基乙醇溶液系统（申请人都获得了结晶动力学模型，它们都用作实验的靶标物质，并且将基于硫酸钾的水性材料系统用作已知结晶动力学模型的虚拟靶标。首先，当我们搜索使用对乙酰氨基乙醇溶液基于结晶动力学模型的最佳冷却方法，以进行编程冷却时，建议通过过冷来将种子晶体添加到未注明的溶液中的最佳方法。因此，我们使用计算和实验方法研究了这种冷却方法和部分播种的组合优化。结果，计算表明，最佳的工作条件是合并的，以最好地达到粒度分布，但是实验显示出与计算值和随机误差的偏差很大，并且无法确认其存在。首先，人们认为这是因为发生了晶体断裂和聚集等现象，这在先前研究中获得的动力学模型中不考虑。其次，人们认为发生新晶体核的成核现象表现出概率行为。关于第一个因素，我们验证了断裂和聚集可能通过计算虚拟系统影响部分播种的可能性。结果，建议裂缝和聚集不仅影响部分播种的最佳工作条件，而且还会影响优化的可用性。关于第二个因素，通过虚拟系统计算验证了随机成核对部分播种的影响。结果表明，随机成核的作用在控制良好的部分播种中很小，但是随机成核的影响在实验室尺度上不能忽略。因此，已经提出，为了通过实验验证这种方法，在扩展的实验系统中必须进行组合优化。他还发表了关于在他的论文和出版物中衡量，预测和控制粒度分布的知识。