使用紧凑¹H NMR、近红外光谱和拉曼光谱结合多元数据分析监控Biocatalyzed反应微观反应系统

文摘

过程分析技术旨在过程知识和过程改进,效率,和可持续性。先决条件是过程监控。微观反应的组合系统和光谱证明合适的维度和化合物还原和实时监控功能。紧凑的¹H NMR、近红外光谱和拉曼光谱被用来监控biocatalyzed水解和乙酸酐酯化使用固定化乙酸异戊酯南极假丝酵母脂肪酶B (CALB)在微观反应系统在实时。为了便于识别的信号适合提取浓度时间(c-t)图2 d heterocorrelation光谱通过协方差转换生成应用于1 d拉曼,近红外光谱,核磁共振数据。通过这种纯粹的数学统计程序,流程的相关信号媒体被分配到推论和产品,因此适用于单变量数据评估。获得的数据被解释的一阶动力学模型,提取和相应的反应速率常数。一个替代、优雅和fit-for-automation动态光谱的分析方法是在使用多元曲线分辨率(MCR)。单变量和多变量方法的结果是类似的反应速率和浓度。而手动集成¹H NMR光谱紧随其后的是单变量分析允许建立一个最终产品浓度的乙酸异戊酯因此透露更多细节,多变量分析发现更适合过程自动化。

1。介绍

联合倡议以来,监管机构和制药行业,过程分析技术(PAT)已经从单纯的生产支持学科进入一个快速发展的研究领域1- - - - - -3]。它已成为工业生产过程的一个重要元素4]。因此,过程分析仪器位于或邻近的大规模流程和反应堆。过程的理解他们的应用程序,结果实际上是过程监控。知识获取过程的目的在于确保一个常数最终产品质量。进一步实现了过程控制,并允许流程优化。这个过程可能会提高效率,从而降低成本,可持续性,和安全1,2]。可再生的产品质量满足客户的需求是公司竞争力的一个重要的先决条件,这就需要使用设施,资源,以最经济的方式和能源(5]。

今天的过程分析工具包括各种各样的方法和利用他们的固有特性2]。光谱、光谱法和色谱法代表高度特定的方法(4]。其中,拉曼和近红外(NIR)[扮演主要的角色6- - - - - -8]。最近,核磁共振(NMR)谱已经成长为重点(9,10]。在过程监控中,寻求信息通常是一个复合的数量在给定的时间。因此,光谱技术提供甚至相对较低的分辨率和灵敏度比一般结构说明目的满足所需过程监控的要求。可以在线处理过程监控,在线,行或少desirable-off-line。为在线监测、探针插入到反应容器。进行了在线测量时,使用的是绕过。行分析,样本取自前的反应和治疗分析。因此,,,,,行实时监控类型通常提供的结果(1,2,7,11]。

为了弥补低分辨率的,例如,近红外光谱或紧凑的桌上型¹H核磁共振光谱仪,合适的多元数据分析程序设计和应用在单变量数据处理并不能证明足够的(11- - - - - -13]。另一个策略来提高光谱分辨率是由使用协方差数据处理[14- - - - - -16]。这种方法来源于统计数学。因此,不同的光谱,拥有一个共同的所谓的微扰维度是相关的,其中光谱强度表示两个独立变量的函数,如波数或频率。这种类型的二维相关光谱已经被野田佳彦等人介绍了红外和后来也为其他振动和光学吸收方法(16- - - - - -18]。核磁共振光谱学,Brueschweiler等人,Eads和野田佳彦已经报道了使用协方差转换相关频率域(19- - - - - -21]。2 d homocorrelation地图是由一系列一维光谱转换从一个光谱或2 d光谱技术。当两个系列1 d光谱或两个光谱的不同光谱技术相关,2 d heterocorrelation地图结果(22,23]。协方差方法特别有用的识别光谱共振适合过程分析。

浓度时间(c-t)配置文件从反应监测可以获得通过单变量方法或多元方法如多元曲线分辨率交替最小二乘(MCR-ALS) [24,25]。使用self-modelling曲线分辨率的方法,直接从记录可以确定反应动力学光谱系列(26- - - - - -28]。

乙酸异戊酯属于调味物质,其气味类似于香蕉和梨。它是香蕉油的主要成分。由于它的气味,乙酸异戊酯用作人造香味剂(29日,30.]。应用溶剂和载体,一旦被称为飞机涂料,已经消失了,除了历史以来复制品和模型飞机是由金属或碳复合材料(31日]。

在这项研究中,紧凑¹H NMR、近红外光谱和拉曼光谱仪被应用于实时监控biocatalyzed酯化乙酸异戊酯通过水解乙酸酐使用固定化南极假丝酵母脂肪酶B (CALB)在微观反应系统中,cf方案1。记录的光谱转换成2 d-heterocovariance相关地图的识别特定的单变量动态分析共振。结果相比,从多元MCR-ALS分析获得的动力学参数。

