Approche par microgouttes pour mesurer la solubilité et la cinétique de nucléation d’un polymorphe métastable : le cas de la phase IV du KDP

La solubilité et l’énergie interfaciale sont deux paramètres fondamentaux qui sous-tendent la nucléation compétitive des polymorphes. Cependant, la mesure de la solubilité des phases métastables s’accompagne d’un risque de transformations de phases, ce qui peut rendre les résultats peu fiables. Dans ce travail, nous présentons une technique microfluidique rapide pour mesurer la solubilité de la phase métastable en utilisant la phase IV du KDP comme système modèle. Cette approche par une méthode d’encadrement implique l’observation du comportement de dissolution/croissance des cristaux de la phase métastable en contact avec des microgouttelettes sursaturées (par rapport à la phase stable) générées par évaporation. Ensuite, grâce à notre technique de mesure du temps de nucléation récemment mise au point et au calcul à l’aide du modèle de Mersmann des énergies interfaciales à partir des solubilités, nous avons pu accéder aux énergies interfaciales des phases métastables et stables. Pour mieux comprendre le comportement de nucléation observé, nous avons utilisé la théorie classique de la nucléation pour modéliser la compétition de nucléation des polymorphes à l’aide de la solubilité mesurée et des énergies interfaciales calculées. Les résultats montrent que la phase stable est favorisée à une sursaturation plus faible, tandis que la phase métastable est favorisée à une sursaturation plus élevée, en bon accord avec nos observations et les rapports expérimentaux dans la littérature. Dans l’ensemble, notre approche microfluidique permet d’accéder à des niveaux de sursaturation sans précédent et révèle une interaction intéressante entre la thermodynamique et la cinétique dans la nucléation de polymorphe. Les méthodes expérimentales et les connaissances présentées ici peuvent présenter un grand intérêt, notamment pour la cristallisation des minéraux et l’industrie pharmaceutique.

Pour plus d’information : https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.cgd.3c01086

Cet article a été sélectionné pour ACS Editor’s Choice.