过程分析技术 针对化学和制药工业的光谱方法和实施策略 原书第2版PDF|Epub|txt|kindle电子书版本网盘下载

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第1章 过程分析和过程分析技术总览1

1.1引言1

1.1.1历史回顾3

1.1.2商业驱动4

1.2过程分析项目的执行4

1.2.1智慧4

1.2.2团队结构5

1.2.3项目的生命周期5

1.2.4项目范围8

1.2.5常见的困难和挑战10

1.3过程仪器11

1.3.1过程仪器类型11

1.3.2新型过程仪器12

1.4结论13

1.5缩略语和术语13

致谢13

参考文献14

第2章 过程分析技术的实施15

2.1工业装置中实施过程分析技术（PAT）的简介15

2.1.1过程分析的定义15

2.1.2过程分析和实验室分析的区别16

2.1.3一般行业对PA的驱动力17

2.1.4应用类型（研发和生产的对比）17

2.1.5组织管理的注意事项18

2.2普遍的过程分析工作流程20

2.2.1项目识别和定义21

2.2.2分析应用的开发23

2.2.3设计、选定和采购23

2.2.4在生产中实施25

2.2.5日常操作26

2.2.6持续改进26

2.3制药工业中PAT实施的注意事项27

2.3.1简介27

2.3.2商业模式27

2.3.3技术差异28

2.3.4制药行业中过程分析的监管特性——质量源于设计的概念29

2.4结论32

参考文献32

第3章 过程取样：取样理论-过程分析技术欠缺的环节33

3.1引言33

3.2取样理论（TOS）介绍35

3.2.1不均匀性36

3.2.2组成不均匀性37

3.2.3分布不均匀性38

3.2.4结构上正确的取样40

3.2.5错误的取样误差40

3.2.6份样定界误差40

3.2.7份样抽取误差41

3.2.8份样制备误差41

3.2.9份样称量误差42

3.2.10总取样误差42

3.2.11总体估计误差42

3.3减量：一个特定的取样程序43

3.4基本取样原理45

3.5取样——一个非常实际的问题46

3.5.1取样单元操作46

3.5.2了解过程取样：0维和1维物料47

3.5.3抓样——0维和1维47

3.5.4正确过程取样：份样界定／抽取49

3.5.5 PAT与正确过程取样——什么是必需的52

3.6反应器和容器——相同的过程取样问题53

3.6.1现有过程技术的正确过程取样55

3.6.2向上通量——代表性的同步PAT取样55

3.6.3上升流同步的PAT取样器57

3.7 1维物料的不均匀性：变分法59

3.7.1过程取样模式59

3.7.2实验变分函数60

3.7.3取样计划模拟和TSE估计63

3.7.4 0维物料的TSE估计——批次取样64

3.7.5变分法分析的企业QC效益64

3.8数据质量——来自于TOS的新见解67

3.9化学计量学和PAT中的验证67

3.10结论69

参考文献70

第4章 用于在线分析的紫外-可见光谱法72

4.1引言72

4.2理论73

4.2.1化学浓度73

4.2.2颜色75

4.2.3薄膜厚度75

4.2.4浊度75

4.2.5等离子体／纳米粒子75

4.3仪器76

4.4样品界面77

4.4.1比色皿／管77

4.4.2流通池77

4.4.3浸入式探头78

4.4.4反射探头79

4.5实施79

4.5.1一套完整的过程分析仪79

4.5.2故障排除80

4.6应用81

4.6.1气体和蒸汽分析81

4.6.2液体分析81

4.6.3固体分析85

4.6.4其他应用87

4.7详细的应用说明88

4.7.1气体和蒸汽分析：甲苯88

4.7.2液体分析：穿透曲线89

4.7.3固体分析：挤出塑料的颜色90

4.7.4膜厚测量：聚合物90

4.8结论91

参考文献92

第5章 用于过程分析技术的近红外光谱：理论、技术与实现94

5.1引言94

5.2近红外光谱理论98

5.3近红外分析仪技术100

5.3.1近红外分析仪的光源和检测器100

5.3.2扫描光栅单色仪和多色仪二极管阵列104

