Yo devlope yon nouvo melanjè estatik an liy revolisyonè ki fèt espesyalman pou satisfè egzijans strik sistèm kromatografi likid pèfòmans segondè (HPLC) ak kromatografi likid pèfòmans ultra wo (HPLC ak UHPLC). Yon move melanj de oswa plis faz mobil ka lakòz yon rapò siyal-bri ki pi wo, sa ki diminye sansiblite. Melanj estatik omojèn de oswa plis likid ak yon volim entèn minimòm ak dimansyon fizik yon melanjè estatik reprezante pi wo estanda yon melanjè estatik ideyal. Nouvo melanjè estatik la reyalize sa a lè l sèvi avèk nouvo teknoloji enprime 3D pou kreye yon estrikti 3D inik ki bay yon melanj estatik idrodinamik amelyore ak pi gwo pousantaj rediksyon nan ond sinis debaz pou chak inite volim entèn nan melanj lan. Sèvi ak 1/3 nan volim entèn yon melanjè konvansyonèl diminye ond sinis debaz la pa 98%. Melanjè a konsiste de chanèl koule 3D ki konekte youn ak lòt ak diferan zòn seksyonèl ak longè chemen pandan likid la ap travèse jeyometri 3D konplèks. Melanje sou plizyè chemen koule tortue, konbine avèk tourbiyon lokal ak toubiyon, lakòz melanj nan echèl mikwo, mezo ak makro. Melanjè inik sa a fèt lè l sèvi avèk simulation dinamik likid konpitasyonèl (CFD). Done tès yo prezante montre ke yo reyalize yon melanj ekselan ak yon volim entèn minimòm.
Pou plis pase 30 ane, yo te itilize kromatografi likid nan anpil endistri, tankou famasetik, pestisid, pwoteksyon anviwònman, syans forensik, ak analiz chimik. Kapasite pou mezire an pati pa milyon oswa mwens enpòtan pou devlopman teknolojik nan nenpòt endistri. Yon move efikasite melanj mennen nan yon pòv rapò siyal-bri, ki se yon deranjman pou kominote kromatografi a an tèm de limit deteksyon ak sansiblite. Lè w ap melanje de solvan HPLC, pafwa li nesesè pou fòse melanj lan pa mwayen ekstèn pou omojeneize de solvan yo paske gen kèk solvan ki pa byen melanje. Si solvan yo pa byen melanje, degradasyon kromatogram HPLC a ka rive, ki manifeste tèt li kòm yon bri debaz twòp ak/oswa yon move fòm pik. Avèk yon move melanj, bri debaz la ap parèt kòm yon vag sinis (k ap monte ak k ap desann) nan siyal detektè a sou tan. An menm tan, yon move melanj ka mennen nan elajisman ak pik asimetrik, sa ki diminye pèfòmans analiz, fòm pik, ak rezolisyon pik. Endistri a te rekonèt ke melanjè estatik an liy ak an T se yon mwayen pou amelyore limit sa yo epi pèmèt itilizatè yo reyalize limit deteksyon (sansibilite) ki pi ba. Melanjè estatik ideyal la konbine avantaj efikasite melanj ki wo, volim mò ki ba ak gout presyon ki ba avèk volim minimòm ak debi sistèm maksimòm. Anplis de sa, pandan analiz la ap vin pi konplèks, analis yo dwe itilize regilyèman solvang ki pi polè ak difisil pou melanje. Sa vle di pi bon melanj se yon nesesite pou tès nan lavni, sa ki ogmante plis bezwen pou yon konsepsyon ak pèfòmans melanje siperyè.
