Революционен нов вграден статичен миксер е разработен специално, за да отговори на строгите изисквания на системите за високоефективна течна хроматография (HPLC) и ултрависокоефективна течна хроматография (HPLC и UHPLC).Лошото смесване на две или повече подвижни фази може да доведе до по-високо съотношение сигнал/шум, което намалява чувствителността.Хомогенното статично смесване на два или повече флуида с минимален вътрешен обем и физически размери на статичен миксер представлява най-високият стандарт за идеален статичен миксер.Новият статичен миксер постига това чрез използване на нова технология за 3D печат, за да създаде уникална 3D структура, която осигурява подобрено хидродинамично статично смесване с най-висок процент намаление на основната синусоида на единица вътрешен обем на сместа.Използването на 1/3 от вътрешния обем на конвенционален миксер намалява основната синусоида с 98%.Смесителят се състои от взаимосвързани 3D канали за поток с различни площи на напречното сечение и дължини на пътя, докато течността преминава през сложни 3D геометрии.Смесването по множество криволичещи пътища на потока, съчетано с локална турбуленция и вихри, води до смесване в микро, мезо и макро мащаби.Този уникален миксер е проектиран с помощта на симулации на изчислителна динамика на флуидите (CFD).Представените тестови данни показват, че отлично смесване се постига с минимален вътрешен обем.
Повече от 30 години течната хроматография се използва в много индустрии, включително фармацевтични продукти, пестициди, опазване на околната среда, криминалистика и химически анализи.Способността за измерване до части на милион или по-малко е от решаващо значение за технологичното развитие във всяка индустрия.Лошата ефективност на смесване води до лошо съотношение сигнал/шум, което е досадно за общността на хроматографите по отношение на границите на откриване и чувствителността.Когато смесвате два HPLC разтворителя, понякога е необходимо да принудите смесването с външни средства, за да хомогенизирате двата разтворителя, тъй като някои разтворители не се смесват добре.Ако разтворителите не са напълно смесени, може да настъпи влошаване на HPLC хроматограмата, което се проявява като прекомерен базов шум и/или лоша пикова форма.При лошо смесване базовият шум ще се появи като синусоида (нарастваща и спадаща) на сигнала на детектора с течение на времето.В същото време лошото смесване може да доведе до разширяване и асиметрични пикове, намалявайки аналитичната производителност, формата на пика и резолюцията на пика.Индустрията е признала, че вградените и тройни статични миксери са средство за подобряване на тези граници и позволяване на потребителите да постигнат по-ниски граници на откриване (чувствителност).Идеалният статичен миксер съчетава предимствата на висока ефективност на смесване, нисък мъртъв обем и нисък спад на налягането с минимален обем и максимална производителност на системата.Освен това, тъй като анализът става по-сложен, анализаторите трябва рутинно да използват по-полярни и трудни за смесване разтворители.Това означава, че по-доброто смесване е задължително за бъдещи тестове, което допълнително увеличава необходимостта от превъзходен дизайн и производителност на миксера.
Mott наскоро разработи нова гама от патентовани вградени статични миксери PerfectPeakTM с три вътрешни обема: 30 µl, 60 µl и 90 µl.Тези размери покриват диапазона от обеми и характеристики на смесване, необходими за повечето HPLC тестове, където се изисква подобрено смесване и ниска дисперсия.И трите модела са с диаметър 0,5″ и осигуряват водеща в индустрията производителност в компактен дизайн.Те са изработени от неръждаема стомана 316L, пасивирана за инертност, но също така се предлагат титан и други устойчиви на корозия и химически инертни метални сплави.Тези миксери имат максимално работно налягане до 20 000 psi.На фиг.1а е снимка на 60 µl статичен миксер на Mott, проектиран да осигури максимална ефективност на смесване, докато използва по-малък вътрешен обем от стандартните миксери от този тип.Този нов дизайн на статичен миксер използва нова технология за производство на добавки, за да създаде уникална 3D структура, която използва по-малко вътрешен поток от всеки миксер, използван в момента в хроматографската индустрия за постигане на статично смесване.Такива миксери се състоят от взаимосвързани триизмерни канали за поток с различни площи на напречното сечение и различни дължини на пътя, тъй като течността пресича сложни геометрични бариери вътре.На фиг.