'n Revolusionêre nuwe inlyn statiese menger is ontwikkel wat spesifiek ontwerp is om aan die streng vereistes van hoëprestasievloeistofchromatografie (HPLC) en ultrahoëprestasievloeistofchromatografie (HPLC en UHPLC) stelsels te voldoen. Swak vermenging van twee of meer mobiele fases kan lei tot 'n hoër sein-tot-ruisverhouding, wat sensitiwiteit verminder. Homogene statiese vermenging van twee of meer vloeistowwe met 'n minimum interne volume en fisiese afmetings van 'n statiese menger verteenwoordig die hoogste standaard van 'n ideale statiese menger. Die nuwe statiese menger bereik dit deur nuwe 3D-druktegnologie te gebruik om 'n unieke 3D-struktuur te skep wat verbeterde hidrodinamiese statiese vermenging bied met die hoogste persentasie vermindering in basis sinusgolf per eenheid interne volume van die mengsel. Deur 1/3 van die interne volume van 'n konvensionele menger te gebruik, verminder dit die basiese sinusgolf met 98%. Die menger bestaan ​​uit onderling gekoppelde 3D-vloeikanale met wisselende dwarssnitoppervlaktes en padlengtes soos die vloeistof komplekse 3D-geometrieë deurkruis. Vermenging langs verskeie kronkelende vloeipaaie, gekombineer met plaaslike turbulensie en draaikolke, lei tot vermenging op die mikro-, meso- en makroskale. Hierdie unieke menger is ontwerp met behulp van berekeningsvloeidinamika (CFD) simulasies. Die toetsdata wat aangebied word, toon dat uitstekende vermenging met 'n minimum interne volume bereik word.
Vir meer as 30 jaar word vloeistofchromatografie in baie industrieë gebruik, insluitend farmaseutiese produkte, plaagdoders, omgewingsbeskerming, forensiese wetenskap en chemiese analise. Die vermoë om tot dele per miljoen of minder te meet, is van kritieke belang vir tegnologiese ontwikkeling in enige industrie. Swak mengdoeltreffendheid lei tot 'n swak sein-tot-ruisverhouding, wat 'n ergernis vir die chromatografiegemeenskap is in terme van deteksielimiete en sensitiwiteit. Wanneer twee HPLC-oplosmiddels gemeng word, is dit soms nodig om vermenging deur eksterne middele te forseer om die twee oplosmiddels te homogeniseer, omdat sommige oplosmiddels nie goed meng nie. As oplosmiddels nie deeglik gemeng word nie, kan agteruitgang van die HPLC-chromatogram voorkom, wat manifesteer as oormatige basislyngeraas en/of swak piekvorm. Met swak vermenging sal basislyngeraas oor tyd as 'n sinusgolf (stygend en dalend) van die detektorsein verskyn. Terselfdertyd kan swak vermenging lei tot verbreding en asimmetriese pieke, wat analitiese prestasie, piekvorm en piekresolusie verminder. Die industrie het erken dat inlyn- en T-statiese mengers 'n manier is om hierdie limiete te verbeter en gebruikers toe te laat om laer deteksielimiete (sensitiwiteite) te bereik. Die ideale statiese menger kombineer die voordele van hoë mengdoeltreffendheid, lae dooie volume en lae drukval met minimum volume en maksimum stelseldeurset. Boonop, namate analise meer kompleks word, moet ontleders gereeld meer polêre en moeilik mengbare oplosmiddels gebruik. Dit beteken dat beter vermenging 'n moet is vir toekomstige toetsing, wat die behoefte aan superieure mengerontwerp en -prestasie verder verhoog.
