真空连续结晶器

#Integrity 10 平行结晶系统#结晶介稳区是指溶解度平衡曲线与超溶解度曲线之间的区域。溶解度曲线和超溶解度曲线将溶液浓度-温度相图分割成三个区域，分别是稳定区、介稳区和不稳定区。一个特定的物系，只有一条明确的溶解度曲线，而超溶解度曲线的位置却受到很多因素的影响，如有无搅拌、搅拌速度、有无晶种、晶种的大小种类、杂质，超声波、电磁场等。介稳区理论对API结晶工艺过程控制至关重要。在一个结晶过程中，当过饱和度超过介稳区进入不稳定区域时，溶液中就会自发成核。为了使得产品具有较高的纯度和理想的粒度分布，通常将结晶过程控制在介稳区内进行。介稳区宽度越大，说明结晶物质的过饱和溶液越稳定。图1：介稳区示意图介稳区宽度的测定对于工业结晶有着非常重要的意义，它不仅是结晶操作时选取适宜过饱和度的依据，也是进行过夜结晶器设计的重要参数，也就是说，要求的较为准确的最大过饱和度或最大过冷却度，作为设计中选择适宜的过饱和度的依据。目前使用经典技术测量样品溶液的溶解度点和成核点可能需要很长时间。在蛋白质的应用中，这是一个特殊的问题，因为不能用一种方法同时进行测定。 本应用简报介绍了一种快速、可靠且可重复的测定方法，用于测定乙酸钠缓冲溶液中溶菌酶的介稳区宽度。该方法使用配备红外透射检测器的 STEM Integrity 10 平行结晶系统，使用浊度测量技术进行检测。图2：STEM Integrity 10 平行结晶系统相关实验及结果 实验方法：溶液在 STEM Integrity 10 平行结晶系统中以 0.1°C/min 的控制方式加热和冷却，以确定成核点和溶解度点。使用可选的浸入式 IR 探头(货号：ATS10230)收集浊度测量值。 实验结果：溶解度点定义为透射率百分比达到稳定平台的点，形核点定义为透射率百分比持续下降的第一个点，如下图所示。图3: 溶菌酶溶液浊度随温度的变化(15mg/ml)下图确定了许多溶液浓度下的成核点和溶解度点。图4:12mg/ml和20mg/ml溶菌酶溶液浊度随温度的变化根据浊度测量确定的成核点和溶解度点与下图所示伪相图中溶菌酶溶解度的文献数据一起绘制。图5:溶菌酶蛋白假相图(4%NaCl，0.1M醋酸钠缓冲液pH 5.0)这种类型的图表的构造使得介稳区很容易被识别。结论：通过使用浊度测量技术确定具有不同蛋白质浓度的溶液的成核点和溶解度点。该方法的特点是重现性好、可信度高。结合文献报道的已知相图，本研究中获得的数据显示了良好的相关性。与其他经典方法相比，使用这种技术可以在几个小时内确定介稳区宽度，并且精度极高。Integrity 10 应用及配置一、Integrity 10应用方向：介稳区宽度测定快速获取溶解度曲线测定成核诱导时间API晶型高效率筛选API溶解度筛选化学反应条件筛选二、Integrity 10为您提供：1. 多管平行结晶系统10个完全独立的反应池，行业领先每个反应池独立控温和搅拌温度范围: -30°C~150°C搅拌速度: 350rpm~1200rpm2. 精确的温度控制变温速度可以在0.1°C/min至5°C/min之间选择反应池间可承受温差高达180℃温度均一性: ±0.5℃分辨率: 0.01℃3. 强大的软件功能直观，易于操作，由您指尖随心完全控制6’高清微处理触摸屏PC软件可快速获取溶解度曲线，用于溶解度/结晶评价4. 宽广的样品体积1ml试管适合珍贵药物的筛选3ml试管适合常规筛选25ml试管适合化学合成筛选5. 灵活的配置可选非浸入及浸入式IR探头，分析样品浊度(可搭配多重红外探头盒进行平行实验)可选外置温度探头及多重温度控制单元，使温度监控更加精确可选惰性气体接口可选冷凝回流装置可选集成机器人自动化工作站三、我们的客户众多行业用户选择了我们的Integrity 10 平行结晶系统，这些用户中不乏知名药企巨头。联系我们，获取行业用户应用案例。