Фигура 1b показва схематична диаграма на новия миксер, който използва промишлени стандартни 10-32 фитинги за компресиране на HPLC с резба за вход и изход и има засенчени сини граници на патентования вътрешен порт на миксера.Различните площи на напречното сечение на вътрешните пътища на потока и промените в посоката на потока във вътрешния обем на потока създават региони на турбулентен и ламинарен поток, причинявайки смесване в микро, мезо и макро мащаби.Дизайнът на този уникален миксер използва изчислителна динамика на флуидите (CFD) симулации за анализиране на моделите на потока и усъвършенстване на дизайна преди прототипиране за вътрешни аналитични тестове и оценка на място от клиенти.Адитивното производство е процес на отпечатване на 3D геометрични компоненти директно от CAD чертежи без необходимост от традиционна машинна обработка (фрезови машини, стругове и др.).Тези нови статични миксери са проектирани да бъдат произведени с помощта на този процес, при който тялото на миксера се създава от CAD чертежи и частите се произвеждат (отпечатват) слой по слой с помощта на адитивно производство.Тук се отлага слой от метален прах с дебелина около 20 микрона и компютърно контролиран лазер селективно разтапя и слива праха в твърда форма.Нанесете друг слой върху този слой и приложете лазерно синтероване.Повторете този процес, докато детайлът бъде напълно завършен.След това прахът се отстранява от нелазерно свързаната част, оставяйки 3D отпечатана част, която съответства на оригиналния CAD чертеж.Крайният продукт е донякъде подобен на микрофлуидния процес, като основната разлика е, че микрофлуидните компоненти обикновено са двуизмерни (плоски), докато с помощта на адитивно производство могат да бъдат създадени сложни модели на потока в триизмерна геометрия.Тези кранове в момента се предлагат като 3D отпечатани части от неръждаема стомана 316L и титан.Повечето метални сплави, полимери и някои керамики могат да се използват за направата на компоненти по този метод и ще бъдат взети под внимание при бъдещи дизайни/продукти.
Ориз.1. Снимка (a) и диаграма (b) на 90 μl статичен миксер на Mott, показващи напречно сечение на пътя на потока на течността на миксера, оцветено в синьо.
Изпълнявайте симулации на изчислителна динамика на флуидите (CFD) на производителността на статичния миксер по време на фазата на проектиране, за да помогнете за разработването на ефективни проекти и да намалите отнемащите време и скъпи експерименти с проба и грешка.CFD симулация на статични миксери и стандартни тръбопроводи (симулация без миксер) с помощта на софтуерния пакет COMSOL Multiphysics.Моделиране с помощта на управлявана от налягане ламинарна флуидна механика за разбиране на скоростта на флуида и налягането в дадена част.Тази динамика на флуидите, комбинирана с химическия транспорт на съединенията на подвижната фаза, помага да се разбере смесването на две различни концентрирани течности.Моделът се изследва като функция на времето, равно на 10 секунди, за по-лесно изчисляване при търсене на сравними решения.Теоретичните данни са получени в проучване, свързано с времето, с помощта на инструмента за прожектиране на точкова сонда, където точка в средата на изхода е избрана за събиране на данни.CFD моделът и експерименталните тестове използваха два различни разтворителя чрез пропорционален клапан за вземане на проби и помпена система, което доведе до резервна тапа за всеки разтворител в линията за вземане на проби.След това тези разтворители се смесват в статичен миксер.Фигури 2 и 3 показват симулации на поток през стандартна тръба (без смесител) и съответно през статичен смесител на Mott.Симулацията беше проведена върху права тръба с дължина 5 cm и ID 0,25 mm, за да се демонстрира концепцията за редуване на тапи от вода и чист ацетонитрил в тръбата в отсъствието на статичен смесител, както е показано на Фигура 2. Симулацията използва точните размери на тръбата и смесителя и скорост на потока от 0,3 ml/min.
Ориз.2. Симулация на CFD поток в 5 cm тръба с вътрешен диаметър 0,25 mm, за да се представи какво се случва в HPLC тръба, т.е. при липса на миксер.Пълното червено представлява масовата част на водата.Синьото представлява липсата на вода, т.е. чист ацетонитрил.Дифузионни области могат да се видят между редуващи се тапи от две различни течности.
Ориз.3. Статичен миксер с обем 30 ml, моделиран в софтуерния пакет COMSOL CFD.Легендата представлява масовата част на водата в смесителя.Чистата вода е показана в червено, а чистият ацетонитрил в синьо.Промяната в масовата част на симулираната вода е представена чрез промяна в цвета на смесването на две течности.