2。理论

2.1。多元曲线Resolution-Alternating最小二乘(MCR-ALS)

主成分分析(PCA)和偏最小二乘回归(PLS-R)是最常用的最优化过程数据分析工具(32,33]。主成分和潜变量通常并不代表化学和物理数量。这是均匀的MCR-ALS算法。物理化学知识可以集成到流程最优化分析,组件的数量可以定义通过反应物和产物的数量24,25,34]。从一个数据矩阵包含所有的光谱信息叠加由于反应混合物,纯粹的信息组件,例如,光谱,可以提取。在反应监测的情况下,代表了光谱数据。矩阵可以分解成小的数据矩阵和由纯光谱和相关浓度的概要文件和剩余矩阵如下(25,34- - - - - -36]:

矩阵的维度z×年代包含记录核磁共振光谱与相应的强度值的行。从反应监测、光谱系列代表时间的函数。转置矩阵的维度一个×年代包含了光谱纯组件的行一个。在矩阵的维度z×一个,纯光谱的贡献在列一个对应的浓度对应的频谱。残差矩阵的维度z×年代包含光谱残留,这无法解释的纯组件。残差可以表示随机噪声或系统的光谱干扰。

矩阵和可以通过MCR-ALS计算。他们从第一次估计迭代计算或在一个交替最小二乘法如下所示(24,35,37]: 在哪里表示估计价值和+伪逆。的分解是通过迭代最小二乘最小化的在合适的约束条件,即。,一个chemical kinetic model, nonnegativity in spectral, and concentration profiles as well as an initial guess of reagent and product concentrations. Since the uniqueness of the solution is determined by the secondary conditions, such as the chemical model, reaction order, and pure educt or product spectra, it is important to introduce as much physical-chemical knowledge of the system as possible into the constraints [34,38]。

2.2。人类和Heterocorrelation光谱学

核磁共振光谱相比,振动光谱技术并不是基于频率脉冲序列来编码两个频率域。虽然核磁共振光谱学是密切相关的傅里叶变换生成二维相关光谱,一种不同的方法被Eads和野田佳彦表示,Frasinski et al。21,22,39,40)协方差变换被用来创建一个关联映射通过记录一维光谱作为定量反应,可测扰动以系统的方式应用于样品(16,18]。这个扰动可能是温度、压力、浓度、压力、电场,最重要的是一个化学反应17,41]。相关光谱或地图, ,定义根据以下方程: 在哪里一方面受扰动的影响,被称为动态频谱,然后呢和是两个不同的光谱变量在给定的时间或固定时间间隔的外部变量 。符号代表一个合适的相关函数。减去的动态频谱计算的平均光谱从每个光谱一系列光谱。光谱强度的定量比较变化可以由统计理论的方法。从平均值由协方差变化。因此,相关的地图可以被认为是协方差矩阵,当动态光谱的系列是由一个矩阵表示。假设是一个复数,它可以表示根据以下方程组成的真正的一部分和虚部 :

用于光谱,协方差矩阵和频谱之间的关系,特别是2 d NMR谱,是彻底的证明(19日,20日,42]。证明本质上是基于Parseval定理。数值计算的相关地图被描述在其他地方(16,20.]。

由于统计性质的方法,相比一个一系列的光谱可能是另一个系列的光谱来自一个不同的光谱技术。这被称为heterocovariance光谱(21,41]。heterocorrelation地图将会根据以下方程: 在哪里和从不同的光谱技术是光谱变量。方程(6)可以改写矩阵表示法,cf,方程(7),的平方根是Parseval定理的结果(19,20.,43]: 在哪里是二维谱,是协方差矩阵,和是两个数据矩阵,比如一系列的光谱与一个共同的扰动维度。交叉峰的等相关光谱已报告帮助解决拥挤的光谱区域(16,43]。在这项研究中,2 d heterocovariance相关地图从一系列一维计算¹H NMR、拉曼和近红外光谱在反应监测记录。