Mott het onlangs 'n nuwe reeks gepatenteerde PerfectPeakTM inlyn statiese mengers met drie interne volumes ontwikkel: 30 µl, 60 µl en 90 µl. Hierdie groottes dek die reeks volumes en mengeienskappe wat benodig word vir die meeste HPLC-toetse waar verbeterde vermenging en lae verspreiding vereis word. Al drie modelle is 0.5″ in deursnee en lewer toonaangewende werkverrigting in 'n kompakte ontwerp. Hulle is gemaak van 316L vlekvrye staal, gepassiveer vir inertheid, maar titanium en ander korrosiebestande en chemies inerte metaallegerings is ook beskikbaar. Hierdie mengers het 'n maksimum bedryfsdruk van tot 20 000 psi. Op fig. 1a is 'n foto van 'n 60 µl Mott statiese menger wat ontwerp is om maksimum mengdoeltreffendheid te bied terwyl 'n kleiner interne volume as standaardmengers van hierdie tipe gebruik word. Hierdie nuwe statiese mengerontwerp gebruik nuwe additiewe vervaardigingstegnologie om 'n unieke 3D-struktuur te skep wat minder interne vloei gebruik as enige menger wat tans in die chromatografiebedryf gebruik word om statiese vermenging te bereik. Sulke mengers bestaan ​​uit onderling gekoppelde driedimensionele vloeikanale met verskillende dwarssnitoppervlaktes en verskillende padlengtes soos die vloeistof komplekse geometriese versperrings binne oorsteek. Op fig. Figuur 1b toon 'n skematiese diagram van die nuwe menger, wat industriestandaard 10-32-skroefdraad HPLC-kompressiepassings vir inlaat en uitlaat gebruik, en het geskakeerde blou rande van die gepatenteerde interne mengerpoort. Verskillende dwarssnitoppervlaktes van die interne vloeipaaie en veranderinge in vloeirigting binne die interne vloeivolume skep streke van turbulente en laminêre vloei, wat vermenging op mikro-, meso- en makroskale veroorsaak. Die ontwerp van hierdie unieke menger het berekeningsvloeidinamika (CFD) simulasies gebruik om vloeipatrone te analiseer en die ontwerp te verfyn voor prototipering vir interne analitiese toetsing en kliëntveld-evaluering. Additiewe vervaardiging is die proses om 3D geometriese komponente direk vanaf CAD-tekeninge te druk sonder die behoefte aan tradisionele bewerking (freesmasjiene, draaibanke, ens.). Hierdie nuwe statiese mengers is ontwerp om vervaardig te word met behulp van hierdie proses, waar die mengerliggaam uit CAD-tekeninge geskep word en die onderdele laag vir laag vervaardig (gedruk) word met behulp van additiewe vervaardiging. Hier word 'n laag metaalpoeier van ongeveer 20 mikron dik neergelê, en 'n rekenaarbeheerde laser smelt en versmelt die poeier selektief in 'n vaste vorm. Wend nog 'n laag bo-op hierdie laag aan en pas lasersintering toe. Herhaal hierdie proses totdat die onderdeel heeltemal klaar is. Die poeier word dan van die nie-lasergebonde onderdeel verwyder, wat 'n 3D-gedrukte onderdeel laat wat ooreenstem met die oorspronklike CAD-tekening. Die finale produk is ietwat soortgelyk aan die mikrofluidiese proses, met die hoofverskil dat die mikrofluidiese komponente gewoonlik tweedimensioneel (plat) is, terwyl komplekse vloeipatrone met behulp van additiewe vervaardiging in driedimensionele meetkunde geskep kan word. Hierdie krane is tans beskikbaar as 3D-gedrukte onderdele in 316L vlekvrye staal en titanium. Die meeste metaallegerings, polimere en sommige keramiek kan gebruik word om komponente met behulp van hierdie metode te maak en sal in toekomstige ontwerpe/produkte oorweeg word.
Rys. 1. Foto (a) en diagram (b) van 'n 90 μl Mott statiese menger wat 'n dwarssnit van die menger se vloeistofvloeipad in blou skadu toon.