На фиг.4 показва изследване за валидиране на модела на корелация между ефективността на смесване и обема на смесване.С увеличаване на обема на смесване, ефективността на смесване ще се увеличи.Доколкото е известно на авторите, други сложни физически сили, действащи вътре в миксера, не могат да бъдат отчетени в този CFD модел, което води до по-висока ефективност на смесване при експериментални тестове.Експерименталната ефективност на смесване се измерва като процентно намаление на основната синусоида.В допълнение, повишеното обратно налягане обикновено води до по-високи нива на смесване, които не се вземат предвид в симулацията.
Следните HPLC условия и настройка на теста бяха използвани за измерване на необработени синусоиди, за да се сравни относителната производителност на различни статични миксери.Диаграмата на Фигура 5 показва типично оформление на HPLC/UHPLC система.Статичният миксер беше тестван чрез поставяне на миксера директно след помпата и преди инжектора и колоната за разделяне.Повечето фонови синусоидални измервания се правят, заобикаляйки инжектора и капилярната колона между статичния миксер и UV детектора.Когато се оценява съотношението сигнал/шум и/или анализира формата на пика, конфигурацията на системата е показана на фигура 5.
Фигура 4. Диаграма на ефективността на смесване спрямо обема на смесване за набор от статични миксери.Теоретичните примеси следват същата тенденция като експерименталните данни за примеси, потвърждаващи валидността на CFD симулациите.
HPLC системата, използвана за този тест, беше Agilent 1100 Series HPLC с UV детектор, контролиран от компютър, работещ със софтуер Chemstation.Таблица 1 показва типични условия за настройка за измерване на ефективността на миксера чрез наблюдение на основни синусоиди в два казуса.Бяха проведени експериментални тестове върху два различни примера на разтворители.Двата разтворителя, смесени в случай 1, бяха разтворител А (20 тМ амониев ацетат в дейонизирана вода) и разтворител В (80% ацетонитрил (ACN)/20% дейонизирана вода).В случай 2, разтворител А е разтвор на 0,05% ацетон (етикет) в дейонизирана вода.Разтворител B е смес от 80/20% метанол и вода.В случай 1 помпата е настроена на скорост на потока от 0,25 ml/min до 1,0 ml/min, а в случай 2 помпата е настроена на постоянна скорост на потока от 1 ml/min.И в двата случая съотношението на сместа от разтворители А и В е 20% А/80% В. Детекторът е настроен на 220 nm в случай 1, а максималната абсорбция на ацетон в случай 2 е настроена на дължина на вълната 265 nm.
Таблица 1. HPLC конфигурации за Случаи 1 и 2 Случай 1 Случай 2 Скорост на помпата 0,25 ml/min до 1,0 ml/min 1,0 ml/min Разтворител A 20 mM амониев ацетат в дейонизирана вода 0,05% Ацетон в дейонизирана вода Разтворител B 80% Ацетонитрил (ACN) / 20% дейонизирана вода 80% метанол / 20 % дейонизирана вода Съотношение на разтворителя 20% A / 80% B 20% A / 80% B Детектор 220 nm 265 nm
Ориз.6. Графики на смесени синусоиди, измерени преди и след прилагане на нискочестотен филтър за отстраняване на компонентите на отклонението на базовата линия на сигнала.
Фигура 6 е типичен пример за смесен базов шум в Случай 1, показан като повтарящ се синусоидален модел, насложен върху базовия дрейф.Дрейфът на базовата линия е бавно увеличаване или намаляване на фоновия сигнал.Ако системата не бъде оставена да се уравновеси достатъчно дълго, тя обикновено ще падне, но ще се движи хаотично дори когато системата е напълно стабилна.Това отклонение на базовата линия има тенденция да се увеличава, когато системата работи в условия на стръмен наклон или високо обратно налягане.Когато е налице това отклонение на базовата линия, може да бъде трудно да се сравнят резултатите от проба на проба, което може да бъде преодоляно чрез прилагане на нискочестотен филтър към необработените данни, за да се филтрират тези нискочестотни вариации, като по този начин се осигури диаграма на колебания с плоска базова линия.На фиг.Фигура 6 също показва диаграма на базовия шум на миксера след прилагане на нискочестотен филтър.