5.3.3声光可调谐滤波器（AOTF）分析仪107

5.3.4傅里叶变换近红外分析仪111

5.3.5近红外过程分析仪的新技术116

5.4取样接口119

5.4.1简介119

5.4.2取样问题：液态、浆态和固态125

5.4.3光纤的使用126

5.5近红外分析的应用实例129

5.5.1炼油厂烃物料129

5.5.2多元醇、乙氧基化衍生物、环氧乙烷／环氧丙烷的聚醚多元醇131

5.5.3油脂化学品、脂肪酸、脂肪胺和生物柴油132

5.6结论133

参考文献134

第6章 红外光谱的过程分析应用136

6.1引言136

6.2红外光谱的实用问题140

6.3仪器的设计与技术141

6.4过程IR仪器144

6.4.1商品化的IR仪器145

6.4.2重要的IR元件技术149

6.4.3红外元件和仪器新技术152

6.4.4对过程红外分析仪的要求154

6.4.5 IR过程分析仪的样品处理160

6.4.6过程红外光谱实施中考虑的问题162

6.5过程红外光谱分析仪的应用164

6.6过程红外光谱分析仪回顾164

6.7趋势和方向166

参考文献167

第7章 拉曼光谱169

7.1拉曼光谱有吸引力的特性169

7.1.1定量信息169

7.1.2灵活的样品尺寸和形式便于无损检测169

7.1.3灵活的采样方式170

7.1.4有吸引力的光谱特性和有优势的选律170

7.1.5高采集速率171

7.1.6稳定耐用的设备171

7.2拉曼光谱潜在的问题171

7.2.1高的背景信号171

7.2.2稳定性172

7.2.3太高又太低的灵敏度172

7.2.4人员的经验173

7.2.5成本173

7.3拉曼光谱技术的基本原理174

7.4拉曼仪器176

7.4.1安全176

7.4.2激光波长选择177

7.4.3激光的功率和稳定性177

7.4.4光谱仪178

7.4.5样品接口（探头）179

7.4.6通讯181

7.4.7维护181

7.5定量拉曼181

7.6应用184

7.6.1酰化、烷基化、催化裂解和酯交换反应185

7.6.2生物反应器185

7.6.3混合186

7.6.4煅烧186

7.6.5催化187

7.6.6氯化188

7.6.7假冒药品189

7.6.8挤出189

7.6.9法医学190

7.6.10加氢190

7.6.11水解191

7.6.12医疗诊断191

7.6.13微波辅助有机合成191

7.6.14移动或现场使用192

7.6.15 天然产品192

7.6.16取向、应力或应变192

7.6.17臭氧分解193

7.6.18聚合194

7.6.19聚合物固化196

7.6.20多晶型物（晶体形式）196

7.6.21产品性质199

7.6.22纯化：蒸馏、过滤和干燥200

7.6.23薄膜或涂层200

7.7过程拉曼光谱的现状201

参考文献202

第8章 用于了解产品和过程的近红外化学成像213

8.1 PAT倡议213

8.2近红外化学成像（NIR-CI）在制药工业中的角色214

8.2.1固体剂型表征214

8.2.2“一张图片胜过千言万语”214

8.3近红外光谱成像仪的发展215

8.3.1空间分辨的光谱-成像215

8.3.2红外焦平面阵列215

8.3.3波长选择215

8.3.4近红外光谱仪的优点216

8.3.5近红外成像仪217

8.4化学成像原理218

8.4.1超立方体218

8.4.2数据分析219

8.4.3光谱校正220

8.4.4光谱预处理220

8.4.5分类221

8.4.6图像处理——统计222

8.4.7图像处理——形态224

8.5 PAT应用224

8.5.1含量均匀度测量——“自校正”225

8.5.2质量保证——一个完整的泡罩包装成像226

8.5.3污染物检测228

8.5.4包衣的成像——先进的剂量给药系统230

8.6处理案例研究：估计样品组成的“丰度”234

8.6.1实验234

8.6.2光谱校正和预处理234

8.6.3分析234

8.6.4结论239

8.7处理案例研究：通过统计分析确定混合均匀性239

8.7.1实验239

