Un novu miscelatore staticu in linea rivoluzionariu hè statu sviluppatu apposta per risponde à i stretti requisiti di cromatografia liquida di alta prestazione (HPLC) è sistemi di cromatografia liquida di ultra high performance (HPLC è UHPLC).Un mischju poveru di duie o più fasi mobili pò esse risultatu in un rapportu signal-à-rumore più altu, chì riduce a sensibilità.A mistura statica omogenea di dui o più fluidi cù un voluminu internu minimu è dimensioni fisiche di un mixer staticu rapprisenta u più altu standard di un mixer staticu ideale.U novu mixer staticu ottene questu utilizendu una nova tecnulugia di stampa 3D per creà una struttura 3D unica chì furnisce una mistura statica idrodinamica mejorata cù a più alta riduzione percentuale di l'onda sinusoidale di base per unità di volume internu di a mistura.Utilizà 1/3 di u voluminu internu di un mixer convenzionale riduce l'onda sinusoidale basica da 98%.U mixer hè custituitu da canali di flussu 3D interconnessi cù aree di sezione trasversale è lunghezze di caminu chì u fluidu attraversa geometrie 3D cumplessi.Le mélange le long de plusieurs circuits de flux tortueux, combiné à des turbulences et des tourbillons locaux, résulte en un mélange à l'échelle micro, méso et macro.Stu mixer unicu hè cuncepitu cù simulazioni di dinamica fluidu computazionale (CFD).I dati di prova presentati mostranu chì un mischju eccellente hè ottenutu cù un voluminu internu minimu.
Dapoi più di 30 anni, a cromatografia liquida hè stata aduprata in parechje industrii, cumprese farmaceutiche, pesticidi, prutezzione ambientale, forensica è analisi chimica.A capacità di misurà à parte per milione o menu hè critica per u sviluppu tecnologicu in ogni industria.Una scarsa efficienza di mistura porta à un rapportu signal-to-noise poveru, chì hè un fastidiu per a cumunità di cromatografia in termini di limiti di rilevazione è sensibilità.Quandu si mischjanu dui solventi HPLC, hè qualchì volta necessariu di furzà a mistura per mezu esterni per homogenizà i dui solventi perchè certi solventi ùn si mischianu micca bè.Se i solventi ùn sò micca mischiati bè, a degradazione di u cromatogramma HPLC pò accade, manifestendu cum'è un rumore di basa eccessivu è / o una forma di piccu povira.Cù un mischju poveru, u rumore di basa apparirà cum'è una onda sinusoidale (aumenta è cascata) di u signalu di u detector cù u tempu.À u listessu tempu, una mistura povera pò purtà à picchi allargati è asimmetrici, riducendu a prestazione analitica, a forma di piccu è a risoluzione di u piccu.L'industria hà ricunnisciutu chì i miscelatori statici in linea è in tee sò un mezzu per migliurà questi limiti è permettenu à l'utilizatori di ottene limiti di deteczione più bassi (sensibilità).U miscelatore staticu ideale combina i vantaghji di l'alta efficienza di mistura, u voluminu mortu bassu è a caduta di pressione bassa cù u voluminu minimu è u massimu throughput di u sistema.Inoltre, cum'è l'analisi diventa più cumplessa, l'analisti anu da aduprà rutinariamente solventi più polari è difficiuli di mischjà.Questu significa chì un mischju megliu hè un must per i testi futuri, aumentendu ancu a necessità di cuncepimentu è prestazione superiore di mixer.
