Revolutsiooniline uus inline staatiline segisti on välja töötatud spetsiaalselt selleks, et vastata kõrgefektiivse vedelikkromatograafia (HPLC) ja ülikõrge jõudlusega vedelikkromatograafia (HPLC ja UHPLC) süsteemide rangetele nõuetele.Kahe või enama liikuva faasi kehv segamine võib kaasa tuua suurema signaali-müra suhte, mis vähendab tundlikkust.Kahe või enama minimaalse sisemahu ja staatilise segisti füüsikaliste mõõtmetega vedeliku homogeenne staatiline segamine esindab ideaalse staatilise segisti kõrgeimat standardit.Uus staatiline mikser saavutab selle, kasutades uut 3D-printimise tehnoloogiat, et luua ainulaadne 3D-struktuur, mis tagab parema hüdrodünaamilise staatilise segamise koos baassiinuslaine suurima protsendi vähenemisega segu siseruumala ühiku kohta.Kasutades 1/3 tavalise segisti sisemahust, väheneb põhiline siinus 98%.Segisti koosneb omavahel ühendatud 3D voolukanalitest, millel on erinevad ristlõikepindalad ja teepikkused, kuna vedelik läbib keerulisi 3D geomeetriaid.Segamine mööda mitut käänulist vooluteed koos kohaliku turbulentsi ja pööristega annab tulemuseks segunemise mikro-, meso- ja makroskaalal.See ainulaadne segisti on loodud vedelike arvutusliku dünaamika (CFD) simulatsioonide abil.Esitatud katseandmed näitavad, et suurepärane segunemine saavutatakse minimaalse sisemise mahuga.
Vedelikkromatograafiat on rohkem kui 30 aastat kasutatud paljudes tööstusharudes, sealhulgas farmaatsiatööstuses, pestitsiidides, keskkonnakaitses, kohtuekspertiisis ja keemilises analüüsis.Võimalus mõõta miljondikosasid või vähem on iga tööstuse tehnoloogilise arengu jaoks ülioluline.Halb segamistõhusus põhjustab kehva signaali-müra suhte, mis häirib kromatograafiakogukonda tuvastamispiiride ja tundlikkuse osas.Kahe HPLC lahusti segamisel on mõnikord vaja kahe lahusti homogeniseerimiseks sundida segamist väliste vahenditega, kuna mõned lahustid ei segune hästi.Kui lahusteid ei segata põhjalikult, võib HPLC kromatogramm halveneda, mis väljendub liigse algtaseme müra ja/või piigi halva kujuna.Halva segamise korral ilmub algtaseme müra detektori signaali siinuslainena (tõusev ja langev) aja jooksul.Samal ajal võib halb segamine viia piikide laienemiseni ja asümmeetrilisteni, mis vähendab analüütilist jõudlust, piigi kuju ja piigi eraldusvõimet.Tööstusharu on tunnistanud, et in-line ja tee staatilised segistid on vahend nende piiride parandamiseks ja võimaldavad kasutajatel saavutada madalamaid tuvastamispiire (tundlikkust).Ideaalne staatiline segisti ühendab endas kõrge segamistõhususe, väikese tühimahu ja väikese rõhulanguse eelised minimaalse mahu ja süsteemi maksimaalse läbilaskevõimega.Lisaks, kuna analüüs muutub keerukamaks, peavad analüütikud rutiinselt kasutama polaarsemaid ja raskesti segatavaid lahusteid.See tähendab, et parem segamine on tulevaste katsetuste jaoks kohustuslik, suurendades veelgi vajadust suurepärase segisti disaini ja jõudluse järele.