8.7.2观测图像中的视觉对比240

8.7.3成像的统计分析240

8.7.4混合均匀度测量241

8.7.5结论243

8.8结语243

致谢243

参考文献243

第9章 用于工业生产过程的声化学计量学监测技术246

9.1声化学计量学方法简介246

9.2声化学计量学原理247

9.2.1声传感器247

9.2.2声学传感器（加速计）安装248

9.2.3信号处理248

9.2.4化学计量学数据分析248

9.2.5作为一种PAT工具的声化学计量学248

9.3工业生产过程监测249

9.3.1流化床制粒监测249

9.3.2中试规模的研究250

9.3.3连续的流化床制粒机开车顺序的监测255

9.3.4紧急停机状况预警的过程监测258

9.3.5声化学计量学用于流体流动的定量分析260

9.4可用于在线声化学计量学的设备262

9.5讨论263

9.5.1制粒机监测263

9.5.2过程状态监测263

9.5.3氨浓度监测263

9.6结论264

参考文献264

第10章 过程的核磁共振波谱：技术和在线应用265

10.1引言265

10.2 NMR波谱仪的概述267

10.2.1 NMR现象267

10.2.2时间域-NMR ： FID和旋转弛豫的利用270

10.2.3高分辨率NMR：得到可分辨化学位移信息的波谱272

10.3过程NMR波谱仪273

10.3.1波谱仪和磁场的设计273

10.3.2样品和实验设计276

10.4 NMR数据的后处理方法277

10.5 NMR作为过程分析技术的优势和局限性279

10.5.1优势279

10.5.2局限性280

10.6在线和近线应用281

10.6.1 TD-NMR281

10.6.2高分辨率NMR：化学计量学的应用283

10.7目前的发展状况和应用290

10.8结论291

参考文献291

第11章 荧光检测和过程分析应用295

11.1引言295

11.2冷发光基本原理295

11.2.1冷发光的命名296

11.2.2冷发光过程296

11.2.3荧光分类296

11.3 LIF检测原理298

11.3.1光诱导荧光（LIF）检测分类298

11.3.2冷发光光谱299

11.3.3 LIF信号响应函数299

11.4 LIF检测仪器300

11.4.1 LIF光度仪的仪器规范301

11.4.2 LIF仪器选择303

11.5冷发光检测的风险304

11.6过程分析技术的应用304

11.6.1石化、化学和核领域的应用305

11.6.2制药PAT的应用305

11.7结论306

参考文献307

第12章 过程分析技术中的化学计量学309

12.1引言309

12.1.1化学计量学概述309

12.1.2一些历史310

12.1.3一些理念310

12.1.4分析化学中的化学计量学311

12.1.5过程分析化学中的化学计量学311

12.2化学计量学的基础312

12.2.1符号312

12.2.2一些统计基础313

12.2.3线性回归314

12.2.4多元线性回归316

12.2.5主成分分析317

12.2.6实验设计320

12.3 PAT中的化学计量学方法322

12.3.1数据预处理322

12.3.2建立定量分析模型330

12.3.3建立定性模型341

12.3.4探索性分析347

12.4过拟合和模型验证356

12.4.1过拟合和欠拟合356

12.4.2测试集验证357

12.4.3交互验证358

12.5离群值360

12.5.1离群值介绍360

12.5.2离群值检测和修正361

12.6 PAT校正策略364

12.6.1“校正策略空间”364

12.6.2直接校正与逆校正建模方法的策略365

12.6.3混合建模策略366

12.7样本和变量的选择367

12.7.1样本选择367

12.7.2变量选择369

12.8现有方法的故障排除／改进371

12.8.1方法评估371

12.8.2模型改进策略371

12.9模型传递与仪器标准化372

12.9.1斜率／截距调整373

12.9.2分段直接标准化（PDS）374