3所示。材料和方法

3.1。光谱记录和处理

核磁共振光谱记录在线使用紧凑的NMR picoSpin80光谱仪的质子拉莫尔频率82 MHz(热费希尔科学GmbH, Dreieich,德国)。它有一个内置的流通池和一个电子锁,这样的液体测量过程媒体没有进一步的样品制备或氘溶剂或引用的标准。样品室拥有40的总量µ40 L和积极的问。操作温度是36°C。谱仪是由热费希尔PicoSpin软件0.9.3光谱仪控制板上运行和访问从一台笔记本电脑通过一个web界面。自由感应衰减(FID)是记录为4092数据点,零了傅里叶变换前8 k点。扫描的数量达到16和脉冲持续时间设置为60µ对应于一个90°的脉搏。光谱记录从0.3到7 ppm。带宽达4 kHz。所有光谱处理是通过MestReNova 12.0.0 (S.L. Mestrelab研究西班牙圣地亚哥德孔波斯特拉)Windows 7在一台笔记本电脑。zero-filling和傅里叶变换后的频谱大小(英尺)导致64 k。被用于光谱预处理方法的优化。他们用光谱0.004 ppm和规范化的最大峰值。基线校正是通过使用一个伯恩斯坦多项式的第三顺序。

拉曼光谱记录使用DXR™SmartRaman光谱仪(热费希尔科学GmbH, Dreieich,德国)和加工使用Omnic软件,版本9.2(热费希尔科学GmbH, Dreieich,德国)桌面PC上运行Windows 7。拉曼从InPhotonics浸探头(InPhotonics Inc .,诺伍德,妈,美国)是通过一个特殊的连接光纤模块,允许光谱仪和反应容器之间的距离5米。调查的焦点是定位在5毫米以上解决方案在反应容器。六十四光谱组成的光谱范围250 - 3500厘米⁻¹5厘米的一项决议⁻¹在每个反应时间点获得。激光是在785 nm和150兆瓦。进行处理,Omnic软件9.2(热费希尔科学GmbH, Dreieich,德国)使用。在1380分钟,50名光谱被记录下来。所有光谱基线修正使用非对称二阶Huber函数。光谱归一化到最高的乐队。基线校正和标准化,MatLab R 2017 b (MathWorks, Inc .,纳蒂克,妈,美国)使用。

进行近红外光谱测量与Antaris II Omnic FT-NIR分析仪使用软件,版本8.0(热费希尔科学GmbH, Dreieich,德国)。选择光谱范围从4000 - 10000厘米⁻¹4厘米的决议⁻¹和扫描的数量被设置为64。光谱仪是配备了近红外光谱transflection浸探头Falcata (Muellheim Hellma GmbH & Co . KG,德国)。所有光谱归一化后基线校正函数使用非对称Huber 3日订单,再次在MatLab下R 2017 b。

3.2。微观反应装置

不锈钢微观反应组件(Ehrfeld Mikroreaktionstechnik Wendelsheim,德国)是根据图组装1(44,45]。在一个开放的存储容器,反应物,20毫升的乙酸酐(> 98%,默克公司,达姆施塔特,德国),40毫升的异戊醇(> 98%,默克公司,达姆施塔特,德国),和少量的蒸馏水,造福酶,涨跌互现,转移通过蠕动泵Smartline 100 (Knauer GmbH,柏林,德国)到微观反应组装5毫升/分钟的速度。异戊醇的过剩确保完成转换的酸酐。酶的固定化南极假丝酵母脂肪酶B(丹麦诺维信A / S, Bagsvaerd)是通过与环氧丙烯酸酯树脂混合酶Purolite®ECR8205F (Purolite GmbH, Ratingen,德国)在50 mM磷酸盐缓冲剂在环境温度和搅拌20 h。然后将固定化酶转移的墨盒Ehrfeld反应堆200 F。填充量达到1.8的2毫升盒体积。反应是通过加热反应堆启动35°C。解决方案的停留时间分数,大约2毫升,在反应堆达到2分钟。包含产品解决方案,然后,再循环进入储存容器。微观反应装置是通过软件控制LabVision 2.10(硝酸钠藏GmbH, Herzogenrath,德国)。

反应混合物转移到核磁共振光谱仪样品室通过阀(图1)。设置阀门,5秒后停止流动,16每样品光谱可以累积。下面的示例介绍了光谱仪通过旁路,将前一个回船在同一时间(cf图1)。拉曼和NIR光谱记录相应的探针连接几毫米以上的表面反应液体存储容器或沉浸进去(cf图2)。1380分钟的反应是在一段时间内进行的。

3.3。协方差和多元数据分析

二维相关地图生成使用程序2 dshige个人电脑上运行微软Windows 7(下46]。光谱数据导出为ASCII文件从上面列出的光谱处理软件。为了减少数据集的大小,1 d光谱减少装箱在1 k核磁共振数据点,732数据点拉曼,1 k近红外光谱的数据点。数据文件转换成人类——或者heterocorrelation地图和显示为轮廓或颜色阴谋使用适当的阈值水平。