Voer berekeningsvloeidinamika (CFD) simulasies van statiese mengerprestasie tydens die ontwerpfase uit om doeltreffende ontwerpe te ontwikkel en tydrowende en duur proef-en-tref eksperimente te verminder. CFD simulasie van statiese mengers en standaard pypwerk (geen menger simulasie) met behulp van die COMSOL Multiphysics sagtewarepakket. Modellering met behulp van drukgedrewe laminêre vloeistofmeganika om vloeistofsnelheid en druk binne 'n onderdeel te verstaan. Hierdie vloeistofdinamika, gekombineer met die chemiese vervoer van mobiele fase verbindings, help om die vermenging van twee verskillende gekonsentreerde vloeistowwe te verstaan. Die model word bestudeer as 'n funksie van tyd, gelyk aan 10 sekondes, vir maklike berekening terwyl na vergelykbare oplossings gesoek word. Teoretiese data is verkry in 'n tyd-gekorreleerde studie met behulp van die puntsonde projeksie-instrument, waar 'n punt in die middel van die uitgang gekies is vir data-insameling. Die CFD-model en eksperimentele toetse het twee verskillende oplosmiddels deur 'n proporsionele monsternemingsklep en pompstelsel gebruik, wat gelei het tot 'n vervangingsprop vir elke oplosmiddel in die monsternemingslyn. Hierdie oplosmiddels word dan in 'n statiese menger gemeng. Figure 2 en 3 toon vloeisimulasies deur 'n standaardpyp (geen menger) en deur 'n Mott statiese menger, onderskeidelik. Die simulasie is op 'n reguit buis van 5 cm lank en 0.25 mm binnediameter uitgevoer om die konsep van afwisselende proppe van water en suiwer asetonitriel in die buis te demonstreer in die afwesigheid van 'n statiese menger, soos getoon in Figuur 2. Die simulasie het die presiese afmetings van die buis en menger en 'n vloeitempo van 0.3 ml/min gebruik.
Rys. 2. Simulasie van CFD-vloei in 'n 5 cm-buis met 'n interne deursnee van 0.25 mm om voor te stel wat in 'n HPLC-buis gebeur, d.w.s. in die afwesigheid van 'n menger. Volrooi verteenwoordig die massafraksie van water. Blou verteenwoordig die gebrek aan water, d.w.s. suiwer asetonitriel. Diffusiegebiede kan gesien word tussen afwisselende proppe van twee verskillende vloeistowwe.
Rys. 3. Statiese menger met 'n volume van 30 ml, gemodelleer in die COMSOL CFD sagtewarepakket. Die legende verteenwoordig die massafraksie van water in die menger. Suiwer water word in rooi getoon en suiwer asetonitriel in blou. Die verandering in die massafraksie van die gesimuleerde water word verteenwoordig deur 'n verandering in die kleur van die vermenging van twee vloeistowwe.
Fig. 4 toon 'n valideringsstudie van die korrelasiemodel tussen mengdoeltreffendheid en mengvolume. Soos die mengvolume toeneem, sal die mengdoeltreffendheid toeneem. Na die outeurs se wete kan ander komplekse fisiese kragte wat binne die menger inwerk, nie in hierdie CFD-model in ag geneem word nie, wat lei tot hoër mengdoeltreffendheid in eksperimentele toetse. Die eksperimentele mengdoeltreffendheid is gemeet as die persentasie vermindering in die basis sinusoïde. Boonop lei verhoogde teendruk gewoonlik tot hoër mengvlakke, wat nie in die simulasie in ag geneem word nie.
Die volgende HPLC-toestande en toetsopstelling is gebruik om rou sinusgolwe te meet om die relatiewe werkverrigting van verskillende statiese mengers te vergelyk. Die diagram in Figuur 5 toon 'n tipiese HPLC/UHPLC-stelseluitleg. Die statiese menger is getoets deur die menger direk na die pomp en voor die inspuiter en skeidingskolom te plaas. Die meeste agtergrond sinusvormige metings word gedoen deur die inspuiter en kapillêre kolom tussen die statiese menger en die UV-detektor te omseil. Wanneer die sein-tot-ruisverhouding geëvalueer word en/of die piekvorm geanaliseer word, word die stelselkonfigurasie in Figuur 5 getoon.
Figuur 4. Grafiek van mengdoeltreffendheid teenoor mengvolume vir 'n reeks statiese mengers. Die teoretiese onsuiwerheid volg dieselfde tendens as die eksperimentele onsuiwerheidsdata wat die geldigheid van die CFD-simulasies bevestig.
