Револуционерен нов вграден статичен миксер е развиен специјално дизајниран да ги исполни строгите барања на системите за течна хроматографија со високи перформанси (HPLC) и течна хроматографија со ултра високи перформанси (HPLC и UHPLC).Лошото мешање на две или повеќе мобилни фази може да резултира со поголем сооднос сигнал-шум, што ја намалува чувствителноста.Хомогеното статичко мешање на две или повеќе течности со минимален внатрешен волумен и физички димензии на статичен миксер претставува највисок стандард на идеален статичен миксер.Новиот статичен миксер го постигнува ова со користење на нова технологија за 3D печатење за да создаде единствена 3D структура која обезбедува подобрено хидродинамичко статичко мешање со најголем процент на намалување на базниот синусен бран по единица внатрешен волумен на смесата.Користењето на 1/3 од внатрешниот волумен на конвенционален миксер го намалува основниот синусен бран за 98%.Миксерот се состои од меѓусебно поврзани 3D канали на проток со различни области на попречен пресек и должина на патеката додека течноста поминува низ сложени 3D геометрии.Мешањето по повеќе вртежни патеки на проток, во комбинација со локални турбуленции и витли, резултира со мешање во микро, мезо и макро скали.Овој уникатен миксер е дизајниран со помош на симулации за компјутерска динамика на течности (CFD).Презентираните податоци од тестот покажуваат дека одлично мешање се постигнува со минимален внатрешен волумен.
Повеќе од 30 години, течната хроматографија се користи во многу индустрии, вклучувајќи фармацевтски производи, пестициди, заштита на животната средина, форензика и хемиска анализа.Способноста за мерење на делови на милион или помалку е од клучно значење за технолошкиот развој во која било индустрија.Лошата ефикасност на мешањето води до лош сооднос сигнал-шум, што е навреденост за заедницата на хроматографија во однос на ограничувањата за откривање и чувствителноста.Кога се мешаат два HPLC растворувачи, понекогаш е неопходно да се принуди мешањето со надворешни средства за да се хомогенизираат двата растворувачи бидејќи некои растворувачи не се мешаат добро.Ако растворувачите не се измешаат темелно, може да дојде до деградација на ХПЛЦ-хроматограмот, манифестирајќи се како прекумерна основна бучава и/или лоша форма на врвот.Со лошо мешање, основната бучава ќе се појави како синусен бран (подигање и паѓање) на сигналот на детекторот со текот на времето.Во исто време, лошото мешање може да доведе до проширување и асиметрични врвови, намалување на аналитичките перформанси, обликот на врвот и врвната резолуција.Индустријата препозна дека ин-линиските и статичните миксери се средство за подобрување на овие граници и овозможување на корисниците да постигнат пониски граници за откривање (чувствителност).Идеалниот статичен миксер ги комбинира придобивките од високата ефикасност на мешањето, нискиот мртов волумен и нискиот пад на притисокот со минимален волумен и максимална пропусност на системот.Покрај тоа, како што анализата станува посложена, аналитичарите мора рутински да користат повеќе поларни и тешко мешани растворувачи.Ова значи дека подобро мешање е неопходно за идно тестирање, дополнително зголемувајќи ја потребата за супериорен дизајн и перформанси на миксер.