MCR-ALS分析、核磁共振、拉曼和NIR光谱自动导入MatLab,版本2017 b,其中MCR-ALS工具箱2应用[35,47]。选择三个潜变量或组件外观检验的基础上计算的结果。光谱的nonnegativity条件和浓度配置文件被设置为约束条件。此外,动力学模型假定⟶B。其他模型测试是一个⟶⟶C和A + B⟶C + d。值得注意的是变量或组件的数量不是可互换的真实过程的化学成分系统。的初始猜测离析物浓度介于3.0和3.5之间摩尔·L⁻¹。起始值,反应速率常数是假定为2.5·10⁻³最小值⁻¹。计算和实验浓度时间剖面之间的协议是作为善良得到的动力学参数。

4所示。结果与讨论

4.1。定性反应监测

对酶催化乙酸酐水解,随后与异戊醇进行酯化微观反应平台。酶固定化,位于筒反应器作为非均相催化剂。过程监控使用在线1 d¹在线拉曼和近红外光谱、核磁共振谱。光谱记录过程中反应超过1380分钟。一个目标的过程分析,过程的理解,在这里通过生成表示c-t土地使用化学动力学理论及其数学描述。是直接寻求推论或产品特定的光谱信号,可以解释的浓度。从核磁共振光谱的解释,协方差光谱学的有用性,特别是heterocorrelation应当证明光谱学。然而,分析师们更熟悉振动光谱可能从拉曼或近红外光谱。相关的推论和产品可以识别的信号¹H NMR光谱(图2)。

乙酸酐水解的自由通过甲基乙酸出现在NMR光谱共振在2.0和1.8 ppm后者信号源于从乙酸乙酸酐和前。以下自由乙酸与异戊醇的酯化反应,乙酸异戊酯可以被非常弱的甲基共振为3.8 ppm。水共振,观察到4.1 ppm的开始反应,改变反应过程中,发现6.5 ppm的反应。信号由于迁移到pH值的变化引起的醋酸的解放。由于核磁共振光谱选择性高,个人和布置得井然有序的信号可以认为。这是一个单变量的应用数据分析的先决条件。因此,c-t曲线是容易获得的反应,(见部分4.3)。

虽然高分辨率的内在轨迹核磁共振光谱仪,小得多的桌上型光谱仪操作在82 MHz质子拉莫尔频率提供足够的分辨率来获得相关的推论和产品。以下段落说明了信息获得的NMR分析可以快速转移到拉曼和近红外光谱分析。

4.2。二维相关光谱支持反应监测

很容易发现信号或乐队适合反应监测、heterocorrelation地图计算从核磁共振,拉曼,和近红外光谱,如图3。光谱差异随反应进程以来最容易识别和解释¹H NMR光谱,获得信息被转移到拉曼和近红外光谱。而在其他情况下拉曼或近红外光谱证明更容易解释的,逆方法均匀好用。

Heterocorrelation光谱不包含对角山峰(16,48]。因此,所有观察到的相关性在给定的核磁共振化学位移相关的信号变化强度变化在拉曼光谱波数。因此推论的相关峰值的标志和产品信号可以归结。使用选定的成功归因于核磁共振信号,即。,2。0 ppm for acetic anhydride, 3.8 ppm for isoamyl acetate, and 1.8 ppm for acetic acid, correlations with the bands at 800, 1700 and 1740, and 3000 cm⁻¹观察(cf。图吗3)。在该地区1740至1790厘米⁻¹、非对称和对称伸缩振动的两个C = O组羧酸酐被检测到。产品的亚甲基共振为3.8 ppm显示只有一个非常弱的同相或正相关拉伸C = O振动从醋酸1700厘米⁻¹。的积极的迹象表明一个产品的信号。模拟应用的相关性为2.0 ppm, 2980厘米⁻¹和1.8 ppm, 2980厘米⁻¹:-(蓝色)信号显示一个educt-product关系,积极的(红色)的交叉峰的一个产品。在810 - 910厘米⁻¹、弱碳碳伸展的醋酸纤维素发生振动。这个信号是没有直接明显的1 d拉曼光谱。NMR的总统不过是可见的,这表明二维相关光谱的识别也适合低浓度副产品(49]。

乙酸酐的此类水解可以通过监测是1740厘米的C = O伸缩振动⁻¹在拉曼光谱和亚甲基共振在核磁共振光谱2.0 ppm。C = O伸缩振动表现出负相关的亚甲基共振乙酸为1.8 ppm,而两个推论和产品信号同时运行在相反的方向。这是反映在1740厘米之间的正相关性⁻¹和2.0 ppm, 1700厘米之间⁻¹免费的醋酸和1.8 ppm。除了很强的相关性的碳氢键的振动在3000厘米⁻¹,一个温和的相关性在800厘米的范围⁻¹从参与水解的物质可以被认可。首先,乙酸酐为2.0 ppm的负相关。其次,与自由醋酸正相关在1.8 ppm(被发现50]。