Mott töötas hiljuti välja uue patenteeritud PerfectPeakTM inline staatiliste mikserite sarja kolme sisemahuga: 30 µl, 60 µl ja 90 µl.Need suurused hõlmavad mahtude ja segamisomaduste vahemikku, mis on vajalik enamiku HPLC testide jaoks, kus on vaja paremat segamist ja madalat dispersiooni.Kõik kolm mudelit on 0,5-tollise läbimõõduga ja pakuvad kompaktse disainiga tööstusharu juhtivat jõudlust.Need on valmistatud 316L roostevabast terasest, mis on inertsuse tagamiseks passiveeritud, kuid saadaval on ka titaani ja muud korrosioonikindlad ja keemiliselt inertsed metallisulamid.Nende segistite maksimaalne töörõhk on kuni 20 000 psi.Joonisel fig.1a on foto 60 µl Mott staatilisest segistist, mis on loodud maksimaalse segamise efektiivsuse tagamiseks, kasutades väiksemat sisemist mahtu kui seda tüüpi standardsed mikserid.See uus staatiline segisti disain kasutab uut lisandite tootmistehnoloogiat, et luua ainulaadne 3D struktuur, mis kasutab staatilise segamise saavutamiseks vähem sisemist voolu kui ükski kromatograafiatööstuses praegu kasutatav mikser.Sellised segistid koosnevad omavahel ühendatud kolmemõõtmelistest voolukanalitest, millel on erinev ristlõikepindala ja erinev teepikkus, kuna vedelik läbib sees olevaid keerulisi geomeetrilisi tõkkeid.Joonisel fig.Joonisel fig 1b on kujutatud skemaatiline diagramm uuest segistist, mis kasutab sisend- ja väljalaskeava jaoks tööstusstandardi 10–32 keermestatud HPLC tihendusliitmikke ning millel on patenteeritud sisemise segisti pordi sinised äärised.Sisevooluteede erinevad ristlõikealad ja voolusuuna muutused sisemise vooluhulga sees loovad turbulentse ja laminaarse voolu piirkonnad, põhjustades segunemist mikro-, meso- ja makroskaalal.Selle ainulaadse segisti konstruktsioonis kasutati voolumustrite analüüsimiseks ja disaini viimistlemiseks enne prototüüpide loomist ettevõttesiseseks analüütiliseks testimiseks ja kliendi kohapealseks hindamiseks vedelike arvutusdünaamika (CFD) simulatsioone.Lisatootmine on 3D geomeetriliste komponentide printimise protsess otse CAD-joonistelt, ilma et oleks vaja traditsioonilist töötlust (freespingid, treipingid jne).Need uued staatilised segistid on mõeldud tootmiseks selle protsessi abil, kus segisti korpus luuakse CAD-jooniste põhjal ja osad valmistatakse (prinditakse) kihthaaval, kasutades lisaainete tootmist.Siin ladestatakse umbes 20 mikroni paksune metallipulbri kiht ning arvutiga juhitav laser sulatab ja sulatab pulbri selektiivselt tahkeks vormiks.Selle kihi peale kandke teine ​​kiht ja tehke laserpaagutamine.Korrake seda protsessi, kuni osa on täielikult valmis.Seejärel eemaldatakse pulber laseriga ühendatud osalt, jättes alles 3D-prinditud osa, mis ühtib algse CAD-joonisega.Lõpptoode on mõneti sarnane mikrofluidiprotsessiga, mille peamise erinevusega on see, et mikrofluidilised komponendid on tavaliselt kahemõõtmelised (tasapinnalised), samas kui aditiivset tootmist kasutades saab luua keerukaid voolumustreid kolmemõõtmelises geomeetrias.Need segistid on praegu saadaval 3D-prinditud osadena 316L roostevabast terasest ja titaanist.Enamikku metallisulameid, polümeere ja mõnda keraamikat saab kasutada selle meetodi abil komponentide valmistamiseks ning neid arvestatakse tulevastes disainides/toodetes.
Riis.1. Foto (a) ja diagramm (b) 90 μl Mott staatilisest segistist, millel on sinisega varjutatud segisti vedeliku voolutee ristlõige.