След завършване на CFD симулациите и първоначалното експериментално тестване, впоследствие бяха разработени три отделни статични миксера, използващи вътрешните компоненти, описани по-горе, с три вътрешни обема: 30 µl, 60 µl и 90 µl.Този диапазон покрива диапазона от обеми и производителност на смесване, необходими за приложения с високоефективна течна хроматография с ниско съдържание на анализ, където се изисква подобрено смесване и ниска дисперсия за получаване на базови линии с ниска амплитуда.На фиг.7 показва основни измервания на синусоида, получени на тестовата система от Пример 1 (ацетонитрил и амониев ацетат като индикатори) с три обема статични смесители и без инсталирани смесители.Експерименталните условия на изпитване за резултатите, показани на фигура 7, се поддържат постоянни през всичките 4 теста съгласно процедурата, описана в таблица 1, при скорост на потока на разтворителя от 0,5 ml/min.Приложете стойност на отместване към наборите от данни, така че да могат да се показват един до друг без припокриване на сигнала.Отместването не влияе на амплитудата на сигнала, използван за оценка на нивото на производителност на миксера.Средната синусоидална амплитуда без миксера беше 0.221 mAi, докато амплитудите на статичните миксери на Mott при 30 µl, 60 µl и 90 µl спаднаха съответно до 0.077, 0.017 и 0.004 mAi.
Фигура 7. Отместване на сигнала на UV детектор за HPLC спрямо времето за случай 1 (ацетонитрил с индикатор за амониев ацетат), показващ смесване на разтворител без миксер, 30 µl, 60 µl и 90 µl смесители на Mott, показващи подобрено смесване (по-ниска амплитуда на сигнала), тъй като обемът на статичния миксер се увеличава.(отмествания на действителните данни: 0,13 (без миксер), 0,32, 0,4, 0,45 mA за по-добър дисплей).
Данните, показани на фиг.8 са същите като на фиг. 7, но този път те включват резултатите от три често използвани HPLC статични миксера с вътрешни обеми от 50 µl, 150 µl и 250 µl.Ориз.Фигура 8. Графика на отместване на сигнала на UV детектор за HPLC спрямо време за случай 1 (ацетонитрил и амониев ацетат като индикатори), показваща смесването на разтворител без статичен миксер, новата серия статични миксери на Mott и три конвенционални миксера (действителното отместване на данните е 0,1 (без миксер), 0,32, 0,48, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9 mA съответно за по-добър ефект на дисплея).Процентното намаление на основната синусоида се изчислява чрез съотношението на амплитудата на синусоидата към амплитудата без монтиран смесител.Измерените проценти на затихване на синусоида за случаи 1 и 2 са изброени в таблица 2, заедно с вътрешните обеми на нов статичен миксер и седем стандартни миксера, често използвани в индустрията.Данните на Фигури 8 и 9, както и изчисленията, представени в Таблица 2, показват, че статичният миксер на Mott може да осигури до 98,1% затихване на синусоида, далеч надхвърляйки производителността на конвенционален HPLC миксер при тези условия на изпитване.Фигура 9. Графика на отместване на сигнала на UV детектор за HPLC спрямо време за случай 2 (метанол и ацетон като индикатори), показващ липса на статичен миксер (комбиниран), нова серия от статични миксери на Mott и два конвенционални миксера (действителните отмествания на данните са 0, 11 (без миксер), 0,22, 0,3, 0,35 mA и за по-добър дисплей).Седем често използвани миксера в индустрията също бяха оценени.Те включват миксери с три различни вътрешни обема от компания A (обозначени като миксер A1, A2 и A3) и компания B (означени като миксер B1, B2 и B3).Фирма C оцени само един размер.