Mott fèk devlope yon nouvo seri melanjè estatik an liy PerfectPeakTM ki gen patant, ak twa volim entèn: 30 µl, 60 µl ak 90 µl. Gwosè sa yo kouvri tout volim ak karakteristik melanj ki nesesè pou pifò tès HPLC kote yo bezwen pi bon melanj ak yon dispèsyon ki ba. Tout twa modèl yo gen yon dyamèt 0.5″ epi yo bay pèfòmans ki pi efikas nan endistri a nan yon konsepsyon kontra enfòmèl ant. Yo fèt ak asye pur 316L, pasive pou inèsi, men Titàn ak lòt alyaj metal ki reziste korozyon e ki inèsi chimikman disponib tou. Melanjè sa yo gen yon presyon fonksyònman maksimòm ki rive jiska 20,000 psi. Sou figi 1a a se yon foto yon melanjè estatik Mott 60 µl ki fèt pou bay maksimòm efikasite melanj pandan l ap itilize yon volim entèn ki pi piti pase melanjè estanda nan kalite sa a. Nouvo konsepsyon melanjè estatik sa a itilize nouvo teknoloji fabrikasyon aditif pou kreye yon estrikti 3D inik ki itilize mwens koule entèn pase nenpòt melanjè ki itilize kounye a nan endistri kromatografi a pou reyalize melanj estatik. Melanjè sa yo konpoze de chanèl koule twa dimansyon ki konekte youn ak lòt ak diferan zòn seksyonèl ak diferan longè chemen pandan likid la ap travèse baryè jewometrik konplèks anndan an. Nan figi 1b la, ou wè yon dyagram eskematik nouvo melanjè a, ki itilize ekipman konpresyon HPLC file 10-32 estanda endistri a pou antre ak sòti, epi ki gen fwontyè ble ki gen koulè nan pò melanjè entèn ki patante a. Diferan zòn seksyonèl chemen koule entèn yo ak chanjman nan direksyon koule nan volim koule entèn lan kreye rejyon koule ajite ak laminè, sa ki lakòz melanj nan echèl mikwo, mezo ak makro. Konsepsyon melanjè inik sa a te itilize simulation dinamik likid konpitasyonèl (CFD) pou analize modèl koule yo epi rafine konsepsyon an anvan prototip pou tès analitik entèn ak evalyasyon kliyan sou teren. Fabrikasyon aditif se pwosesis pou enprime konpozan jewometrik 3D dirèkteman nan desen CAD san yo pa bezwen machinasyon tradisyonèl (machin fraisage, tour, elatriye). Nouvo melanjè estatik sa yo fèt pou yo fabrike lè l sèvi avèk pwosesis sa a, kote kò melanjè a kreye apati desen CAD epi pati yo fabrike (enprime) kouch pa kouch lè l sèvi avèk fabrikasyon aditif. Isit la, yo depoze yon kouch poud metal ki gen anviwon 20 mikron epesè, epi yon lazè kontwole pa òdinatè fonn poud lan yon fason selektif pou l vin yon fòm solid. Aplike yon lòt kouch sou tèt kouch sa a epi aplike sinterizasyon lazè. Repete pwosesis sa a jiskaske pyès la fini nèt. Apre sa, yo retire poud lan nan pyès ki pa kole ak lazè a, sa kite yon pyès enprime 3D ki koresponn ak desen CAD orijinal la. Pwodwi final la sanble yon ti jan ak pwosesis mikwofluidik la, ak diferans prensipal la se ke konpozan mikwofluidik yo anjeneral bidimansyonèl (plat), pandan y ap itilize fabrikasyon aditif, modèl koule konplèks yo ka kreye nan jeyometri twa dimansyon. Robine sa yo disponib kounye a kòm pyès enprime 3D nan asye pur 316L ak Titàn. Pifò alyaj metal, polymère ak kèk seramik ka itilize pou fè konpozan lè l sèvi avèk metòd sa a epi yo pral konsidere nan konsepsyon/pwodwi nan lavni.
Diri. 1. Foto (a) ak dyagram (b) yon melanjè estatik Mott 90 μl ki montre yon koupe kwa nan chemen koule likid melanjè a ki gen koulè ble.
