La Process Analytical Technology (PAT) consente di portare l’informazione analitica più vicino al processo produttivo, integrando il controllo di laboratorio con misure effettuate durante la produzione.
L’obiettivo non è partire da uno strumento, ma dal processo e dall’informazione che sarebbe utile conoscere mentre il processo è in corso.
Una soluzione PAT deve quindi nascere dall’analisi dell’esigenza: quale parametro è realmente utile, dove può essere misurato, con quale frequenza e con quale affidabilità.
Dal controllo di laboratorio al controllo di processo
Il laboratorio mantiene un ruolo fondamentale per il controllo qualità, la validazione dei metodi e le analisi di riferimento.
In alcuni processi, tuttavia, il campionamento e l’analisi successiva forniscono un’informazione riferita a un momento specifico. Una misura in-line, on-line o at-line può invece permettere di seguire con maggiore continuità l’evoluzione del processo e individuare più rapidamente eventuali variazioni rispetto alle condizioni attese.
La misura di processo non sostituisce quindi automaticamente il laboratorio: lo integra quando esistono le condizioni tecniche e applicative per ottenere un’informazione realmente utile.
Dal problema di processo alla soluzione analitica
Ogni applicazione viene valutata partendo dal processo e non dallo strumento.
Il punto di partenza è capire che cosa misurare e quale decisione di processo quella misura deve supportare.
Gli aspetti principali da considerare sono:
- il parametro che sarebbe utile conoscere durante la produzione;
- la matrice e la sua variabilità;
- il campo di misura;
- il punto in cui effettuare la misura;
- le condizioni operative del processo;
- l’accuratezza necessaria;
- la possibilità di calibrare e validare il metodo;
- l’integrazione della misura con il processo esistente.
Solo dopo questa analisi ha senso individuare la tecnologia e la configurazione strumentale più adatte.
Applicazioni PAT
Le applicazioni possono trovarsi a livelli diversi di sviluppo.
Alcune sono già consolidate e costituiscono una base concreta per affrontare processi simili. Altre dispongono di una base tecnica ma richiedono verifiche sulla matrice o nelle condizioni specifiche del processo. Altre ancora nascono da nuove esigenze e vengono inizialmente affrontate come studi di fattibilità.
Lattiero-caseario
Nel settore lattiero-caseario il controllo di processo può permettere di seguire parametri critici direttamente durante la produzione, riducendo il tempo tra la misura e l’informazione utile per il processo.
Sono già disponibili esperienze applicative concrete su differenti fasi e prodotti.
Mascarpone – controllo in linea del contenuto di grasso
Misura in linea del contenuto di grasso per seguire direttamente l’evoluzione del processo durante la produzione del mascarpone.
Approfondisci il case study sul mascarpone
Ricotta – monitoraggio del processo produttivo
Monitoraggio di parametri utili durante la produzione della ricotta, con l’obiettivo di ottenere informazioni più vicine al processo e supportarne il controllo.
Approfondisci il case study sulla ricotta
Burro – controllo di grasso, umidità e composizione
Utilizzo di misure NIR di processo per seguire parametri quali grasso, umidità e composizione durante le diverse fasi della produzione.
Approfondisci il case study sul burro
Acidificazione lattica – monitoraggio dell’evoluzione del processo
Monitoraggio dell’acidificazione nel tempo per seguire una fase critica del processo e confrontare l’andamento tra produzioni differenti.
Approfondisci il case study sull’acidificazione lattica
Food & beverage
Nel settore alimentare il controllo di processo può essere valutato quando la conoscenza più tempestiva di un parametro chimico o fisico può contribuire a comprendere meglio l’evoluzione della produzione.
Le possibili applicazioni dipendono dalla matrice, dal parametro da misurare, dal campo di concentrazione e dalle condizioni operative del processo.
Ogni nuova applicazione viene quindi affrontata partendo dall’esigenza produttiva e verificandone la fattibilità analitica prima di definire tecnologia e configurazione strumentale.
Chimico, farmaceutico e nutraceutico
Nei processi chimici, farmaceutici e nutraceutici le tecniche PAT possono essere valutate per ottenere informazioni più tempestive sull’evoluzione di una produzione, di una reazione o di una trasformazione.
La fattibilità dipende dal parametro da misurare, dalla matrice, dal campo di concentrazione, dalle condizioni operative e dalle prestazioni richieste.
La scelta della tecnica analitica viene quindi effettuata solo dopo aver definito l’esigenza di processo e verificato, quando necessario su campioni reali, che la misura possa fornire un’informazione sufficientemente affidabile e utile.
Acque e ambiente
Nel settore delle acque e dell’ambiente possono emergere esigenze nelle quali una misura più vicina al processo può fornire informazioni utili per il monitoraggio, il controllo o la verifica dell’andamento di un trattamento.
La fattibilità dipende dal parametro da misurare, dalla matrice, dai livelli di concentrazione richiesti e dalle condizioni operative.