Mott hà sviluppatu recentemente una nova gamma di miscelatori statici in linea PerfectPeakTM patentati cù trè volumi interni: 30 µl, 60 µl è 90 µl.Queste dimensioni copre a gamma di volumi è e caratteristiche di mistura necessarie per a maiò parte di i testi HPLC induve hè necessariu un mischju megliu è una bassa dispersione.Tutti i trè mudelli sò 0,5 "di diametru è furnisce un rendimentu di punta di l'industria in un disignu compactu.Sò fatti di l'acciaio inossidabile 316L, passivatu per l'inerzia, ma sò ancu dispunibuli di titaniu è altre leghe metalliche resistenti à a corrosione è chimicamente inerti.Questi miscelatori anu una pressione operativa massima di sin'à 20 000 psi.Nantu à fig.1a hè una fotografia di un miscelatore staticu Mott da 60 µl cuncepitu per furnisce a massima efficienza di mistura mentre utilizendu un volume internu più chjucu cà i miscelatori standard di stu tipu.Stu novu disignu di mixer staticu usa una nova tecnulugia di fabricazione additiva per creà una struttura 3D unica chì usa menu flussu internu di qualsiasi mixer attualmente utilizatu in l'industria di cromatografia per ottene una mistura statica.Tali miscelatori sò custituiti da canali di flussu tridimensionale interconnessi cù diverse aree di sezione trasversale è diverse lunghezze di caminu cum'è u liquidu attraversa barriere geometriche cumplesse in l'internu.Nantu à fig.A Figura 1b mostra un diagramma schematicu di u novu mixer, chì usa raccordi di compressione HPLC filettati 10-32 standard di l'industria per l'ingressu è l'outlet, è hà ombreggiati cunfini blu di u portu di miscelatore internu patentatu.Differenti spazii trasversali di i percorsi di u flussu internu è i cambiamenti in a direzzione di u flussu in u voluminu di u flussu internu creanu regioni di flussu turbulente è laminare, pruvucannu un mischju à e scale micro, meso è macro.U disignu di stu miscelatore unicu hà utilizatu simulazioni di dinamica di fluidu computazionale (CFD) per analizà i mudelli di flussu è raffinà u disignu prima di prototipà per a prova analitica interna è a valutazione di u campu di i clienti.A fabricazione additiva hè u prucessu di stampa di cumpunenti geometriche 3D direttamente da i disegni CAD senza a necessità di machining tradiziunale (fresatrici, torni, etc.).Questi novi mixer statici sò pensati per esse fabbricati cù stu prucessu, induve u corpu di u mixer hè creatu da disegni CAD è e parti sò fabbricate (stampate) strata per strata cù a fabricazione additiva.Quì, una strata di polvere di metallu di circa 20 microns di grossu hè dipositu, è un laser cuntrullatu da l'urdinatore si funna selectivamente è fusione u polu in una forma solida.Applicà un altru stratu nantu à questu stratu è applicà a sinterizzazione laser.Repetite stu prucessu finu à chì a parte hè cumpletamente finita.U polveru hè poi sguassatu da a parte ligata non-laser, lascendu una parte stampata 3D chì currisponde à u disegnu CAD originale.U pruduttu finali hè un pocu simili à u prucessu microfluidic, cù a principal diferenza chì i cumpunenti microfluidic sò generalmente bidimensionali (piatti), mentre chì utilizanu a fabricazione additiva, i mudelli di flussu cumplessi ponu esse creati in geometria tridimensionale.Questi rubinetti sò attualmente dispunibili cum'è parti stampate 3D in acciaio inox 316L è titaniu.A maiò parte di l'aleaghji di metalli, polimeri è certi ceramichi ponu esse aduprati per fà cumpunenti cù stu metudu è seranu cunsiderati in i disinni / prudutti futuri.
Risu.1. Fotografia (a) è diagramma (b) di un mixer staticu Mott 90 μl chì mostra una sezione trasversale di u percorsu di u flussu di u fluidu di u mixer ombreggiata in blu.