在¹H NMR-NIR 2 d heterocorrelation (cf图3 (b)),观察信号反映出水解,但详细的任务可能无法实现。然而,从2 d NMR-NIR相关光谱,碳氢键的泛音和组合振动和地6250 - 7150厘米⁻¹和4540 - 5000厘米⁻¹可能是由于通过各自的正负相关性的亚甲基共振在2.0和1.8 ppm。它也可以认识到,一个单变量评价会伪造动力学评价自观察乐队代表叠加组件(50]。

总之,2 d heterocorrelation光谱证实了信号分配给一个推论或产品通过直接将信息从一个到另一个光谱技术。2 d地图显示振动乐队从单一化合物的起源或叠加。Heterocorrelation光谱从而发现促进信号的识别和分析适用于过程监控。选择58的光谱记录如图4作为每个光谱方法的堆栈的阴谋。

4.3。定量反应监测

接待的过程分析一般目标浓度时间(c-t)数据。他们从光谱中提取进行简单使用内联和微观反应装置在线监测。通过光谱分析使用heterocovariance相关情节,信号对应推论和产品确认如上所述。根据不同的信号,导致单变量分析c-t情节是应用。然而,一系列的光谱与完全记录的光谱范围受到多元数据分析的形式MCR-ALS。

检查核磁共振光谱(cf图4(一))透露,水信号来自酶的缓冲体系很明显。产品的光谱,信号叠加了水的转变,从动力学评估被丢弃。自一个核磁共振信号曲线下的面积成正比核自旋导致信号的数量,实际的相对浓度是由集成信号为2.0,1.8,和3.8 ppm和纠正他们的核的数量。确定绝对浓度,内部标准方法需要应用(51,52]。提供了足够的NMR的线性放大器,可以确定绝对浓度在反应自反应物初始浓度是已知的(51]。由于放大器的非线性,获得相对组成的混合物从直接集成的具体推论和产品信号,因此单变量分析,对反应时间(图绘制5)。

核磁共振光谱显示弱但可判断的乙酸异戊酯的信号在3.8 ppm,拉曼光谱和近红外光谱没有提供相应的足够的强度。由于工艺参数的选择,只有少量的产品是形成反应期间监测等异戊酯产品出现弱信号被NMR信号及其heterocorrelation在相应的光谱3.8 ppm。催化的第一步。,the hydrolysis of acetic anhydride to acetic acid, was monitored by the signals in the range of 2.0–1.8 ppm and the corresponding Raman band at 800 cm⁻¹。加速的反应可能是由选择更高的温度。可能发生酯化最终更加突出。的单变量评估信号产生醋酸和醋酐比较反应速率常数从拉曼光谱和核磁共振光谱监测,显示的值2.1和2.2·10⁻³最小值⁻¹从乙酸酐为转换乙酸(cf表1)。在拉曼光谱中,乐队在1740和1700厘米⁻¹分别用于推论和产品监测。试验采用单变量分析的近红外光谱数据没有给出令人满意的结果。虽然设想为过程控制自动化,MCR-ALS分析似乎是一个有吸引力的方法识别合适的乐队就不需要。核磁共振的MCR-ALS分析和拉曼光谱图所示6。在计算之前c-t曲线的一阶反应机理,⟶B,速率常数的初始猜测,推论起始浓度被定义为边界条件(53]。

该算法将光谱数据转换成c-t根据预定义的数据模型,即。一阶反应。提取数据的通信模型的可视化c-t曲线。从图6,它可以认识到拉曼和NMR数据,这项协议是非常好。只有足够的近红外光谱数据并不能证明质量产生良好的协议模型,因此小散射(cf图6 (c))。之间的对应关系c-t观察到的数据和一阶模型对所有三种光谱技术。离群值,如观察到的近红外光谱分析,可能表明障碍,如实验室温度变化在取样或测量。其他测试对反应机制c-t数据。无论是二阶反应A + B⟶C + D和后续反应⟶B⟶C显示数据一阶模型符合均匀良好的协议。然而,乙酸异戊酯的低产量和因此产生的低信噪比的影响算法的性能,因此没有优越的协议模型可以被发现。

此外,单变量多元分析的比较显示出显著的一致性对秩序和获得的反应速率常数。反应监测的结果enzymatic-catalysed水解反应为单变量和多变量分析总结通过MCR-ALS表1。