Fè simulation dinamik likid konpitasyonèl (CFD) sou pèfòmans melanjè estatik pandan faz konsepsyon an pou ede devlope konsepsyon efikas epi redwi eksperyans esè-erè ki pran anpil tan epi ki koute chè. Similasyon CFD melanjè estatik ak tiyo estanda (simulation san melanjè) lè l sèvi avèk pake lojisyèl COMSOL Multiphysics. Modèl lè l sèvi avèk mekanik likid laminè ki baze sou presyon pou konprann vitès likid ak presyon nan yon pyès. Dinamik likid sa a, konbine avèk transpò chimik konpoze faz mobil yo, ede konprann melanj de likid konsantre diferan. Yo etidye modèl la kòm yon fonksyon tan, egal a 10 segonn, pou fasilite kalkil pandan y ap chèche solisyon konparab. Yo te jwenn done teyorik nan yon etid korelasyon tan lè l sèvi avèk zouti pwojeksyon sond pwen an, kote yo te chwazi yon pwen nan mitan sòti a pou koleksyon done. Modèl CFD a ak tès eksperimantal yo te itilize de solvang diferan atravè yon valv echantiyonaj pwopòsyonèl ak yon sistèm ponpe, sa ki lakòz yon bouchon ranplasman pou chak solvang nan liy echantiyonaj la. Lè sa a, solvang sa yo melanje nan yon melanjè estatik. Figi 2 ak 3 montre simulation koule atravè yon tiyo estanda (san melanjè) ak atravè yon melanjè estatik Mott, respektivman. Yo te fè simulation an sou yon tib dwat ki gen 5 cm longè ak 0.25 mm dyamèt anndan pou demontre konsèp bouchon dlo ak asetonitril pi altène nan tib la san yon melanjè estatik, jan yo montre nan Figi 2. Similasyon an te itilize dimansyon egzak tib la ak melanjè a ansanm ak yon debi 0.3 ml/min.
Rice. 2. Similasyon koule CFD nan yon tib 5 cm ak yon dyamèt entèn 0.25 mm pou reprezante sa k ap pase nan yon tib HPLC, sa vle di lè pa gen yon melanjè. Wouj konplè a reprezante fraksyon mas dlo a. Ble a reprezante mank dlo, sa vle di asetonitril pi. Rejyon difizyon yo ka wè ant bouchon altène de likid diferan.
Diri. 3. Melanjè estatik ak yon volim 30 ml, modle nan pake lojisyèl COMSOL CFD la. Lejand lan reprezante fraksyon mas dlo nan melanjeur la. Dlo pi a parèt an wouj epi asetonitril pi a an ble. Chanjman nan fraksyon mas dlo simile a reprezante pa yon chanjman nan koulè melanj de likid yo.
Figi 4 la montre yon etid validasyon modèl korelasyon ant efikasite melanj lan ak volim melanj lan. Ofiramezi volim melanj lan ogmante, efikasite melanj lan ap ogmante. Nan konesans otè yo, lòt fòs fizik konplèks k ap aji andedan melanjè a pa ka pran an kont nan modèl CFD sa a, sa ki lakòz yon pi gwo efikasite melanj nan tès eksperimantal yo. Efikasite melanj eksperimantal la te mezire kòm pousantaj rediksyon nan sinisoid baz la. Anplis de sa, ogmantasyon presyon an anjeneral lakòz nivo melanj ki pi wo, ki pa pran an kont nan simulation an.
Yo te itilize kondisyon ak konfigirasyon tès HPLC sa yo pou mezire ond sinis brit yo pou konpare pèfòmans relatif diferan melanjè estatik yo. Dyagram nan Figi 5 la montre yon konfigirasyon sistèm HPLC/UHPLC tipik. Yo te teste melanjè estatik la lè yo te mete melanjè a dirèkteman apre ponp lan e anvan enjektè a ak kolòn separasyon an. Pifò mezi sinisoyidal background yo fèt san yo pa pase nan enjektè a ak kolòn kapilè a ant melanjè estatik la ak detektè UV a. Lè w ap evalye rapò siyal-sou-bri a ak/oswa analize fòm pik la, konfigirasyon sistèm lan montre nan Figi 5.
Figi 4. Grafik efikasite melanj kont volim melanj pou yon seri melanjè estatik. Enpurte teyorik la swiv menm tandans ak done enpurte eksperimantal yo, sa ki konfime validite similasyon CFD yo.
Sistèm HPLC ki te itilize pou tès sa a se te yon Agilent 1100 Series HPLC ak yon detektè UV kontwole pa yon PC k ap fonksyone ak lojisyèl Chemstation. Tablo 1 montre kondisyon reglaj tipik pou mezire efikasite melanjè a lè w ap siveye sinisoid debaz nan de etid ka. Tès eksperimantal yo te fèt sou de egzanp diferan sou solvan. De solvan yo te melanje nan ka 1 an se te solvan A (20 mM asetat amonyòm nan dlo deyonize) ak solvan B (80% asetonitril (ACN)/20% dlo deyonize). Nan Ka 2 a, solvan A te yon solisyon 0.05% asetòn (etikèt) nan dlo deyonize. Solvan B se yon melanj 80/20% metanòl ak dlo. Nan ka 1 an, ponp lan te mete sou yon to koule 0.25 ml/min a 1.0 ml/min, epi nan ka 2 a, ponp lan te mete sou yon to koule konstan 1 ml/min. Nan tou de ka yo, rapò melanj solvan A ak B yo te 20% A/80% B. Detektè a te fikse sou 220 nm nan ka 1 an, epi absòpsyon maksimòm asetòn nan ka 2 a te fikse sou yon longèdonn 265 nm.