Eseguite simulazioni di dinamica di fluidu computazionale (CFD) di prestazioni di miscelatori statici durante a fase di cuncepimentu per aiutà à sviluppà disinni efficaci è riduce esperimenti di prova è d'errore di tempu è costosi.Simulazione CFD di miscelatori statici è tubazioni standard (simulazione senza miscelatori) cù u pacchettu software COMSOL Multiphysics.Modellazione utilizendu a meccanica di fluidu laminare guidata da pressione per capisce a velocità di u fluidu è a pressione in una parte.Questa dinamica di fluidu, cumminata cù u trasportu chimicu di cumposti di fase mobile, aiuta à capisce u mischju di dui liquidi cuncentrati diffirenti.U mudellu hè studiatu cum'è una funzione di u tempu, uguali à 10 seconde, per facilità di calculu mentre cercanu suluzioni paragunabili.I dati teorichi sò stati ottenuti in un studiu correlati in u tempu utilizendu l'uttellu di prughjezzione di sonda di puntu, induve un puntu à mezu à a surtita hè statu sceltu per a cullizzioni di dati.U mudellu CFD è e teste sperimentali anu utilizatu dui solventi diffirenti per mezu di una valvula di campionamentu proporzionale è di un sistema di pumping, risultatu in un plug di rimpiazzamentu per ogni solvente in a linea di campionamentu.Questi solventi sò poi mischiati in un mixer staticu.I Figure 2 è 3 mostranu simulazioni di flussu attraversu un tubu standard (senza mixer) è attraversu un miscelatore staticu Mott, rispettivamente.A simulazione hè stata fatta nantu à un tubu drittu 5 cm long è 0,25 mm ID per dimustrà u cuncettu di tappi alternanti d'acqua è acetonitrile pura in u tubu in l'absenza di un mixer staticu, cum'è mostra in a Figura 2. A simulazione hà utilizatu e dimensioni precise di u tubu è u mixer è un flussu di 0,3 ml / min.
Risu.2. Simulazione di u flussu CFD in un tubu di 5 cm cù un diametru internu di 0,25 mm per rapprisintà ciò chì succede in un tubu HPLC, vale à dì in l'absenza di un mixer.U rossu pienu rapprisenta a frazione di massa di l'acqua.U blu rapprisenta a mancanza d'acqua, vale à dì acetonitrile pura.E regioni di diffusione ponu esse vistu trà tappi alternati di dui liquidi diffirenti.
Risu.3. Mixer staticu cù un voluminu di 30 ml, modellatu in u pacchettu di software COMSOL CFD.A legenda rapprisenta a frazione di massa di l'acqua in u mixer.L'acqua pura hè mostrata in rossu è l'acetonitrile pura in blu.U cambiamentu in a frazzioni di massa di l'acqua simulata hè rapprisintata da un cambiamentu di u culore di u mischju di dui liquidi.
Nantu à fig.4 mostra un studiu di validazione di u mudellu di correlazione trà l'efficienza di mischju è u voluminu di mischju.Quandu u voluminu di mischju aumenta, l'efficienza di mischju aumenterà.À a cunniscenza di l'autori, altre forze fisiche cumplesse chì agiscenu in u mixer ùn ponu micca esse contabilizzate in stu mudellu CFD, risultatu in una efficienza di mistura più alta in testi sperimentali.L'efficienza di mistura sperimentale hè stata misurata cum'è a riduzione percentuale in a sinusoide di basa.Inoltre, l'aumentu di a pressione di retrocede di solitu risultati in livelli di mistura più altu, chì ùn sò micca cunsiderati in a simulazione.
E seguenti cundizioni HPLC è a stallazione di prova sò state aduprate per misurà l'onda sinusoidale cruda per paragunà a prestazione relativa di diversi miscelatori statici.U diagramma in a Figura 5 mostra un layout tipicu di u sistema HPLC / UHPLC.U mixer staticu hè statu pruvatu mettendu u mixer direttamente dopu à a pompa è prima di l'iniettore è a colonna di separazione.A maiò parte di e misurazioni sinusoidali di fondo sò fatte bypassendu l'iniettore è a colonna capillare trà u mixer staticu è u detector UV.Quandu evaluà u rapportu signal-à-rumore è / o analizà a forma di piccu, a cunfigurazione di u sistema hè mostrata in Figura 5.
Figura 4. Trama di efficienza di mischju versus volume di mischju per una varietà di mixers statici.L'impurità teorica seguita a listessa tendenza cum'è i dati di impurità sperimentale chì cunfirmanu a validità di e simulazioni CFD.