Мот неодамна разви нова палета на патентирани PerfectPeakTM вградени статични мешалки со три внатрешни волумени: 30 µl, 60 µl и 90 µl.Овие големини го покриваат опсегот на волумени и карактеристики на мешање потребни за повеќето HPLC тестови каде што е потребно подобрено мешање и ниска дисперзија.Сите три модели се со дијаметар од 0,5 инчи и обезбедуваат водечки перформанси во индустријата во компактен дизајн.Изработени се од нерѓосувачки челик 316L, пасивирани заради инертност, но достапни се и титаниум и други отпорни на корозија и хемиски инертни метални легури.Овие миксери имаат максимален работен притисок до 20.000 psi.На сл.1a е фотографија од статичен мешач од 60 µl Mott дизајниран да обезбеди максимална ефикасност на мешање додека користи помал внатрешен волумен од стандардните мешалки од овој тип.Овој нов дизајн на статички миксер користи нова технологија за производство на адитиви за да создаде уникатна 3D структура која користи помалку внатрешен проток од кој било миксер што моментално се користи во индустријата за хроматографија за да се постигне статичко мешање.Таквите мешалки се состојат од меѓусебно поврзани тродимензионални проточни канали со различни области на попречен пресек и различни должини на патеката додека течноста поминува низ сложени геометриски бариери внатре.На сл.Слика 1б покажува шематски дијаграм на новиот миксер, кој користи индустриски стандардни 10-32 HPLC фитинзи за компресија со навој за влез и излез, и има засенчени сини граници на патентираната внатрешна порта за миксер.Различните пресечни области на внатрешните патеки на проток и промените во насоката на протокот во внатрешниот волумен на проток создаваат региони на турбулентен и ламинарен проток, предизвикувајќи мешање во микро, мезо и макро скали.Дизајнот на овој уникатен миксер користеше симулации за пресметковна динамика на течности (CFD) за да ги анализира моделите на проток и да го усоврши дизајнот пред да направи прототип за внатрешно аналитичко тестирање и евалуација на теренот на клиентите.Производството на адитиви е процес на печатење на 3D геометриски компоненти директно од CAD цртежи без потреба од традиционална обработка (машини за глодање, стругови итн.).Овие нови статични мешалки се дизајнирани да се произведуваат со користење на овој процес, каде што телото на миксер е создадено од CAD цртежи, а деловите се фабрикувани (печатени) слој по слој со користење на производство на адитиви.Овде се таложи слој од метален прав дебел околу 20 микрони, а компјутерски контролиран ласер селективно го топи и спојува прашокот во цврста форма.Нанесете уште еден слој врз овој слој и нанесете ласерско синтерување.Повторете го овој процес додека делот не е целосно завршен.Прашокот потоа се отстранува од делот што не е врзан со ласер, оставајќи 3D отпечатен дел што одговара на оригиналниот CAD цртеж.Финалниот производ е донекаде сличен на микрофлуидниот процес, со главната разлика што микрофлуидните компоненти се обично дводимензионални (рамни), додека со користење на производството на адитиви, сложените обрасци на проток може да се создадат во тродимензионална геометрија.Овие славини моментално се достапни како 3D печатени делови од нерѓосувачки челик 316L и титаниум.Повеќето метални легури, полимери и некои керамика може да се користат за правење компоненти користејќи го овој метод и ќе се земат предвид во идните дизајни/производи.
Ориз.1. Фотографија (а) и дијаграм (б) на статичен миксер од 90 μl Mott на кој е прикажан пресек на патеката на проток на течноста на миксер, засенчена во сина боја.
Извршете симулации за компјутерска динамика на флуиди (CFD) на перформансите на статичкиот миксер за време на фазата на дизајнирање за да помогнете во развојот на ефикасни дизајни и да ги намалите временските и скапите експерименти со обиди и грешки.CFD симулација на статични миксери и стандардни цевки (симулација без мешалка) со помош на софтверскиот пакет COMSOL Multiphysics.Моделирање со помош на механика на ламинарна течност управувана од притисок за да се разбере брзината и притисокот на течноста во делот.Оваа динамика на течности, во комбинација со хемискиот транспорт на соединенија од мобилната фаза, помага да се разбере мешањето на две различни концентрирани течности.Моделот се проучува како функција од времето, еднакво на 10 секунди, за полесно пресметување додека се бараат споредливи решенија.Теоретските податоци се добиени во студија поврзана со времето со помош на алатката за проекција на точка сонда, каде што е избрана точка на средината на излезот за собирање податоци.Моделот CFD и експерименталните тестови користеа два различни растворувачи преку пропорционален вентил за земање примероци и систем за пумпање, што резултираше со заменски приклучок за секој растворувач во линијата за земање примероци.Овие растворувачи потоа се мешаат во статичен миксер.На сликите 2 и 3 се прикажани симулации на проток преку стандардна цевка (без мешалка) и преку статичен мешач Мот, соодветно.Симулацијата беше извршена на права цевка долга 5 cm и ID од 0,25 mm за да се демонстрира концептот на наизменични приклучоци од вода и чист ацетонитрил во цевката во отсуство на статичен миксер, како што е прикажано на слика 2. Во симулацијата се користени точните димензии на цевката и миксер и брзина на проток од 0,3 ml/min.