Tablo 1. Konfigirasyon HPLC pou Ka 1 ak 2 Ka 1 Ka 2 Vitès Ponp 0.25 ml/min a 1.0 ml/min 1.0 ml/min Solvan A 20 mM asetat amonyòm nan dlo deyonize 0.05% Asetòn nan dlo deyonize Solvan B 80% Asetonitril (ACN) / 20% dlo deyonize 80% metanol / 20% dlo deyonize Rapò solvan 20% A / 80% B 20% A / 80% B Detektè 220 nm 265 nm
Rice. 6. Graf ond sinis melanje yo mezire anvan ak apre aplikasyon yon filtè pas ba pou retire konpozan derive liy debaz siyal la.
Figi 6 la se yon egzanp tipik bri liy debaz melanje nan Ka 1 an, ki montre kòm yon modèl sinisoyidal repete ki sipèpoze sou derive liy debaz la. Derive liy debaz la se yon ogmantasyon oswa yon diminisyon dousman nan siyal background nan. Si sistèm nan pa gen dwa ekilibre ase lontan, li pral anjeneral tonbe, men li pral derive yon fason iregilye menm lè sistèm nan konplètman estab. Derive liy debaz sa a gen tandans ogmante lè sistèm nan ap opere nan kondisyon pant apik oswa gwo presyon dèyè. Lè derive liy debaz sa a prezan, li ka difisil pou konpare rezilta yo de echantiyon an echantiyon, sa ki ka simonte lè w aplike yon filtè pas ba nan done brit yo pou filtre varyasyon ba frekans sa yo, kidonk bay yon graf osilasyon ak yon liy debaz plat. Nan fig. Figi 6 la montre tou yon graf bri liy debaz melanjè a apre w fin aplike yon filtè pas ba.
Apre yo te fin fè similasyon CFD yo ak premye tès eksperimantal yo, yo te devlope twa melanjè estatik separe lè l sèvi avèk konpozan entèn ki dekri anwo yo ak twa volim entèn: 30 µl, 60 µl ak 90 µl. Gam sa a kouvri seri volim ak pèfòmans melanj ki nesesè pou aplikasyon HPLC ki gen ti analit kote yo bezwen amelyore melanj ak ba dispèsyon pou pwodui liy debaz ki gen ti anplitid. Figi 7 la montre mezi sinis debaz yo jwenn sou sistèm tès Egzanp 1 an (asetonitril ak asetat amonyòm kòm trasè) ak twa volim melanjè estatik e san melanjè enstale. Kondisyon tès eksperimantal pou rezilta yo montre nan Figi 7 yo te rete konstan pandan tout 4 tès yo dapre pwosedi ki dekri nan Tablo 1 nan yon to koule sòlvan 0.5 ml/min. Aplike yon valè offset nan ansanm done yo pou yo ka parèt kòt a kòt san sipèpoze siyal. Offset la pa afekte anplitid siyal ki itilize pou jije nivo pèfòmans melanjè a. Anplitid sinisoyidal mwayèn nan san melanjè a te 0.221 mAi, alòske anplitid melanjè Mott estatik yo nan 30 µl, 60 µl, ak 90 µl te desann rive nan 0.077, 0.017, ak 0.004 mAi, respektivman.
Figi 7. Dekalaj siyal detektè UV HPLC a kont tan pou Ka 1 (asetonitril ak endikatè asetat amonyòm) ki montre melanj solvan san melanjè, melanjè Mott 30 µl, 60 µl ak 90 µl ki montre amelyorasyon nan melanj (anplitid siyal ki pi ba) pandan volim melanjè estatik la ap ogmante. (dekalaj done aktyèl yo: 0.13 (san melanjè), 0.32, 0.4, 0.45mA pou yon pi bon ekspozisyon).