U sistema HPLC utilizatu per sta prova era un HPLC Agilent 1100 Series cù un detector UV cuntrullatu da un PC chì esegue u software Chemstation.A Tabella 1 mostra e cundizioni tipiche di tuning per a misurazione di l'efficienza di u miscelatore monitorendu sinusoidi basi in dui studii di casu.Testi sperimentali sò stati realizati nantu à dui esempi diffirenti di solventi.I dui solventi mischiati in casu 1 eranu solventi A (20 mM acetate ammonium in acqua deionized) è solvent B (80% acetonitrile (ACN) / 20% acqua deionized).In u casu 2, u solvente A era una suluzione di 0.05% acetone (etichetta) in acqua deionizzata.Solvent B hè una mistura di 80/20% metanol è acqua.In u casu 1, a pompa hè stata stabilita à un flussu di 0,25 ml / min à 1,0 ml / min, è in u casu 2, a pompa hè stata stabilita à un flussu constante di 1 ml / min.In i dui casi, u rapportu di a mistura di solventi A è B era 20% A / 80% B. U detector hè stata stabilita à 220 nm in casu 1, è l'absorzione massima di acetone in casu 2 hè stata stabilita à una lunghezza d'onda di 265 nm.
Tabella 1. Configurazioni HPLC per i Casi 1 è 2 Casu 1 Casu 2 Velocità di pompa 0,25 ml/min à 1,0 ml/min 1,0 ml/min Solvente A 20 mM Acetate d'ammoniu in acqua deionizzata 0,05% Acetone in acqua deionizzata Solvente B 80% Acetonitrile (ACN) / 80% acqua deionizzata 20% / 0% acqua deionizzata. Rapportu di solvente 20% A / 80% B 20% A / 80% B Rilevatore 220 nm 265 nm
Risu.6. Plots di onde sinusoidali misti misurati prima è dopu applicà un filtru low-pass per sguassà i cumpunenti di deriva di basa di u signale.
A Figura 6 hè un esempiu tipicu di u rumore di basa mistu in u Casu 1, mostratu cum'è un mudellu sinusoidale ripetutu sovrapposto à a deriva di basa.A deriva di basa hè un lento aumentu o diminuzione di u signale di fondo.Se u sistema ùn hè micca permessu di equilibrà abbastanza longu, di solitu cadrà, ma andarà erratically ancu quandu u sistema hè cumplettamente stabile.Questa deriva di basa tende à aumentà quandu u sistema opera in un gradiente ripida o cundizzioni di pressione alta.Quandu sta deriva di basa hè presente, pò esse difficiuli di paragunà risultati da mostra à mostra, chì pò esse superatu appliendu un filtru low-pass à i dati crudi per filtrà queste variazioni di freccia bassa, fornendu cusì una trama d'oscillazione cù una linea di basa piatta.Nantu à fig.A Figura 6 mostra ancu una trama di u rumore di basa di u mixer dopu l'applicazione di un filtru low-pass.
Dopu avè finitu e simulazioni CFD è teste sperimentali iniziali, trè miscelatori statici separati sò stati sviluppati in seguitu utilizendu i cumpunenti interni descritti sopra cù trè volumi interni: 30 µl, 60 µl è 90 µl.Questa gamma copre a gamma di volumi è e prestazioni di mistura necessarie per l'applicazioni HPLC d'analiti bassu induve hè necessariu un mischju megliu è una bassa dispersione per pruduce linee di basa di bassa amplitudine.Nantu à fig.7 mostra e misure basi di l'onda sinusoidale ottenute nantu à u sistema di prova di l'esempiu 1 (acetonitrile è acetate d'ammoniu cum'è tracciatori) cù trè volumi di miscelatori statici è senza miscelatori installati.E cundizioni di prova sperimentale per i risultati mostrati in a Figura 7 sò stati custanti in tutte e 4 teste secondu a prucedura descritta in a Tabella 1 à un flussu di solvente di 0,5 ml/min.Applica un valore di offset à i datasets in modu chì ponu esse affissati fiancu à fiancu senza sovrapposizione di signali.Offset ùn affetta micca l'amplitude di u segnu utilizatu per ghjudicà u livellu di rendiment di u mixer.L'amplitude sinusoidale media senza u mixer era 0,221 mAi, mentre chì l'ampiezza di i miscelatori Mott statici à 30 µl, 60 µl, è 90 µl scendevanu à 0,077, 0,017 è 0,004 mAi, rispettivamente.