Ориз.2. Симулација на проток на CFD во цевка од 5 cm со внатрешен дијаметар од 0,25 mm за да се претстави што се случува во HPLC цевка, односно во отсуство на миксер.Целосното црвено го претставува масениот дел од водата.Сината боја го претставува недостатокот на вода, односно чист ацетонитрил.Регионите на дифузија може да се видат помеѓу наизменични приклучоци од две различни течности.
Ориз.3. Статички миксер со волумен од 30 ml, моделиран во софтверскиот пакет COMSOL CFD.Легендата го претставува масениот дел од водата во миксер.Чистата вода е прикажана со црвена боја, а чистиот ацетонитрил со сина боја.Промената на масениот удел на симулираната вода е претставена со промена на бојата на мешањето на две течности.
На сл.4 покажува студија за валидација на моделот на корелација помеѓу ефикасноста на мешањето и волуменот на мешањето.Како што се зголемува волуменот на мешањето, ќе се зголемува и ефикасноста на мешањето.Според знаењето на авторите, други сложени физички сили кои дејствуваат внатре во миксер не може да се земат предвид во овој CFD модел, што резултира со поголема ефикасност на мешањето во експерименталните тестови.Експерименталната ефикасност на мешање беше измерена како процентуално намалување на основниот синусоид.Дополнително, зголемениот повратен притисок обично резултира со повисоки нивоа на мешање, кои не се земаат предвид при симулацијата.
Следниве услови за HPLC и поставување на тест беа користени за мерење на сирови синусни бранови за да се споредат релативните перформанси на различни статични мешалки.Дијаграмот на Слика 5 покажува типичен распоред на системот HPLC/UHPLC.Статичкиот миксер беше тестиран со поставување на миксер директно по пумпата и пред инјекторот и колоната за одвојување.Повеќето синусоидални мерења во позадина се прават заобиколувајќи ги инјекторот и капиларната колона помеѓу статичкиот миксер и УВ детекторот.При оценување на односот сигнал-шум и/или анализа на обликот на врвот, конфигурацијата на системот е прикажана на Слика 5.
Слика 4. Парцела на ефикасноста на мешањето наспроти волуменот на мешање за голем број статични мешалки.Теоретската нечистотија го следи истиот тренд како и експерименталните податоци за нечистотии кои ја потврдуваат валидноста на CFD симулациите.
Системот HPLC што се користеше за овој тест беше HPLC од серијата 1100 Agilent со УВ детектор контролиран од компјутер со софтвер Chemstation.Табела 1 покажува типични услови за подесување за мерење на ефикасноста на миксер со следење на основните синусоиди во две студии на случај.Беа спроведени експериментални тестови на два различни примери на растворувачи.Двата растворувачи измешани во случајот 1 беа растворувачот А (20 mM амониум ацетат во дејонизирана вода) и растворувачот Б (80% ацетонитрил (ACN)/20% дејонизирана вода).Во случајот 2, растворувачот А беше раствор од 0,05% ацетон (етикета) во дејонизирана вода.Растворувачот Б е мешавина од 80/20% метанол и вода.Во случајот 1, пумпата беше поставена на проток од 0,25 ml/min до 1,0 ml/min, а во случајот 2, пумпата беше поставена на константна брзина на проток од 1 ml/min.Во двата случаи, односот на мешавината на растворувачите А и Б беше 20% А/80% Б. Детекторот беше поставен на 220 nm во случајот 1, а максималната апсорпција на ацетон во случајот 2 беше поставена на бранова должина од 265 nm.