Done yo montre nan figi 8 la se menm ak sa ki nan Fig 7 la, men fwa sa a yo enkli rezilta twa melanjè estatik HPLC yo itilize souvan ak volim entèn 50 µl, 150 µl ak 250 µl. Rice. Figi 8. Tras Dekalaj Siyal Detektè UV HPLC an fonksyon de Tan pou Ka 1 (Asetonitril ak Asetat Amonyòm kòm endikatè) ki montre melanj sòlvan an san melanjè estatik, nouvo seri melanjè estatik Mott yo, ak twa melanjè konvansyonèl yo (dekalaj done aktyèl la se 0.1 (san melanjè), 0.32, 0.48, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9 mA respektivman pou yon pi bon efè ekspozisyon). Pousantaj rediksyon ond sinis debaz la kalkile pa rapò anplitid ond sinis la ak anplitid la san melanjè a enstale. Pousantaj atenyasyon ond sinis ki mezire pou Ka 1 ak 2 yo nan Tablo 2, ansanm ak volim entèn yon nouvo melanjè estatik ak sèt melanjè estanda yo itilize souvan nan endistri a. Done ki nan Figi 8 ak 9 yo, ansanm ak kalkil yo prezante nan Tablo 2 a, montre ke Melanjè Statik Mott la ka bay jiska 98.1% atenyasyon ond sinis, ki depase pèfòmans yon melanjè HPLC konvansyonèl nan kondisyon tès sa yo. Figi 9. Graf décalage siyal detektè UV HPLC kont tan pou ka 2 (metanòl ak asetòn kòm trasè) ki montre pa gen okenn melanjè estatik (konbine), yon nouvo seri melanjè estatik Mott ak de melanjè konvansyonèl (décalage done aktyèl yo se 0, 11 (san melanjè. ), 0.22, 0.3, 0.35 mA ak pou pi bon ekspozisyon). Sèt melanjè yo itilize souvan nan endistri a te evalye tou. Sa yo enkli melanjè ki gen twa volim entèn diferan nan men konpayi A (deziyen Melanjè A1, A2 ak A3) ak konpayi B (deziyen Melanjè B1, B2 ak B3). Konpayi C te evalye yon sèl gwosè.
Tablo 2. Karakteristik Ajitasyon Melanjè Estatik ak Volim Entèn Melanjè Estatik Ka 1 Rekiperasyon Sinisoyidal: Tès Asetonitril (Efikasite) Ka 2 Rekiperasyon Sinisoyidal: Metanòl Tès Dlo (Efikasite) Volim Entèn (µl) Pa gen Melanjè – - 0 Mott 30 65% 67.2% 30 Mott 60 92.2% 91.3% 60 Mott 90 98.1% 97.5% 90 Melanjè A1 66.4% 73.7% 50 Melanjè A2 89.8% 91.6% 150 Melanjè A3 92.2% 94.5% 250 Melanjè B1 44.8% 45.7% 9 35 Melanjè B2 845.% 96.2% 370 Melanjè C 97.2% 97.4% 250
Analiz rezilta yo nan Figi 8 ak Tablo 2 montre ke melanjè estatik Mott 30 µl la gen menm efikasite melanj ak melanjè A1 la, sa vle di 50 µl, sepandan, Mott 30 µl la gen 30% mwens volim entèn. Lè nou konpare melanjè Mott 60 µl la ak melanjè A2 ki gen volim entèn 150 µl la, te gen yon ti amelyorasyon nan efikasite melanj lan de 92% kont 89%, men pi enpòtan, nivo melanj ki pi wo sa a te reyalize nan 1/3 nan volim melanjè a. Yon melanjè A2 menm jan an. Pèfòmans melanjè Mott 90 µl la te swiv menm tandans lan ak melanjè A3 la ak yon volim entèn 250 µl. Yo te obsève tou amelyorasyon nan pèfòmans melanj lan de 98% ak 92% ak yon rediksyon 3 fwa nan volim entèn lan. Yo te jwenn rezilta ak konparezon menm jan an pou melanjè B ak C yo. Kòm rezilta, nouvo seri melanjè estatik Mott PerfectPeakTM yo bay pi gwo efikasite melanj pase melanjè konpetitè konparab yo, men ak mwens volim entèn, bay pi bon bri background ak yon pi bon rapò siyal-bri, pi bon sansiblite Analyte, fòm pik ak rezolisyon