Käivitage projekteerimisetapis staatilise segisti jõudluse arvutusliku vedeliku dünaamika (CFD) simulatsioone, et aidata välja töötada tõhusaid konstruktsioone ning vähendada aeganõudvaid ja kulukaid katse-eksituse katseid.Staatiliste mikserite ja standardsete torustike CFD simulatsioon (mikseriteta simulatsioon), kasutades tarkvarapaketti COMSOL Multiphysics.Modelleerimine rõhupõhise laminaarse vedeliku mehaanika abil, et mõista vedeliku kiirust ja rõhku detailis.See vedeliku dünaamika koos liikuva faasi ühendite keemilise transpordiga aitab mõista kahe erineva kontsentreeritud vedeliku segunemist.Mudelit uuritakse aja funktsioonina, mis võrdub 10 sekundiga, et hõlbustada arvutamist võrreldavate lahenduste otsimisel.Teoreetilised andmed saadi ajakorrelatsiooniuuringus punktisondi projektsioonitööriista abil, kus andmete kogumiseks valiti väljapääsu keskel asuv punkt.CFD mudelis ja katsetes kasutati proportsionaalse proovivõtuventiili ja pumpamissüsteemi kaudu kahte erinevat lahustit, mille tulemuseks oli iga proovivõtuliini lahusti asenduskork.Seejärel segatakse need lahustid staatilises segistis.Joonistel 2 ja 3 on näidatud voolu simulatsioonid läbi standardse toru (ilma segistita) ja läbi Mott staatilise segisti.Simulatsioon viidi läbi sirgel 5 cm pikkusel ja 0,25 mm läbimõõduga torul, et demonstreerida vee ja puhta atsetonitriili vaheldumisi torusse staatilise segisti puudumisel, nagu on näidatud joonisel 2. Simulatsioonis kasutati toru ja segisti täpseid mõõtmeid ning voolukiirust 0,3 ml/min.
Riis.2. CFD voolu simuleerimine 5 cm siseläbimõõduga 0,25 mm torus, et näidata, mis toimub HPLC torus, st mikseri puudumisel.Täispunane tähistab vee massiosa.Sinine tähistab vee, st puhta atsetonitriili puudumist.Kahe erineva vedeliku vahelduvate pistikute vahel võib näha difusioonipiirkondi.
Riis.3. Staatiline segisti mahuga 30 ml, modelleeritud COMSOL CFD tarkvarapaketis.Legend tähistab vee massiosa segistis.Puhas vesi on näidatud punasega ja puhas atsetonitriil sinisega.Simuleeritud vee massiosa muutust tähistab kahe vedeliku segunemise värvuse muutus.
Joonisel fig.4 on näidatud segamise efektiivsuse ja segamismahu vahelise korrelatsioonimudeli valideerimisuuring.Segamismahu suurenedes suureneb segamise efektiivsus.Autoritele teadaolevalt ei saa selles CFD mudelis arvesse võtta muid segisti sees mõjuvaid keerulisi füüsilisi jõude, mille tulemuseks on suurem segamise efektiivsus eksperimentaalsetes katsetes.Eksperimentaalset segamise efektiivsust mõõdeti baassinusoidi vähenemise protsendina.Lisaks põhjustab suurenenud vasturõhk tavaliselt kõrgemaid segamistasemeid, mida simulatsioonis ei võeta arvesse.
Toorsiinuslainete mõõtmiseks kasutati järgmisi HPLC tingimusi ja testi seadistust, et võrrelda erinevate staatiliste mikserite suhtelist jõudlust.Joonisel 5 olev diagramm näitab tüüpilist HPLC/UHPLC süsteemi paigutust.Staatilist mikserit testiti, asetades segisti vahetult pärast pumpa ja enne pihustit ja eralduskolonni.Enamik tausta sinusoidaalseid mõõtmisi tehakse mööda injektorit ja kapillaarkolonni staatilise segisti ja UV-detektori vahel.Signaali-müra suhte hindamisel ja/või piigi kuju analüüsimisel on süsteemi konfiguratsioon näidatud joonisel 5.
Joonis 4. Segamise efektiivsuse ja segamismahu graafik staatiliste segistite puhul.Teoreetiline lisand järgib sama suundumust kui eksperimentaalsed lisandite andmed, mis kinnitavad CFD simulatsioonide kehtivust.