12.9.3广义最小二乘（GLS）加权方法374

12.9.4 Shenk-Westerhaus方法374

12.9.5其他的传递／标准化方法375

12.10 PAT中化学计量学模型实施问题375

12.10.1预测中的离群值376

12.10.2软件实施377

12.10.3数据系统和控制系统的集成378

12.10.4方法更新378

12.11人的问题378

12.12结论379

参考文献379

第13章 制药工业中光谱的在线PAT应用384

13.1背景384

13.2反应监测385

13.3结晶386

13.4 API干燥388

13.5纳米粉碎389

13.6热熔挤出389

13.7制粒390

13.7.1湿法制粒390

13.7.2碾压393

13.8粉末混合393

13.8.1润滑395

13.8.2粉末流动395

13.9压片396

13.10包衣396

13.11生物制剂397

13.11.1发酵397

13.11.2冷冻干燥397

13.12清洁验证398

13.13结论398

参考文献399

第14章 药物分析中的近红外光谱法：离线和近线PAT应用405

14.1引言405

14.1.1操作步骤406

14.1.2仪器认证407

14.2定性方法开发的基础408

14.2.1模式识别方法408

14.2.2谱库的构建409

14.2.3识别和确认411

14.3定量方法开发的原理412

14.3.1样品的选择和制备413

14.3.2样品的制备和选择414

14.3.3参比值的测定415

14.3.4光谱的获取415

14.3.5校正模型的建立415

14.3.6模型验证416

14.3.7新样本的预测416

14.4方法验证416

14.5校正传递417

14.6制药应用418

14.6.1原料识别418

14.6.2均匀性419

14.6.3水分420

14.6.4物理参数的测定420

14.6.5化学成分的测定423

14.7结论424

参考文献425

第15章 近红外光谱（NIR）作为化学工业中的PAT工具：增值及实施的挑战431

15.1引言431

15.2过程分析仪的成功实施432

15.2.1过程分析仪成功实施的过程432

15.2.2 NIR过程分析仪如何贡献商业价值434

15.2.3制定过程分析仪的技术要求需考虑的问题436

15.2.4 NIR的功能和局限437

15.2.5过程分析仪实施中通常的挑战438

15.2.6在线校正NIR分析仪的方法440

15.2.7 NIR监测聚合物熔体的特殊挑战442

15.3应用实例443

15.3.1监测乳液聚合的单体转化率443

15.3.2监测二乙苯异构体分离过程445

15.3.3监测挤出机中共聚物和聚合物共混物的组成447

15.3.4地毯表面纤维的快速鉴定449

15.3.5纺丝溶液的组成监测451

15.3.6聚酯熔体端基和黏度监测452

15.3.7共聚反应的线内监测455

参考文献456

第16章 用于增强过程了解的PAT的未来趋势以及在生物制造业中日益增长的应用457

16.1引言457

16.2监管指导及其对PAT的影响458

16.3超越过程分析仪迈向解决方案460

16.3.1基于风险分析的实验设计462

16.3.2 PAT工具与样品和过程指纹462

16.3.3设计和控制空间463

16.3.4化学计量学和过程分析463

16.4 PAT的新兴应用领域464

16.4.1生物燃料464

16.4.2生物制造465

16.5新的和正在出现的传感器和控制技术466

16.5.1太赫兹光谱466

16.5.2集成传感与处理467

16.5.3介电谱468

16.5.4过程色谱468

16.5.5质谱469

16.5.6微波共振469

16.5.7新型传感器469

16.5.8推理传感器471

16.6取样的进步：NeSSI471

16.7未来的挑战472

16.7.1连续过程的验证472

16.7.2数据的挑战：数据处理和融合473

16.7.3监管的挑战473

16.7.4管理数据的企业系统474

16.8结论474

参考文献475

附录 中英文对照表477