Figura 7. HPLC UV Detector Signal Offset versus Time for Case 1 (acetonitrile cun indicatore acetate ammonium) chì mostra u mischju di solvente senza mixer, 30 µl, 60 µl è 90 µl Mott mixers chì mostranu un mischju megliu (ampiezza di signale più bassa) cum'è u voluminu di u mixer staticu aumenta.(offsets di dati attuali: 0.13 (senza mixer), 0.32, 0.4, 0.45mA per una visualizazione megliu).
I dati mostrati in fig.8 sò listessi cum'è in Fig. 7, ma sta volta includenu i risultati di trè mixers statici HPLC cumunimenti utilizati cù volumi internu di 50 µl, 150 µl è 250 µl.Risu.Figura 8. HPLC UV Detector Signal Offset versus Time Plot per Casu 1 (Acetonitrile è Ammonium Acetate cum'è indicatori) chì mostra a mistura di solvente senza mixer staticu, a nova serie di mixers statici Mott, è trè mixers cunvinziunali (offset di dati attuale hè 0.1 (senza mixer), 0.32, 0.6, 0.48, 80.90, 0.48, 0.48, 90.90, 0.48, 90.90. effettu).A riduzione percentuale di l'onda sinusoidale di basa hè calculata da u rapportu di l'amplitude di l'onda sinusoidale à l'amplitude senza u mixer installatu.I percentuali di attenuazione di l'onda sinusoidale misurati per i Casi 1 è 2 sò elencati in a Tabella 2, cù i volumi internu di un novu mixer staticu è sette mixers standard cumunimenti utilizati in l'industria.I dati in i Figure 8 è 9, è ancu i calculi presentati in a Tabella 2, mostranu chì u Mott Static Mixer pò furnisce finu à 98.1% d'attenuazione di l'onda sinusoidale, superendu assai u rendiment di un mixer HPLC convenzionale in queste cundizioni di prova.Figura 9. HPLC UV detector signal offset versus time plot for case 2 (metanol and acetone as tracers) chì ùn mostra micca un mixer staticu (cumbinatu), una nova serie di mixers statici Mott è dui mixers cunvinziunali (offsets di dati attuali sò 0, 11 (senza mixer. ), 0.22, 0.3, 0.35, 0.35 mA è megliu per display).Sette mixers cumunimenti usati in l'industria sò stati ancu valutati.Questi includenu mixers cù trè volumi interni diffirenti da a cumpagnia A (designata Mixer A1, A2 è A3) è a cumpagnia B (designata Mixer B1, B2 è B3).A cumpagnia C hà valutatu solu una taglia.
Tabella 2. Caratteristiche di agitazione di u miscelatore staticu è u volume internu di u miscelatore staticu Casu 1 Recuperazione sinusoidale: Test d'acetonitrile (Efficienza) Casu 2 Recuperazione sinusoidale: Test d'acqua di metanolu (Efficiency) Volume internu (µl) No Mixer - - 0 Mott 30 65% 30,65% Mott 30. 0 Mott 90 98,1% 97,5% 90 Mixer A1 66,4% 73,7% 50 Mixer A2 89,8% 91,6% 150 Mixer A3 92,2% 94,5% 250 Mixer B1 44,8% 44,8% 43,5% Mixer B C 97,2% 97,4% 250
L'analisi di i risultati in a Figura 8 è u Tabella 2 mostra chì u mixer staticu 30 µl Mott hà a stessa efficienza di mistura chì u mixer A1, ie 50 µl, in ogni modu, u 30 µl Mott hà 30% di volume internu in menu.En comparant le mélangeur Mott de 60 µl avec le mélangeur A2 de volume intérieur de 150 µl, on a constaté une légère amélioration de l'efficacité du mélange de 92 % contre 89 %, mais surtout, ce niveau de mélange plus élevé a été atteint à 1/3 du volume du mélangeur.mixer simile A2.Les performances du mélangeur Mott 90 µl ont suivi la même tendance que le mélangeur A3 avec un volume intérieur de 250 µl.Migliuramenti in u mischju di u performance di 98% è 92% sò stati ancu osservati cù una riduzione di 3 volte in u voluminu internu.I risultati simili è i paraguni sò stati ottenuti per i mixers B è C. In u risultatu, a nova serie di mixers statici Mott PerfectPeakTM