高质量晶体的制备对精细化工、生物工程和制药工程等领域至关重要，而晶体的质量取决于晶体的形貌、纯度和颗粒特性。微尺度液滴构建简单、可复制性强、易于在线观察，且具有独特的柔性气液界面，因此在精确调控晶体特性、揭示结晶机理方面展现出巨大潜力，逐渐成为晶体工程的前沿热点。在微尺度液滴结晶过程中，不均匀的界面蒸发既引起了液滴内部的溶液补偿，也诱导了温度与浓度梯度的出现，从而在液滴内形成微环流，主导着溶质分子的迁移与聚集。液滴形状的调控意味着不同气液界面的构建，从根本上影响着液滴的蒸发过程，是调节液滴内部环流形式的重要手段。近日，大连理工大学高效分离过程与耦合强化团队利用摩方精密3D打印机(nano Arch S140 Pro，10 μm)设计制备了具有微米级结构的半柔性结晶器。以该结晶器为核心构建一系列异形液滴（HD），从而耦合HD气液界面与内部环流方向与强度（Ra/Ma），诱导溶质分子的定向输送，实现高质量晶体的制备。相关结果以“Shaping droplet by semiflexible micro crystallizer for high quality crystal harvest”为题发表在《Journal of Colloid and Interface Science》期刊上。该研究中，如图1d-1f所示，利用3D打印机制备了表面平整、中性的半柔性结晶器（其结晶平台半径为600 μm）。在液滴体积不变的情况下，通过调节半柔性结晶器的压缩或拉伸，控制液滴的高度，构建出一系列不同纵横比的HD（图1a和1c）；且在液滴的结晶过程中，也可实现对HD高度的实时调控（图1b）。如图2b和2d所示，对于纵横比为0.76的HD-0.76，在结晶过程中，凸气液界面、垂直气液界面、凹气液界面相继出现，它们一方面诱导了液滴内部的环流方向，一方面通过改变蒸发强度调节着液滴内部的环流强度（Ra/Ma），从而在蒸发稳定后（Stage 4）形成一种中心汇聚型环流。而在HD-0.56和HD-1.02中，由于其气液界面与环流方向和强度的不匹配，最终在蒸发稳定后（Stage 4）形成的是边界发散型环流（图2a，2c和2d）。随后，以40%饱和度的NaCl溶液结晶为例，在HD-0.76中，中心汇聚型环流驱动溶质分子向液滴中心输送，最终在结晶平台的中心获得立方单晶。而在HD-0.56和HD-1.02中，边界发散型环流将溶质输送向液滴接触线区域，从而形成咖啡环状晶体和随机堆叠状晶体。图1. （a）半柔性微结晶器构建HD示意图。（b）实时调控液滴形状示意图。（c）HD纵横比的定义。（d）半柔性结晶器表面的Zeta电位表征。（e）半柔性结晶器表面的SEM和AFM表征。（f）半柔性结晶器表面的XPS表征。图2. COMSOL模拟HD-0.56（a），HD-0.76（b），HD-1.02（c）结晶过程中的环流矢量。（d）HD-0.56，HD-0.76，HD-1.02结晶过程中瑞利流强度与马兰戈尼流强度之比（Ra/Ma）。图3. HD-0.56（a），HD-0.76（b），HD-1.02（c）结晶过程的截面图。HD-0.56（d），HD-0.76（e），HD-1.02（f）对应晶体的SEM形貌。该研究受到国家重点研发计划（2019YFE0119200；2021YFC2901300），国家自然科学基金（21978037；21978033）等项目的支持。

金属卤化物钙钛矿太阳能电池为下一代光伏技术开辟了一条新的途径，它制造成本低且具有高光电转化效率。然而，长期稳定性仍是阻碍商业化的关键问题。在目前的钙钛矿太阳能电池中，原子/离子/分子间相互扩散（如卤化物侵蚀、阳离子偏析等）和化学反应（如电化学反应、光化学反应等）常常导致器件在运行条件下出现严重的退化，特别是光照和热产生的化学腐蚀和材料分解在金属/钙钛矿界面尤为突出，这限制了高效电池的长期稳定性。阻挡层已被证明是抑制电极腐蚀和提高器件稳定性的有效策略。作为离子迁移的屏障材料，其应具有本征的不渗透性和化学稳定性，这一点已经得到了广泛的研究。