1 簡介

在放大生產過程時，小規(guī)模試驗研究是十分重要的。一般來說，小規(guī)模試驗的量不應小于工廠每次生產量的1/10，否則所做小規(guī)模試驗研究可能是沒有意義，或會產生誤導。其原因是，當每次生產量改變很大時，要保持重要過程參數(shù)（包括與機械功相關的變量、時間和溫度等）恒定是很困難的。這些因素相互影響，使工藝放大復雜化。

多數(shù)非牛頓型流體產品的物理性質不僅與添加于配方中每個組分的質與量有關，而且亦強烈地受過程變量影響，包括添加次序、使用混合設備、乳化溫度和每批生產量等。

在工藝放大過程中遇到的很多“意外”，都是可以預測的，如果小試時能多注意一些細節(jié)，做一些簡單的實驗，收集一些數(shù)據(jù)，對以后的工藝放大會有很大幫助。

那么如何用科學實驗設備輔助工藝放大過程呢？本文將介紹如何使用多重光散射技術選擇合適的分散條件。

2使用Turbiscan控制生產放大過程 

2.1評價均勻性

均勻性是物質的一種或幾種特性具有相同組分或相同結構的狀態(tài)。從理論上講，如果物質各部分之間的特性量值沒有差異的話，那么該物質就這一給定的特性而言是*均勻的。然而，對于分散體系均勻性而言，由于是多相不均勻體系，兩相之間存在密度差，或者粒子之間存在相互作用力，均勻性會隨著時間發(fā)生變化。

均勻性是樣品放大過程中非常重要的因素，不均勻的料體生產出的產品，會出現(xiàn)復雜的不穩(wěn)定現(xiàn)象，使得后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和優(yōu)化分散過程造成困難。

在生產過程中，在每一步混合步驟中，都可以利用Turbiscan多重光散射儀在20s的時間內評價樣品分散的均勻性。下圖為同一個樣品在不同攪拌時間的Turbiscan數(shù)據(jù)。

紅色曲線是攪拌不夠充分時取出的樣品，掃描線呈現(xiàn)凹凸不平的波動，均勻性差。綠色曲線代表的樣品是充分攪拌后，曲線比較平滑，意味著均勻性較好。

由于Turbiscan一次掃描的時間僅需要20s，所以，可以在產品制備的過程中多次取樣，對整個分散過程的均勻度進行監(jiān)控。

2.2均勻性指數(shù)計算方法

利用Turbiscan直接測量樣品整體掃描曲線，將樣品中部區(qū)域數(shù)據(jù)點取出，進行標準偏差的計算（可借助excel中stdev公式）。標準偏差計算公式：

σ趨近于0: 均勻性好；σ趨近于1: 均勻性差。

2.3 監(jiān)測分散過程

2.3.1Turbiscan Disepersion Tools (TDT)

通過Turbiscan Disepersion Tools配件，配合點模式測量方法，可以把Turbiscan的樣品池模擬成反應器，研究分散體系的分散過程。

TurbiscanTDT配件

Turbiscan粒徑隨時間變化曲線

上圖為初級粒徑為25nm的TiO2顆粒平均粒徑隨超聲時間的變化過程，可以看到TiO2顆粒在不同的溶劑中分散過程是不同的，在水中隨著超聲時間增加，粒徑降低過程較明顯，其次為乙醇；在丙酮、庚烷、乙酸乙酯等溶劑中分散效果較差。

2.3.2 Turbiscan Loop （TLo）

通過Turbiscan Loop配件，配合點模式測量方法，可以把Turbiscan與生產設備串聯(lián)，研究分散體系的實際分散過程。

TurbiscanTlo示意圖

平均粒徑隨時間變化曲線

上圖為13wt%碳酸氫鈉乙醇懸浮液隨著研磨時間的粒徑變化過程（濕法研磨），可見隨著研磨時間的增加，顆粒尺寸逐漸降低。結論：Turbiscan多重光散射儀可以評價分散過程中樣品的分散均勻性，為生產放大過程保駕護航。Turbiscan搭配 TDT和TLo工具拓展了Turbiscan的應用范圍，不僅可用于分析化學反應過程和超分子自組裝過程，還可用于監(jiān)測實際的分散過程。