Die HPLC-stelsel wat vir hierdie toets gebruik is, was 'n Agilent 1100-reeks HPLC met 'n UV-detektor wat beheer word deur 'n rekenaar wat Chemstation-sagteware gebruik. Tabel 1 toon tipiese afstemtoestande vir die meting van mengerdoeltreffendheid deur basiese sinusoïede in twee gevallestudies te monitor. Eksperimentele toetse is op twee verskillende voorbeelde van oplosmiddels uitgevoer. Die twee oplosmiddels wat in geval 1 gemeng is, was oplosmiddel A (20 mM ammoniumasetaat in gedeïoniseerde water) en oplosmiddel B (80% asetonitriel (ACN)/20% gedeïoniseerde water). In geval 2 was oplosmiddel A 'n oplossing van 0.05% asetoon (etiket) in gedeïoniseerde water. Oplosmiddel B is 'n mengsel van 80/20% metanol en water. In geval 1 is die pomp gestel op 'n vloeitempo van 0.25 ml/min tot 1.0 ml/min, en in geval 2 is die pomp gestel op 'n konstante vloeitempo van 1 ml/min. In beide gevalle was die verhouding van die mengsel van oplosmiddels A en B 20% A/80% B. Die detektor is in geval 1 op 220 nm gestel, en die maksimum absorpsie van asetoon in geval 2 is op 'n golflengte van 265 nm gestel.
Tabel 1. HPLC-konfigurasies vir Gevalle 1 en 2 Geval 1 Geval 2 Pompspoed ​​0.25 ml/min tot 1.0 ml/min 1.0 ml/min Oplosmiddel A 20 mM ammoniumasetaat in gedeïoniseerde water 0.05% Asetoon in gedeïoniseerde water Oplosmiddel B 80% Asetonitriel (ACN) / 20% gedeïoniseerde water 80% metanol / 20% gedeïoniseerde water Oplosmiddelverhouding 20% ​​A / 80% B 20% A / 80% B Detektor 220 nm 265 nm
Rice. 6. Plotte van gemengde sinusgolwe gemeet voor en na die toepassing van 'n laagdeurlaatfilter om basislyn-drywingskomponente van die sein te verwyder.
Figuur 6 is 'n tipiese voorbeeld van gemengde basislynruis in Geval 1, getoon as 'n herhalende sinusvormige patroon wat bo-op basislyndrywing geplaas word. Basislyndrywing is 'n stadige toename of afname in die agtergrondsein. As die stelsel nie lank genoeg in ewewig is nie, sal dit gewoonlik daal, maar sal wisselvallig dryf selfs wanneer die stelsel heeltemal stabiel is. Hierdie basislyndrywing is geneig om toe te neem wanneer die stelsel in steil gradiënt- of hoë teendruktoestande werk. Wanneer hierdie basislyndrywing teenwoordig is, kan dit moeilik wees om resultate van monster tot monster te vergelyk, wat oorkom kan word deur 'n laagdeurlaatfilter op die rou data toe te pas om hierdie laefrekwensievariasies uit te filter, waardeur 'n ossillasiegrafiek met 'n plat basislyn verskaf word. Op fig. toon Figuur 6 ook 'n grafiek van die menger se basislynruis na die toepassing van 'n laagdeurlaatfilter.
Na voltooiing van die CFD-simulasies en aanvanklike eksperimentele toetsing, is drie afsonderlike statiese mengers vervolgens ontwikkel met behulp van die interne komponente wat hierbo beskryf is met drie interne volumes: 30 µl, 60 µl en 90 µl. Hierdie reeks dek die reeks volumes en mengprestasie wat benodig word vir lae-analiet HPLC-toepassings waar verbeterde vermenging en lae dispersie benodig word om lae-amplitude basislyne te produseer. Fig. 7 toon basiese sinusgolfmetings wat verkry is op die toetsstelsel van Voorbeeld 1 (asetonitriel en ammoniumasetaat as spoorders) met drie volumes statiese mengers en geen mengers geïnstalleer nie. Eksperimentele toetstoestande vir die resultate wat in Figuur 7 getoon word, is konstant gehou deur al 4 toetse volgens die prosedure wat in Tabel 1 uiteengesit word teen 'n oplosmiddelvloeitempo van 0.5 ml/min. Pas 'n verrekeningswaarde toe op die datastelle sodat hulle langs mekaar vertoon kan word sonder seinoorvleueling. Verrekening beïnvloed nie die amplitude van die sein wat gebruik word om die prestasievlak van die menger te beoordeel nie. Die gemiddelde sinusvormige amplitude sonder die menger was 0.221 mAi, terwyl die amplitudes van die statiese Mott-mengers by 30 µl, 60 µl en 90 µl gedaal het tot onderskeidelik 0.077, 0.017 en 0.004 mAi.