Le nuove applicazioni vengono quindi affrontate partendo dall’esigenza concreta e verificando preliminarmente se la tecnologia analitica disponibile possa garantire prestazioni adeguate allo scopo.
Diversi livelli di maturità applicativa
Non tutte le applicazioni PAT si trovano allo stesso livello di sviluppo. È quindi importante distinguere ciò che è già supportato da esperienze concrete da ciò che richiede ulteriori verifiche sul processo specifico.
Applicazioni già consolidate
Dispongono di esperienze applicative e verifiche tecniche che possono costituire una base concreta per affrontare processi analoghi. Anche in questi casi devono essere considerate le caratteristiche specifiche della matrice e dell’impianto.
Applicazioni da verificare sul processo specifico
Esiste una base tecnica, un’esperienza precedente o un principio di misura promettente, ma sono necessarie prove sulla matrice reale, calibrazioni o verifiche nelle effettive condizioni operative.
Nuove applicazioni in fase esplorativa
Nascono da un’esigenza concreta del processo. Il primo obiettivo non è individuare subito uno strumento, ma verificare se il parametro possa essere misurato con sufficiente affidabilità e se l’informazione ottenuta possa essere realmente utile alla produzione.
Questo approccio permette di valorizzare le applicazioni già disponibili senza estendere automaticamente i risultati a processi che richiedono ancora una verifica specifica.
Come nasce una nuova applicazione PAT
Una nuova applicazione PAT parte da una domanda di processo, non dalla scelta preventiva di uno strumento.
Il percorso viene sviluppato per fasi.
1. Definizione dell’esigenza
Si identifica quale informazione sarebbe utile conoscere durante il processo e quale decisione potrebbe supportare.
2. Individuazione del parametro
Si verifica quale parametro chimico o fisico può fornire l’informazione richiesta e quale campo di misura è realmente significativo.
3. Valutazione del punto di misura
Si considera dove effettuare la misura: direttamente nel processo, su una linea di bypass oppure su un campione prelevato, valutando quindi una configurazione in-line, on-line o at-line.
4. Verifica della tecnica analitica
In funzione della matrice e del parametro vengono considerate le tecniche potenzialmente più adatte e, quando necessario, vengono effettuate prove preliminari su campioni reali.
5. Validazione dell’applicazione
Le prestazioni della misura vengono confrontate con un metodo di riferimento o con dati di processo per verificarne accuratezza, ripetibilità e utilità nelle condizioni operative reali.
6. Integrazione nel processo
Solo dopo la verifica analitica viene definita la configurazione strumentale e valutata l’eventuale integrazione della misura con il sistema di controllo o con le procedure operative del processo.
L’obiettivo finale non è semplicemente ottenere un dato analitico, ma trasformarlo in un’informazione disponibile nel momento in cui può essere utile per comprendere, controllare o ottimizzare il processo.
Tecnologie analitiche per il controllo di processo
La scelta della tecnologia analitica viene effettuata in funzione della matrice, del parametro da misurare, del campo di concentrazione, delle condizioni operative e della modalità con cui la misura deve essere integrata nel processo.
Tra le tecniche che possono essere valutate rientrano, ad esempio:
UV-Vis
Può essere adatta quando il parametro di interesse presenta un assorbimento significativo nella regione ultravioletta o visibile e quando la matrice consente una misura sufficientemente selettiva.
NIR
Può essere utilizzata per la determinazione di parametri legati alla composizione, come umidità, grasso o altri costituenti, in particolare quando è disponibile una correlazione affidabile con il dato di riferimento.
Raman
Può offrire informazioni sulla composizione molecolare e risultare utile in applicazioni nelle quali è importante distinguere componenti o seguire variazioni chimiche durante il processo.
A seconda della tecnica analitica, della matrice e del punto di installazione, possono essere valutate differenti configurazioni di misura, ad esempio in trasmissione, riflessione o ATR, quando applicabili.
La tecnologia viene quindi scelta solo dopo aver verificato che possa fornire un'informazione analiticamente affidabile e realmente utile al processo.
Valutare il proprio processo
Non tutti i processi richiedono una soluzione PAT e non tutti i parametri possono essere misurati direttamente durante la produzione.
Una prima valutazione può partire da alcune domande semplici:
- quale informazione sarebbe utile conoscere prima rispetto al controllo di laboratorio;
- quale parametro potrebbe fornire questa informazione;
- con quale frequenza sarebbe utile disporre del dato;
- dove potrebbe essere effettuata la misura;
- quale decisione o intervento dovrebbe supportare.
Da queste informazioni è possibile valutare la fattibilità dell'applicazione, individuare le tecniche analitiche potenzialmente adatte e definire gli eventuali test necessari prima di ipotizzare una soluzione strumentale.
Se stai valutando un'applicazione PAT o un controllo analitico più vicino al processo, possiamo partire dall'esigenza produttiva e verificare insieme quale percorso tecnico può essere realmente applicabile.