所有光谱方法揭示了一级化学动力学模型的速率常数。由于酶催化,反应可能会遵循符合一级机制,这不会是明显的从一阶机制在反应条件下应用。显然,催化水解-进展更快还是更喜欢异戊酯的形成。单变量分析的核磁共振数据(cf图5),相应的反应常数1.3 10⁻³最小值⁻¹获得了。没有多元的描述这个后续酯化可以实现自观察乙酸异戊酯只有在NMR谱后约2小时的反应时间,提供仔细的目视检查。假设MCR-ALS算法不能够识别信号以及异戊酯的Raman-bands拥有足够的信噪比。产品的信号强度是确定一个合理的过低c-t配置文件通过MCR-ALS算法,而训练有素的分析师能够提取数据一致。因此,在这种情况下,利用提供的单变量数据分析量化极其微小的信号,评估也需要更大的努力。

酶也遭受酸pH值是乙酸的形成的结果。过程溶液的pH值低于pH值5 - 9的生物催化剂的工作范围。因此认为CALB失去了活动和停止生产乙酸异戊酯。因此,随后的反应不会明显影响决定的速率常数。

应该注意,振动带的强度取决于振子强度和极化率,这是不同的两个不同的乐队。因此,产品的实际浓度或浓度比率和推论不可能来自于拉曼乐队与核磁共振共振。

总之,两种方法可能获得c-t数据,这被证明是适合过程分析技术:单变量分析和MCR-ALS多元的方法。协方差谱,在heterocorrelation光谱学的形式,是适合帮助识别特定信号的推论和产品。基本过程的理解可以通过描述c-t利用动力学模型曲线。从数据的数学描述,就可以预测的反应和快速识别偏离预期的过程。这些知识可能会被用于自动化过程控制。

5。结论

分析桌上型仪器。,一个紧凑¹H NMR操作在82 MHz,近红外光谱和拉曼光谱仪,成功结合不锈钢微观反应组装。对CALB催化水解,随后的乙酸酐酯化乙酸异戊酯作为模型的异构生物催化反应。核磁共振光谱的推论和产品提供不同的信号,和近红外光谱和拉曼乐队不能轻易被分配在光谱的目视检查。为了方便作业,2 d heterocorrelation地图是从一系列计算1 d NMR和1 d使用协方差振动光谱数据转换。

定量分析的光谱数据是通过使用单变量和多变量方法。的c-t数据从核磁共振、拉曼和近红外光谱证明了足够的质量测试一阶或pseudofirst-order动力学模型产生一致的结果。MCR-ALS算法是成功申请biocatalyzed反应。然而,改善信噪比,例如,通过增加收购的数量但测量时间的延长,提高观察物种的识别。此外,MCR-ALS算法可以同时应用于数据的三个分析技术。光谱监测获得的知识的过程,heterocorrelation-based光谱解释,单变量或多变量动态分析可以使未来的过程控制。自动化的目的,MCR-ALS被认为合适的比单变量数据处理。离析物饲料、反应温度和流量优化最佳产量。这些工艺参数可以调整自动检测偏差从相应的反应动力学和抵消通过反馈回路。

数据可用性

数据记录在核磁共振、拉曼和近红外光谱仪热费希尔科学。分光计的原始数据可以提供文件格式。使用MatLab分析了数据。MatLab文件可以获得要求从相应的作者。根据要求,我们也可以包括从云Sciebo下载链接。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关这篇文章的出版。

确认

作者感谢热费希尔科学中的振动和核磁共振光谱仪种子项目和a . Nickisch-Hartfiel和技术和p . Naderwitz bio-technological专长。R。L是非常感谢德国学术奖学金基金会的资助。作者感谢Niederrhein应用科学大学(HSNR)财政支持。