Figuur 7. HPLC UV-detektor seinverskuiwing teenoor tyd vir Geval 1 (asetonitriel met ammoniumasetaat-indikator) wat oplosmiddelmenging sonder menger toon, 30 µl, 60 µl en 90 µl Mott-mengers wat verbeterde menging (laer seinamplitude) toon soos die volume van die statiese menger toeneem. (werklike dataverskuiwings: 0.13 (geen menger), 0.32, 0.4, 0.45mA vir beter vertoon).
Die data wat in fig. 8 getoon word, is dieselfde as in Fig. 7, maar hierdie keer sluit hulle die resultate van drie algemeen gebruikte HPLC-statiese mengers met interne volumes van 50 µl, 150 µl en 250 µl in. Figuur 8. HPLC UV-detektor seinverskuiwing teenoor tydgrafiek vir Geval 1 (Asetonitriel en Ammoniumasetaat as aanwysers) wat die vermenging van oplosmiddel sonder statiese menger, die nuwe reeks Mott-statiese mengers en drie konvensionele mengers toon (werklike dataverskuiwing is onderskeidelik 0.1 (sonder menger), 0.32, 0.48, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9 mA vir 'n beter vertooneffek). Die persentasie vermindering van die basissinusgolf word bereken deur die verhouding van die amplitude van die sinusgolf tot die amplitude sonder die menger geïnstalleer. Die gemete sinusgolf-dempingspersentasies vir Gevalle 1 en 2 word in Tabel 2 gelys, saam met die interne volumes van 'n nuwe statiese menger en sewe standaardmengers wat algemeen in die bedryf gebruik word. Die data in Figure 8 en 9, sowel as die berekeninge wat in Tabel 2 aangebied word, toon dat die Mott Statiese Menger tot 98.1% sinusgolf-demping kan verskaf, wat die werkverrigting van 'n konvensionele HPLC-menger onder hierdie toetstoestande ver oortref. Figuur 9. HPLC UV-detektor seinverskuiwing teenoor tydgrafiek vir geval 2 (metanol en asetoon as spoorders) wat geen statiese menger (gekombineer), 'n nuwe reeks Mott statiese mengers en twee konvensionele mengers toon (werklike dataverstellings is 0, 11 (sonder menger), 0.22, 0.3, 0.35 mA en vir beter vertoon). Sewe algemeen gebruikte mengers in die bedryf is ook geëvalueer. Dit sluit in mengers met drie verskillende interne volumes van maatskappy A (aangedui as Menger A1, A2 en A3) en maatskappy B (aangedui as Menger B1, B2 en B3). Maatskappy C het slegs een grootte gegradeer.
Tabel 2. Roerkenmerke en Interne Volume van Statiese Menger Geval 1 Sinusvormige Herwinning: Asetonitrieltoets (Doeltreffendheid) Geval 2 Sinusvormige Herwinning: Metanolwatertoets (Doeltreffendheid) Interne Volume (µl) Geen Menger – - 0 Mott 30 65% 67.2% 30 Mott 60 92.2% 91.3% 60 Mott 90 98.1% 97.5% 90 Menger A1 66.4% 73.7% 50 Menger A2 89.8% 91.6% 150 Menger A3 92.2% 94.5% 250 Menger B1 44.8% 45.7% 9 35 Menger B2 845.% 96.2% 370 Menger C 97.2% 97.4% 250
Analise van die resultate in Figuur 8 en Tabel 2 toon dat die 30 µl Mott statiese menger dieselfde mengdoeltreffendheid as die A1-menger het, d.w.s. 50 µl, maar die 30 µl Mott het 30% minder interne volume. Wanneer die 60 µl Mott-menger met die 150 µl interne volume A2-menger vergelyk word, was daar 'n effense verbetering in mengdoeltreffendheid van 92% teenoor 89%, maar nog belangriker, hierdie hoër vlak van menging is bereik teen 1/3 van die mengervolume. Soortgelyke menger A2. Die werkverrigting van die 90 µl Mott-menger het dieselfde tendens gevolg as die A3-menger met 'n interne volume van 250 µl. Verbeterings in mengprestasie van 98% en 92% is ook waargeneem met 'n 3-voudige vermindering in interne volume. Soortgelyke resultate en vergelykings is vir mengers B en C verkry. Gevolglik bied die nuwe reeks statiese mengers, Mott PerfectPeakTM, hoër mengdoeltreffendheid as vergelykbare