Таблица 2. Характеристики на разбъркване на статичен миксер и вътрешен обем Статичен миксер Случай 1 Синусоидално възстановяване: Тест за ацетонитрил (ефективност) Случай 2 Синусоидално възстановяване: Метанол Воден тест (ефективност) Вътрешен обем (µl) Без миксер – - 0 Mott 30 65% 67,2% 30 Mott 60 92,2 % 91,3% 60 Mott 90 98,1% 97,5% 90 Миксер A1 66,4% 73,7% 50 Миксер A2 89,8% 91,6% 150 Миксер A3 92,2% 94,5% 250 Миксер B1 44,8% 45,7% 9 35 Миксер B2 845 .% 96,2% 370 Миксер С 97,2% 97,4% 250
Анализът на резултатите във Фигура 8 и Таблица 2 показва, че 30 µl Mott статичен миксер има същата ефективност на смесване като миксер A1, т.е. 50 µl, но 30 µl Mott има 30% по-малък вътрешен обем.При сравняване на 60 µl миксер Mott с 150 µl вътрешен обем A2 миксер, имаше леко подобрение в ефективността на смесване от 92% спрямо 89%, но по-важното е, че това по-високо ниво на смесване беше постигнато при 1/3 от обема на миксера.подобен миксер A2.Производителността на 90 µl миксер Mott следва същата тенденция като миксер A3 с вътрешен обем от 250 µl.Подобрения в производителността на смесване от 98% и 92% също бяха наблюдавани с 3-кратно намаляване на вътрешния обем.Подобни резултати и сравнения бяха получени за миксери B и C. В резултат на това новата серия статични миксери Mott PerfectPeakTM осигурява по-висока ефективност на смесване от сравнимите конкурентни миксери, но с по-малък вътрешен обем, осигуряващ по-добър фонов шум и по-добро съотношение сигнал/шум, по-добра чувствителност на аналита, пикова форма и пикова резолюция.Подобни тенденции в ефективността на смесване се наблюдават както в проучванията на случай 1, така и в случай 2.За Случай 2 бяха проведени тестове с използване на (метанол и ацетон като индикатори) за сравняване на ефективността на смесване на 60 ml Mott, сравним миксер A1 (вътрешен обем 50 µl) и сравним миксер B1 (вътрешен обем 35 µl).производителността беше лоша без инсталиран миксер, но беше използван за анализ на базовата линия.Миксерът Mott от 60 ml се оказа най-добрият миксер в тестовата група, осигурявайки 90% увеличение на ефективността на смесване.Сравним миксер A1 отбеляза 75% подобрение в ефективността на смесване, последвано от 45% подобрение в сравним миксер B1.Основен тест за намаляване на синусоидалната вълна с дебит беше проведен върху серия от миксери при същите условия като теста за синусоидална крива в случай 1, като само дебитът беше променен.Данните показват, че в диапазона на скоростите на потока от 0,25 до 1 ml/min, първоначалното намаляване на синусоидата остава относително постоянно за трите обема на миксера.За двата миксера с по-малък обем има леко увеличение на синусоидалното свиване, тъй като скоростта на потока намалява, което се очаква поради увеличеното време на престой на разтворителя в миксера, което позволява увеличено дифузионно смесване.Очаква се изваждането на синусоидата да се увеличи с по-нататъшното намаляване на потока.Въпреки това, за най-големия обем на миксера с най-високото базово затихване на синусоидалната вълна, базовото затихване на синусоидалната вълна остава практически непроменено (в обхвата на експерименталната несигурност), със стойности, вариращи от 95% до 98%.Ориз.10. Основно затихване на синусоида спрямо скорост на потока в случай 1. Тестът беше проведен при условия, подобни на синусоидалния тест с променлива скорост на потока, инжектиране на 80% от 80/20 смес от ацетонитрил и вода и 20% от 20 mM амониев ацетат.
Новоразработената гама от патентовани вградени статични миксери PerfectPeakTM с три вътрешни обема: 30 µl, 60 µl и 90 µl покрива обема и обхвата на производителност на смесване, необходими за повечето HPLC анализи, изискващи подобрено смесване и ниски дисперсионни подове.Новият статичен миксер постига това чрез използване на нова технология за 3D печат, за да създаде уникална 3D структура, която осигурява подобрено хидродинамично статично смесване с най-висок процент намаляване на основния шум на единица обем вътрешна смес.Използването на 1/3 от вътрешния обем на конвенционален миксер намалява основния шум с 98%.Такива миксери се състоят от взаимосвързани триизмерни канали за поток с различни площи на напречното сечение и различни дължини на пътя, тъй като течността пресича сложни геометрични бариери вътре.Новото семейство статични миксери осигуряват подобрена производителност спрямо конкурентните миксери, но с по-малък вътрешен обем, което води до по-добро съотношение сигнал/шум и по-ниски граници на количествено определяне, както и подобрена пикова форма, ефективност и разделителна способност за по-висока чувствителност.
В този брой Хроматография – Екологична RP-HPLC – Използване на хроматография с ядро ​​и обвивка за замяна на ацетонитрил с изопропанол при анализ и пречистване – Нов газов хроматограф за...
Business Center International Labmate Limited Oak Court Sandridge Park, Porters Wood St Albans Hertfordshire AL3 6PH Обединено кралство