pik. Yo te obsève tandans menm jan an nan efikasite melanj nan tou de etid Ka 1 ak Ka 2 yo. Pou Ka 2, yo te fè tès yo lè l sèvi avèk (metanòl ak asetòn kòm endikatè) pou konpare efikasite melanj 60 ml Mott, yon melanjè konparab A1 (volim entèn 50 µl) ak yon melanjè konparab B1 (volim entèn 35 µl). , pèfòmans lan te pòv san yon melanjè enstale, men li te itilize pou analiz debaz la. Melanjè Mott 60 ml la te pwouve ke li te pi bon melanjè nan gwoup tès la, bay yon ogmantasyon 90% nan efikasite melanj. Yon melanjè konparab A1 te wè yon amelyorasyon 75% nan efikasite melanj ki te swiv pa yon amelyorasyon 45% nan yon melanjè konparab B1. Yo te fè yon tès rediksyon vag sinis debaz ak to koule sou yon seri melanjeur anba menm kondisyon ak tès koub sinis nan Ka 1 an, sèlman to koule a ki te chanje. Done yo te montre ke nan seri to koule ant 0.25 ak 1 ml/min, diminisyon inisyal nan vag sinis la te rete relativman konstan pou tout twa volim melanjeur yo. Pou de melanjeur ki gen pi piti volim yo, gen yon ti ogmantasyon nan kontraksyon sinisoyidal pandan to koule a diminye, sa yo prevwa akòz ogmantasyon tan rezidans solvan an nan melanjeur la, sa ki pèmèt yon ogmantasyon nan melanj difizyon. Yo prevwa soustraksyon vag sinis la ap ogmante pandan koule a ap diminye plis toujou. Sepandan, pou pi gwo volim melanjeur ki gen pi gwo atenyasyon baz vag sinis la, atenyasyon baz vag sinis la te rete pratikman san chanjman (nan seri ensètitid eksperimantal la), ak valè ki varye ant 95% ak 98%. 10. Atenwasyon debaz yon ond sinis an fonksyon debi nan ka 1. Tès la te fèt nan kondisyon ki sanble ak tès sinis la ak debi varyab, enjekte 80% nan yon melanj 80/20 asetonitril ak dlo ak 20% nan asetat amonyòm 20 mM.
Nouvo seri melanjè estatik an liy PerfectPeakTM ki fèk devlope a, ki gen patant, ak twa volim entèn: 30 µl, 60 µl ak 90 µl, kouvri seri pèfòmans volim ak melanj ki nesesè pou pifò analiz HPLC ki mande amelyorasyon melanj ak planche dispèsyon ki ba. Nouvo melanjè estatik la reyalize sa a lè l sèvi avèk nouvo teknoloji enprime 3D pou kreye yon estrikti 3D inik ki bay yon amelyorasyon melanj estatik idrodinamik ak pi gwo pousantaj rediksyon nan bri debaz pou chak inite volim melanj entèn. Lè w itilize 1/3 nan volim entèn yon melanjè konvansyonèl, bri debaz la diminye pa 98%. Melanjè sa yo konsiste de chanèl koule twa dimansyon ki konekte youn ak lòt ak diferan zòn seksyonèl ak diferan longè chemen pandan likid la ap travèse baryè jewometrik konplèks anndan an. Nouvo fanmi melanjè estatik yo bay pi bon pèfòmans pase melanjè konpetitif yo, men ak mwens volim entèn, sa ki lakòz yon pi bon rapò siyal-bri ak limit kantifikasyon ki pi ba, osi byen ke yon amelyorasyon nan fòm pik, efikasite ak rezolisyon pou yon pi gwo sansiblite.
Nan nimewo sa a Kromatografi – RP-HPLC ki respekte anviwònman an – Itilizasyon kromatografi nwayo-kokiy pou ranplase asetonitril ak izopropanol nan analiz ak pirifikasyon – Nouvo kromatograf gaz pou…
Sant Biznis Entènasyonal Labmate Limited Oak Court Sandridge Park, Porters Wood St Albans Hertfordshire AL3 6PH Wayòm Ini