mededingende mengers, maar met minder interne volume, wat beter agtergrondgeraas en 'n beter sein-tot-geraas-verhouding, beter sensitiwiteit vir die analiet, piekvorm en piekresolusie bied. Soortgelyke tendense in mengdoeltreffendheid is in beide Geval 1- en Geval 2-studies waargeneem. Vir Geval 2 is toetse uitgevoer met behulp van (metanol en asetoon as aanwysers) om die mengdoeltreffendheid van 60 ml Mott, 'n vergelykbare menger A1 (interne volume 50 µl) en 'n vergelykbare menger B1 (interne volume 35 µl) te vergelyk. Die werkverrigting was swak sonder 'n menger geïnstalleer, maar dit is vir basislynanalise gebruik. Die 60 ml Mott-menger het die beste menger in die toetsgroep geblyk te wees, wat 'n toename van 90% in mengdoeltreffendheid verskaf het. 'n Vergelykbare Menger A1 het 'n verbetering van 75% in mengdoeltreffendheid gesien, gevolg deur 'n verbetering van 45% in 'n vergelykbare B1-menger. 'n Basiese sinusgolfreduksietoets met vloeitempo is op 'n reeks mengers uitgevoer onder dieselfde toestande as die sinuskrommetoets in Geval 1, met slegs die vloeitempo verander. Die data het getoon dat in die reeks vloeitempo's van 0.25 tot 1 ml/min, die aanvanklike afname in die sinusgolf relatief konstant gebly het vir al drie mengervolumes. Vir die twee kleiner volume-mengers is daar 'n effense toename in sinusvormige sametrekking soos die vloeitempo afneem, wat verwag word as gevolg van die verhoogde verblyftyd van die oplosmiddel in die menger, wat verhoogde diffusievermenging moontlik maak. Die aftrekking van die sinusgolf sal na verwagting toeneem soos die vloei verder afneem. Vir die grootste mengervolume met die hoogste sinusgolfbasisverswakking het die sinusgolfbasisverswakking egter feitlik onveranderd gebly (binne die reeks van eksperimentele onsekerheid), met waardes wat wissel van 95% tot 98%. 10. Basiese verswakking van 'n sinusgolf teenoor vloeitempo in geval 1. Die toets is uitgevoer onder toestande soortgelyk aan die sinustoets met veranderlike vloeitempo, met die inspuiting van 80% van 'n 80/20 mengsel van asetonitriel en water en 20% van 20 mM ammoniumasetaat.
Die nuut ontwikkelde reeks gepatenteerde PerfectPeakTM inlyn statiese mengers met drie interne volumes: 30 µl, 60 µl en 90 µl dek die volume- en mengprestasiebereik wat benodig word vir die meeste HPLC-ontledings wat verbeterde meng- en lae-dispersievloere vereis. Die nuwe statiese menger bereik dit deur nuwe 3D-druktegnologie te gebruik om 'n unieke 3D-struktuur te skep wat verbeterde hidrodinamiese statiese menging bied met die hoogste persentasie vermindering in basisgeraas per eenheidsvolume van interne mengsel. Deur 1/3 van die interne volume van 'n konvensionele menger te gebruik, word basisgeraas met 98% verminder. Sulke mengers bestaan ​​uit onderling gekoppelde driedimensionele vloeikanale met verskillende dwarssnitoppervlaktes en verskillende padlengtes soos die vloeistof komplekse geometriese versperrings binne kruis. Die nuwe familie statiese mengers bied verbeterde prestasie bo mededingende mengers, maar met minder interne volume, wat lei tot 'n beter sein-tot-geraas-verhouding en laer kwantifiseringslimiete, sowel as verbeterde piekvorm, doeltreffendheid en resolusie vir hoër sensitiwiteit.
In hierdie uitgawe Chromatografie – Omgewingsvriendelike RP-HPLC – Gebruik van kern-dop chromatografie om asetonitriel met isopropanol te vervang in analise en suiwering – Nuwe gaschromatograaf vir…
Besigheidsentrum Internasionaal Labmate Beperk Oak Court Sandridge Park, Porters Wood St Albans Hertfordshire AL3 6PH Verenigde Koninkryk