Selles testis kasutatud HPLC-süsteem oli Agilent 1100 seeria HPLC UV-detektoriga, mida kontrollis Chemstationi tarkvaraga arvuti.Tabelis 1 on toodud tüüpilised häälestustingimused mikseri efektiivsuse mõõtmiseks, jälgides põhilisi sinusoide kahes juhtumiuuringus.Eksperimentaalsed testid viidi läbi kahe erineva lahusti näitega.Juhtumi 1 segatud kaks lahustit olid lahusti A (20 mM ammooniumatsetaat deioniseeritud vees) ja lahusti B (80% atsetonitriil (ACN)/20% deioniseeritud vesi).Juhtumi 2 puhul oli lahustiks A 0,05% atsetooni (märgis) lahus deioniseeritud vees.Lahusti B on 80/20% metanooli ja vee segu.Juhtumi 1 puhul seadistati pump voolukiirusele 0,25 ml/min kuni 1,0 ml/min ja 2. juhtumi korral seadistati pump konstantsele voolukiirusele 1 ml/min.Mõlemal juhul oli lahustite A ja B segu suhe 20% A/80% B. 1. juhul määrati detektor 220 nm ja atsetooni maksimaalne neeldumine 2. juhul määrati lainepikkusele 265 nm.
Tabel 1. HPLC konfiguratsioonid juhtumite 1 ja 2 jaoks Juhtum 1 Juhtum 2 Pumba kiirus 0,25 ml/min kuni 1,0 ml/min 1,0 ml/min Lahusti A 20 mM ammooniumatsetaat deioniseeritud vees 0,05% Atsetoon deioniseeritud vees Lahusti B /Metsioniseeritud vesi 2% AC0% 0,8% Acetoniseeritud vesi 20% deioniseeritud vesi Lahusti suhe 20% A / 80% B 20% A / 80% B Detektor 220 nm 265 nm
Riis.6. Segasiinuslainete graafikud, mis on mõõdetud enne ja pärast madalpääsfiltri rakendamist, et eemaldada signaali baasjoone triivikomponente.
Joonis 6 on tüüpiline näide segatud lähtetaseme mürast juhtumil 1, mis on näidatud korduva siinusmustrina, mis on kattuvad baasjoone triiviga.Baasjoone triiv on taustsignaali aeglane suurenemine või vähenemine.Kui süsteemil ei lasta piisavalt kaua tasakaalustuda, siis see tavaliselt kukub, kuid triivib korrapäratult isegi siis, kui süsteem on täiesti stabiilne.See baasjoone triiv kipub suurenema, kui süsteem töötab järsu kalde või kõrge vasturõhu tingimustes.Kui see lähtejoone triiv on olemas, võib olla keeruline võrrelda tulemusi proovide lõikes, millest saab üle, rakendades algandmetele madalpääsfiltrit, et need madalsageduslikud kõikumised välja filtreerida, andes seeläbi tasase baasjoonega võnkegraafiku.Joonisel fig.Joonisel 6 on näidatud ka segisti algtaseme müra graafik pärast madalpääsfiltri rakendamist.
Pärast CFD simulatsioonide ja esialgse eksperimentaalse testimise lõpetamist töötati välja kolm eraldi staatilist mikserit, kasutades ülalkirjeldatud sisemisi komponente kolme sisemahuga: 30 µl, 60 µl ja 90 µl.See vahemik hõlmab mahtude ja segamisjõudluse vahemikku, mis on vajalik madala analüüdisisaldusega HPLC rakendustes, kus madala amplituudiga baasjoonte saamiseks on vaja paremat segamist ja madalat dispersiooni.Joonisel fig.Joonisel 7 on kujutatud siinuslaine põhimõõtmised, mis saadi näite 1 katsesüsteemiga (atsetonitriil ja ammooniumatsetaat märgistusainetena) kolme mahuga staatiliste segistitega ja ilma segistiteta.Joonisel fig 7 näidatud tulemuste katsetingimused hoiti konstantsena kõigi 4 katse jooksul vastavalt tabelis 1 kirjeldatud protseduurile lahusti voolukiirusel 0,5 ml/min.Rakendage andmehulkadele nihke väärtus, et neid saaks kuvada kõrvuti ilma signaalide kattumiseta.Nihe ei mõjuta mikseri jõudluse taseme hindamiseks kasutatava signaali amplituudi.Keskmine sinusoidaalne amplituud ilma segistita oli 0,221 mAi, samas kui staatiliste Mott-segistite amplituudid 30 µl, 60 µl ja 90 µl juures langesid vastavalt 0,077, 0,017 ja 0,004 mAi-ni.