引用

1. 美国食品和药物管理局,指导工业:拍一框架创新药品开发、制造、质量保证美国卫生和人类服务部,华盛顿特区,2004年美国。
2. 欧洲药品局,反射纸:化工、制药和生物信息包含在档案当过程分析技术(PAT)工作欧洲药品局,金丝雀码头,伦敦,英国,2006年。
3. k . a . Bakeev过程分析技术约翰·Weiley & Sons,奇切斯特,英国,第二版,2010年版。
4. w .咀嚼和p .沙拉特“过程分析技术趋势,”分析方法,卷2,不。10日,1412 - 1438年,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. 钱德,a . m .戴利d·a·弗利et al .,“行业观点过程分析技术:工具和应用程序在API开发中,“研发的有机过程,19卷,不。1,第83 - 63页,2014。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. g . r . r . j . a . Do Nascimento De马赛,e·s·多斯桑托斯和j·a . De Oliveira“原位实时和近红外光谱(NIRS)定量监测的生物量、葡萄糖、乙醇和甘油浓度的酒精发酵,“巴西化学工程杂志》上,34卷,不。2、459 - 468年,2017页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. r . Schalk f·布劳恩,r·弗兰克et al .,“非接触式拉曼光谱在线监测的葡萄糖和乙醇酵母发酵期间,“生物处理和生物系统工程,40卷,不。10日,1519 - 1527年,2017页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. k . Degardin a Guillemain, y Roggo“手持式拉曼光谱仪的全面研究分析,假冒药品,”《光谱学ID 3154035条,卷。2017年,13页,2017。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. b . Blumich k·辛格,“桌面NMR和有机化学的应用程序从材料科学,”《应用化学国际版卷,57号24日,2-17,2017页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. m·f·Isaac-Lam”在酒精饮料酒精含量测定用45 MHz台式NMR谱仪,“国际期刊的光谱卷,2016篇文章ID 2526946、8页,2016。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. s . Kern k . Meyer s Guhl et al .,“在线低场核磁共振光谱学的过程控制工业lithiation reaction-automated数据分析,“分析和分析化学,卷410,不。14日,第3360 - 3349页,2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. f·达立兹,m . Cudaj m . Maiwald, g . Guthausen”过程由低场核磁共振光谱和反应监测,“核磁共振光谱学的进展,60卷,52 - 70年,2012页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
13. n . Zientek c . Laurain k·梅耶,m . Kraume g . Guthausen和m . Maiwald”同时19 f-1h中等分辨率核磁共振光谱在线反应监测,“磁共振杂志卷。249年,62年53 - 2014页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
14. d·a·斯奈德r . Bruschweiler ge Morris和J.W. Emsley“多维相关性由协方差NMR光谱”多维核磁共振方法的解决方案,第105 - 97页,约翰威利& Sons,奇切斯特,英国,2009年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
15. m . Jaeger和r . l . e . g .胪列其它“协方差NMR和小分子应用,”在核磁共振光谱学的年度报告,83卷,2014年。视图:谷歌学术搜索
16. 野田佳彦,a . e . Dowrey c . Marcott通用汽车的故事,和y Ozaki,“广义二维相关光谱,”应用光谱学,54卷,不。7日,页。236 - 248 a, 2000。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
17. 野田佳彦,“广义二维相关法适用于红外、拉曼和其他类型的光谱,”应用光谱学卷,47号9日,第1336 - 1329页,1993年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
18. 野田佳彦,“二维红外光谱”,美国化学学会杂志》上,卷111,不。21日,第8118 - 8116页,1989年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
19. n . Trbovic斯米尔诺夫,f·张,r . Bruschweiler“协方差NMR光谱通过奇异值分解,磁共振杂志,卷171,不。2、277 - 283年,2004页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
20. r . Brüschweiler”,协方差核磁共振光谱学理论”,化学物理学报,卷121,不。1,第414 - 409页,2004。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
21. c·d·Eads和野田佳彦,“广义相关核磁共振光谱,”美国化学学会杂志》上,卷124,不。6,1111 - 1118年,2002页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
22. l . j . Frasinski k .苹果蠹,p . a . Hatherly“协方差映射:相关方法应用于多光子电离,”科学,卷246,不。4933年,第1031 - 1029页,1989年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
23. 。野田佳彦,”修改后的二维相关光谱的测定顺序的强度变化,“杂志的分子结构卷,1124年,第206 - 197页,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
24. l . r . Terra m . n . Catrinck和r·f·Teofilo”MCR-ALS应用量化的5-hydroxymethylfurfural使用紫外光谱:研究催化过程采用了实验设计,“化学计量学和智能实验室系统卷,167年,第138 - 132页,2017年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
25. •凯斯勒(george w . bush)和r·w·凯斯勒”多元曲线分辨:评估生物技术的动力学反应的方法,”分析和分析化学,卷384,不。5,1087 - 1095年,2006页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
26. j . y . Le Dreau: Dupuy称:"现在玆哲,d . Ollivier和j . kist“红外研究衰老的食用油氧化光谱指数和MCR-ALS最优化方法,”Talanta,卷77,不。5,1748 - 1756年,2009页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
27. r . Tauler“多元曲线分辨率应用于二阶数据。”化学计量学和智能实验室系统,30卷,不。1,第146 - 133页,1995。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