目前大多数阻挡层材料都是基于材料本征稳定性和制备工艺展开研究和筛选，从而优化器件性能和稳定性。然而，纳米尺度非晶薄膜微结构异质性和离子迁移的阻挡能力之间的固有规律尚未有系统研究。非晶态半导体由于其致密的形态和化学均匀性，具有良好的化学抗腐蚀性和抗渗透性，在太阳能转换、微电子学、催化和光电子学中具有多种应用。与晶体薄膜相比，非晶薄膜没有典型的晶体缺陷，这有三个优点：（1）少的能量异质位点减少化学腐蚀程度；（2）缺乏高维缺陷（如晶界）作为离子/原子迁移通道；（3）局部表面电荷的波动降低，表面电位更平滑，接触良好。因此，非晶阻挡层为防止器件发生腐蚀反应和扩散途径提供了一个有效的方案。但是，目前对器件中的非晶阻挡层的关注有限，其阻挡作用需要进一步探索。因此，来自北京理工大学的朱城副研究员和陈棋教授，在Advanced Materials上发表了“Engineering amorphous-crystallized interface of ZrN x barriers for Stable Inverted Perovskite Solar Cells”的文章，第一作者为肖梦琪。文章开发了非晶态ZrNx薄膜作为屏障，以抑制金属腐蚀并提高反式电池的稳定性。通过借助模式识别技术对a-c界面密度进行了量化，研究了非晶-结晶（a-c）界面对ZrN x阻挡层性能的影响。此外进一步通过电化学方法揭示了a-c界面防腐蚀特性和非晶薄膜的化学稳定性。最终调控制备了具有非晶ZrN x阻挡薄膜的高效率器件（23.1 %），并显示出良好的稳定性。在室温下最大功率点跟踪连续1500小时后，仍保持88%的初始效率。本文要点要点一：非晶ZrNx阻挡层的a-c界面量化及其阻挡特性非晶-多晶阻挡层中通常包含不同程度的结晶区域，由此产生的非晶-结晶（a-c）界面容易成为离子渗透的通道。通过收集不同结晶程度ZrN x阻挡层的高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）数据，采用模式识别技术来分析和评估短程异质性和长程无序性。通过调控工艺参数，实现了ZrN x薄膜中结晶区域和非晶区域的比例调控，从而导致a-c界面密度的降低。并通过Tof-SIMS证明了非晶程度高的ZrN x薄膜具有更好的阻挡特性。要点二：非晶ZrNx的防腐性能和化学稳定性提升作者通过电化学方法证明了，ZrN x非晶态薄膜中a-c界面的减少有助于薄膜的防腐性能提高。通过DFT理论计算和不同结晶程度的ZrN x薄膜的表面电势的结果，作者认为防腐性能的提高归因于非晶材料活化能提高和化学势的均匀分布，从而在动力学上抑制了离子或者原子的迁移。因此，非晶程度高的ZrN x薄膜具有更好的抗腐蚀能力和化学稳定性。要点三：非晶ZrNx抑制电极腐蚀和钙钛矿退化作者验证了非晶ZrN x在没有传输层器件中的阻挡效果。在85 ˚C黑暗和N 2条件下老化500小时后，通过SEM图像发现具有非晶ZrN x阻挡层器件的Cu电极表面没有明显变化，而标件Cu电极表面出现针孔和形貌变化。进一步通过XRD和XPS确认标件电极中出现CuI，但是非晶ZrN x阻挡的器件中电极没有出现CuI，说明非晶ZrN x能够抑制电极的腐蚀。此外，剥离Cu电极后，通过光致发光图像和隧道式原子力显微镜得到非晶ZrN x减缓了钙钛矿的退化过程，提高了钙钛矿薄膜的稳定性。要点四：器件稳定性提升通过在传输层和电极之间插入非晶ZrN x阻挡层，明显提高了反式钙钛矿太阳能电池的运行稳定性，在一个太阳光照下，连续的最大功率点跟踪超过1500小时后，保持初始效率的88%。此外，还表现出良好的光热稳定性，在85 ˚C下超过1000小时后仍保持90%的初始效率，在N 2气中一个太阳光照下超过1300小时后仍保持90%的初始效率。从老化后PSCs的Tof-SIMS和截面的SEM图像中，均发现非晶ZrN x有效抑制PSCs中的Cu和I的迁移。