Joonis 7. HPLC UV-detektori signaali nihe vs. juhtumi 1. aeg (atsetonitriil ammooniumatsetaadi indikaatoriga), mis näitab lahusti segunemist ilma segistita, 30 µl, 60 µl ja 90 µl Mott-segistid näitavad paranenud segamist (signaali madalam amplituud), kui staatilise segisti maht suureneb.(tegelikud andmete nihked: 0,13 (segistita), 0,32, 0,4, 0,45 mA parema kuvamise jaoks).
Joonisel fig.8 on samad, mis joonisel 7, kuid seekord sisaldavad need kolme tavaliselt kasutatava HPLC staatilise segisti tulemusi sisemahuga 50 µl, 150 µl ja 250 µl.Riis.Joonis 8. HPLC UV-detektori signaali nihe versus ajagraafik 1. juhtumi puhul (indikaatoritena atsetonitriil ja ammooniumatsetaat), mis näitab lahusti segamist ilma staatilise segistita, Mott staatiliste segistite uus seeria ja kolm tavasegisti (tegelik andmete nihe on 0,1 (ilma segistita), 0,42, .0,0, 0,42, .0,8 m. A vastavalt parema kuvaefekti saavutamiseks).Põhisiinuslaine vähenemise protsent arvutatakse siinuslaine amplituudi ja amplituudi suhte järgi ilma segistita.Juhtumite 1 ja 2 mõõdetud siinuslaine sumbumise protsendid on loetletud tabelis 2 koos uue staatilise segisti ja seitsme tööstuses tavaliselt kasutatava standardsegisti sisemahuga.Joonistel 8 ja 9 toodud andmed ning tabelis 2 esitatud arvutused näitavad, et Mott Static Mixer suudab pakkuda kuni 98,1% siinuslaine sumbumist, mis ületab nendes katsetingimustes tunduvalt tavapärase HPLC-segisti jõudlust.Joonis 9. HPLC UV-detektori signaali nihke ja aja graafik 2. juhtumi puhul (märgistusainetena metanool ja atsetoon), mis ei näita staatilist mikserit (kombineeritud), uut Mott-i staatilist segistit ja kahte tavasegistit (tegelikud andmete nihked on 0, 11 (ilma segistita. ), 0,22, 0,3 mA ja parema kuva jaoks 0,22, 0,3, 0).Hinnati ka seitset tööstuses levinud segistit.Nende hulka kuuluvad kolme erineva sisemahuga segistid firmalt A (mixer A1, A2 ja A3) ja ettevõtte B (tähisega Mixer B1, B2 ja B3).Ettevõte C hindas ainult ühte suurust.
Tabel 2. Staatilise segisti segamiskarakteristikud ja sisemaht Staatilise mikseri juhtum 1 Sinusoidaalne taastumine: atsetonitriili test (efektiivsus) Juhtum 2 Sinusoidaalne taastumine: metanooli vee test (efektiivsus) sisemaht (µl) Segisti puudub – - 0 Mott 25 % 30 % 30 % 30 % 20 6 % . % 91,3% 60 Mott 90 98,1% 97,5% 90 Mikser A1 66,4% 73,7% 50 Mikser A2 89,8% 91,6% 150 Mikser A3 92,2% 94,5% 250 Mikser B 94,5% 250 Mikser 8% 9444 Segisti 8% 9 .3 .% 96,2% 370 Segisti C 97,2% 97,4% 250
Tulemuste analüüs joonisel 8 ja tabelis 2 näitab, et 30 µl Mott staatilisel mikseril on sama segamisefektiivsus kui A1 mikseril, st 50 µl, kuid 30 µl Mott-i sisemaht on 30% väiksem.Kui võrrelda 60 µl Mott-segistit 150 µl sisemahuga A2 segistiga, oli segamise efektiivsus 92% võrreldes 89% võrra parem, kuid mis veelgi olulisem, see kõrgem segamise tase saavutati 1/3 segisti mahust.sarnane segisti A2.90 µl Mott-segisti jõudlus järgis sama suundumust kui 250 µl sisemahuga A3 mikseril.Segamisomaduste paranemist 98% ja 92% täheldati ka sisemahu 3-kordse vähenemisega.Sarnased tulemused ja võrdlused saadi segistite B ja C puhul. Selle tulemusena pakub uus staatiliste mikserite seeria Mott PerfectPeakTM kõrgemat segamistõhusust kui võrreldavad konkurendi