28. r·j·佩尔和x陈,“多元曲线分辨率对理解复杂的反应,”化学计量学杂志》,28卷,不。5,411 - 419年,2014页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
29. a . Guvenc n Kapucu, U。Mehmetoǧlu”,乙酸异戊酯的生产使用固定化脂肪酶在无溶剂系统中,“生物化学过程,38卷,不。3、379 - 386年,2002页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
30. f·w·威尔士w·d·默里,r·e·威廉姆斯和i . Katz,”微生物和酶生产的味道和香味的化学物质,”生物技术的关键评论,9卷,不。2、105 - 169年,1989页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
31. c·h·迪金森,j·沃森和b·华莱士”印象的方法研究附生植物的微生物及其应用phylloplane研究”英国真菌学的社会事务,卷63,不。3、616 - 619年,1974页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
32. z . p . Chen j·莫里斯,a Borissova et al .,“批冷却结晶有机化合物的在线监测使用ATR-FTIR光谱学加上一个先进的校准方法,”化学计量学和智能实验室系统,卷96,不。1,49-58,2009页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
33. g . Mazarevica j . Diewok j . r . Baena e·罗森博格和b . Lendl“在线发酵监测通过中红外光谱,”应用光谱学,卷。58岁的没有。7,804 - 810年,2004页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
34. •凯斯勒(george w . bush)和r·w·凯斯勒”多元曲线resolution-integration冯Wissen chemometrische modelle,”化学方面的技术,卷82,不。4、441 - 451年,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
35. j . Jaumot n . Escaja r . Gargallo c·冈萨雷斯,e . Pedroso和r . Tauler“多元曲线分辨:一个强大的工具在核酸构象转变的分析,“核酸的研究,30卷,不。17日,p。92 e, 2002。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
36. r . Tauler“多元曲线分辨 :理论和应用程序”,趋势分析化学,23卷,第79 - 70页,2004年。视图:谷歌学术搜索
37. w·凯斯勒,多元Datenanalyse毛皮死制药、生物和ProzessanalytikWiley-VCH,德国魏因海姆,2006年。
38. a . l . Pomerantsev和o . y . Rodionova过程分析技术:一个关键的chemometricians,”化学计量学杂志》,26卷,不。6,299 - 310年,2012页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
39. l . j . Frasinski a·j·贾尔斯,p . a . Hatherly j . h . Posthumus m·r·汤普森和k .未熟,“协方差映射和三重巧合技术应用于电子离解电离,”电子能谱学杂志》和相关的现象卷,79年,第371 - 367页,1996年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
40. r . l . e . g .胪列其它p·e·t·j . Geutjes m .珩磨和m . Jaeger”使用间接的协方差处理小分子的结构说明光谱拥挤的情况下,“磁共振在化学卷,49号7,425 - 436年,2011页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
41. m . Jaeger和r . Legner Homo和hetero-covariance核磁共振光谱学和应用程序来处理分析技术,”光谱Analyses-Developments和应用程序,Eds观察大肠Sharmin和f .征服者。,55 - 80、2017页。视图:谷歌学术搜索
42. b·w·胡·周。野田佳彦和g . z赵”核磁共振方法适用于生物分子结构特征,“分析化学,卷77,不。23日,第7538 - 7534页,2005年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
43. b . Hu j.p. Amoureux, j . Trebosc“间接协方差NMR光谱通过债券homo-nuclear相关性四极核的固体在高分辨率下,“固态核磁共振没有,卷。31日。4、163 - 168年,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
44. w . Ehrfeld、诉埃塞尔和h·洛伊“Microreactors-new技术为现代化学,”研发的有机过程,5卷,不。1,p。89年,2001。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
45. r . Legner Hafner, m·沃伊特et al .,“微流程分析technology-monitoring化学过程在微反应使用微型光谱仪,”GIT,3 - 4卷,38-40,2016页。视图:谷歌学术搜索
46. 盛田昭夫,2 dshige (c)日本关西学院大学西宫,2004 - 2005。
47. j . Jaumot a de胡安,r . Tauler”MCR-ALS GUI 2.0:新功能和应用程序”,化学计量学和智能实验室系统卷,140年,页1 - 12,2015。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
48. y梅伊荣格和野田佳彦,”广义两种的新方法- - - - - -维关联能谱法及其应用”,应用光谱学评论第41卷。。5,515 - 547年,2006页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
49. 野田佳彦,”进展二维(2 d)关联能谱法,“杂志的分子结构,卷799,不。1 - 3,男童,2006页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
50. g .苏格拉底,红外和拉曼特征频率约翰•威利& Sons有限公司奇切斯特,英国,第三版,2004。
51. 更广泛和l·德雷尔“测量蛋白质浓度的核磁共振光谱,”美国化学学会杂志》上,卷128,不。8,2571 - 2576年,2006页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
52. f . Malz和h . Jancke“验证定量核磁共振,”制药和生物医学分析杂志》上,38卷,不。5,813 - 823年,2005页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
53. n维里克,l . Nørgaard r .兄弟,s . b . Engelsen“核磁共振数据的最优化分析,”现代核磁共振,第1843 - 1833页,2008年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

版权

版权©2018罗宾Legner et al。这是一个开放的访问分布在条知识共享归属许可,它允许无限制的使用、分配和复制在任何媒介,提供最初的工作是正确引用。