furnisce efficienza di mistura più altu ch'è mixers cumpetituri paragunabili, ma cù menu vulume internu, furnisce un megliu rumore di fondo è un rapportu signal-to-noise megliu, megliu sensibilità Analyte, forma di punta è risoluzione di punta.Tendenze simili in l'efficienza di mischju sò state osservate in i studii Case 1 è Case 2.Pour le cas 2, des essais ont été effectués en utilisant (méthanol et acétone comme indicateurs) pour comparer l'efficacité de mélange de 60 ml Mott, un mélangeur comparable A1 (volume intérieur 50 µl) et un mélangeur comparable B1 (volume intérieur 35 µl)., u rendiment era poviru senza un mixer installatu, ma hè stata utilizata per l'analisi di basa.U mixer Mott 60 ml hè statu u megliu mixer in u gruppu di teste, chì furnisce un 90% d'aumentu di l'efficienza di mischju.Un Mixer comparable A1 hà vistu una migliione di 75% in l'efficienza di mistura seguita da una migliione di 45% in un mixer B1 comparable.Una prova di riduzzione di l'onda sinusoidale di basa cù u flussu hè stata realizata nantu à una seria di miscelatori in e stesse cundizioni cum'è a prova di a curva sinusoidale in u Casu 1, cù solu u flussu cambiatu.I dati anu dimustratu chì in a gamma di flussu da 0,25 à 1 ml / min, a diminuzione iniziale di l'onda sinusoidale hè stata relativamente custante per tutti i trè volumi di miscelatori.Per i dui miscelatori di volumi più chjuchi, ci hè un ligeru aumentu di a cuntrazione sinusoidale cum'è u flussu di flussu diminuisce, chì hè previstu per via di u tempu di residenza aumentatu di u solvente in u mixer, chì permette un mischju di diffusione aumentatu.A sottrazione di l'onda sinusoidale hè prevista per aumentà cum'è u flussu diminuisce più.Tuttavia, per u più grande volume di mixer cù a più alta attenuazione di a basa di l'onda sinusoidale, l'attenuazione di a basa di l'onda sinusoidale hè rimasta praticamente invariata (dentru a gamma di incertezza sperimentale), cù valori chì varianu da 95% à 98%.Risu.10. Attenuazione basica di una onda sinusoidale versus u flussu in casu 1. A prova hè stata realizata in cundizioni simili à a prova sinusoidale cù u flussu variabile, injecting 80% di una mistura 80/20 di acetonitrile è acqua è 20% di acetate ammonium 20 mM.
A nova gamma sviluppata di miscelatori statici in linea PerfectPeakTM patentati cù trè volumi interni: 30 µl, 60 µl è 90 µl copre u voluminu è a gamma di prestazioni di miscelazione necessaria per a maiò parte di l'analisi HPLC chì necessitanu una miscelazione migliorata è pavimenti à bassa dispersione.U novu mixer staticu ottene questu utilizendu una nova tecnulugia di stampa 3D per creà una struttura 3D unica chì furnisce una mistura statica idrodinamica mejorata cù a più alta percentuale di riduzione di u rumore di basa per unità di volume di mistura interna.Utilizà 1/3 di u voluminu internu di un mixer cunvinziunali reduce u rumore di basa da 98%.Tali miscelatori sò custituiti da canali di flussu tridimensionale interconnessi cù diverse aree di sezione trasversale è diverse lunghezze di caminu cum'è u liquidu attraversa barriere geometriche cumplesse in l'internu.A nova famiglia di miscelatori statici furnisce un rendimentu migliuratu annantu à i miscelatori competitivi, ma cù menu volume internu, chì risulta in un megliu rapportu signal-à-rumore è limiti di quantificazione più bassi, è ancu una forma di picco mejorata, efficienza è risoluzione per una sensibilità più alta.
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