mikserid, kuid väiksema sisemise helitugevusega, pakkudes paremat taustmüra ja paremat signaali-müra suhet, paremat tundlikkust Analyte, piigi kuju ja piigi eraldusvõimet.Sarnaseid suundumusi segamise efektiivsuses täheldati nii juhtumi 1 kui ka juhtumi 2 uuringutes.Juhtumi 2 puhul viidi läbi testid, kasutades (indikaatoritena metanool ja atsetoon), et võrrelda 60 ml Mott, võrreldava segisti A1 (sisemaht 50 µl) ja võrreldava segisti B1 (sisemaht 35 µl) segamise efektiivsust., jõudlus oli kehv ilma segistita, kuid seda kasutati algtaseme analüüsiks.60 ml Mott mikser osutus katserühma parimaks mikseriks, mis suurendas segamise efektiivsust 90%.Võrreldava segisti A1 segamise efektiivsus paranes 75%, millele järgnes võrreldava B1 segisti 45% paranemine.Põhiline siinuslaine vähendamise test voolukiirusega viidi läbi rea segistitega samadel tingimustel kui siinuskõvera test juhtumil 1, muutes ainult voolukiirust.Andmed näitasid, et voolukiiruste vahemikus 0,25 kuni 1 ml/min jäi siinuslaine esialgne langus kõigi kolme segisti mahu puhul suhteliselt konstantseks.Kahe väiksema mahuga segisti puhul on voolukiiruse vähenemisel veidi suurenenud sinusoidaalne kokkutõmbumine, mis on eeldatavasti tingitud lahusti pikenenud viibimisajast segistis, mis võimaldab difusioonisegamise suurenemist.Siinuslaine lahutamine eeldatavasti suureneb, kui vool väheneb veelgi.Suurima siinuslaine baassummutusega segisti mahu puhul jäi siinuslaine baassumbumine aga praktiliselt muutumatuks (eksperimentaalse määramatuse piires), väärtused jäid vahemikku 95% kuni 98%.Riis.10. Siinuslaine põhisummutus võrreldes voolukiirusega juhul 1. Katse viidi läbi muutuva voolukiirusega siinustestiga sarnastes tingimustes, süstides 80% atsetonitriili ja vee 80/20 segu ning 20% ​​20 mM ammooniumatsetaati.
Äsja välja töötatud patenteeritud PerfectPeakTM kolme sisemise mahuga staatiliste mikserite sari: 30 µl, 60 µl ja 90 µl katab mahu ja segamisjõudluse vahemiku, mis on vajalik enamiku HPLC analüüside jaoks, mis nõuavad paremat segamist ja madala dispersiooniga põrandaid.Uus staatiline mikser saavutab selle, kasutades uut 3D-printimise tehnoloogiat, et luua ainulaadne 3D-struktuur, mis tagab täiustatud hüdrodünaamilise staatilise segunemise ja baasmüra suurima protsendi vähenemise sisesegu mahuühiku kohta.Kasutades 1/3 tavalise segisti sisemisest mahust, vähendab baasmüra 98%.Sellised segistid koosnevad omavahel ühendatud kolmemõõtmelistest voolukanalitest, millel on erinev ristlõikepindala ja erinev teepikkus, kuna vedelik läbib sees olevaid keerulisi geomeetrilisi tõkkeid.Uus staatiliste mikserite perekond pakub paremat jõudlust võrreldes konkureerivate mikseritega, kuid väiksema sisemise helitugevusega, mille tulemuseks on parem signaali-müra suhe ja madalamad kvantitatiivsed piirid, samuti täiustatud piigi kuju, tõhusus ja eraldusvõime suurema tundlikkuse saavutamiseks.
Selles numbris Kromatograafia – Keskkonnasõbralik RP-HPLC – Südamiku ja kesta kromatograafia kasutamine atsetonitriili asendamiseks isopropanooliga analüüsimisel ja puhastamisel – Uus gaasikromatograaf…
Ärikeskus International Labmate Limited Oak Court Sandridge Park, Porters Wood St Albans Hertfordshire AL3 6PH Ühendkuningriik