Табела 1. Конфигурации на HPLC за случаи 1 и 2 Случај 1 Случај 2 Брзина на пумпата 0,25 ml/min до 1,0 ml/min 1,0 ml/min Растворувач A 20 mM амониум ацетат во дејонизирана вода 0,05% ацетон во дејонизирана вода Растворувач B 80% ACetoleantimento 20% дејонизирана вода Сооднос на растворувач 20% A / 80% B 20% A / 80% B Детектор 220 nm 265 nm
Ориз.6. Парцели на мешани синусни бранови измерени пред и по примена на нископропусен филтер за да се отстранат основните компоненти на преносот на сигналот.
Слика 6 е типичен пример за мешан шум на основната линија во Случај 1, прикажан како повторувачки синусоидален образец надреден на дрифтот на основната линија.Движењето на основната линија е бавно зголемување или намалување на сигналот во позадина.Ако на системот не му се дозволи да се балансира доволно долго, тој обично ќе падне, но ќе се движи непредвидливо дури и кога системот е целосно стабилен.Овој нанос на основната линија има тенденција да се зголемува кога системот работи во услови на стрмен градиент или висок заден притисок.Кога е присутен овој дрифт на основната линија, може да биде тешко да се споредат резултатите од примерок до примерок, што може да се надмине со примена на нископропусен филтер на необработените податоци за да се филтрираат овие варијации со ниска фреквенција, а со тоа да се обезбеди дијаграм на осцилација со рамна основна линија.На сл.Слика 6, исто така, покажува график на основната бучава на миксер по примена на нископропусен филтер.
По завршувањето на CFD симулациите и првичното експериментално тестирање, последователно беа развиени три одделни статички мешалки со користење на внатрешните компоненти опишани погоре со три внатрешни волумени: 30 µl, 60 µl и 90 µl.Овој опсег го опфаќа опсегот на волумени и перформансите на мешање потребни за апликации со HPLC со низок аналит каде што се потребни подобрено мешање и мала дисперзија за да се произведат основни линии со ниска амплитуда.На сл.7 ги прикажува основните мерења на синусниот бран добиени на системот за тестирање од Пример 1 (ацетонитрил и амониум ацетат како трасери) со три волумени статични мешалки и без инсталирани мешалки.Експерименталните тестови за резултатите прикажани на Слика 7 се одржуваа константни во текот на сите 4 тестови според постапката наведена во Табела 1 со брзина на проток на растворувач од 0,5 ml/min.Применете офсет вредност на збирките на податоци за да можат да се прикажуваат рамо до рамо без преклопување на сигналот.Офсет не влијае на амплитудата на сигналот што се користи за да се процени нивото на изведба на миксер.Просечната синусоидална амплитуда без миксер беше 0,221 mAi, додека амплитудите на статичните Mott миксери на 30 µl, 60 µl и 90 µl паднаа на 0,077, 0,017 и 0,004 mAi, соодветно.
Слика 7. Поместување на сигналот на HPLC UV детектор наспроти време за случај 1 (ацетонитрил со индикатор за амониум ацетат) што покажува мешање на растворувачи без миксер, 30 µl, 60 µl и 90 µl Mott миксери покажуваат подобрено мешање (пониска амплитуда на сигналот ) како што ја зголемува јачината на статиката на мешачот.(вистински поместувања на податоците: 0,13 (без миксер), 0,32, 0,4, 0,45 mA за подобар приказ).
Податоците прикажани на сл.8 се исти како на Сл. 7, но овојпат ги вклучуваат резултатите од трите најчесто користени HPLC статични мешалки со внатрешни волумени од 50 µl, 150 µl и 250 µl.Ориз.Слика 8. Поместување на сигналот на HPLC UV детектор наспроти временска шема за случај 1 (ацетонитрил и амониум ацетат како индикатори) што го прикажува мешањето на растворувачот без статички миксер, новата серија на Mott статични мешалки и три конвенционални миксери (вистинската поместување на податоците е 0,1 (без миксер) . 0,9 mA соодветно за подобар ефект на приказ).Процентуалното намалување на основниот синусен бран се пресметува со односот на амплитудата на синусниот бран со амплитудата без инсталиран миксер.Измерените проценти на слабеење на синусниот бран за случаите 1 и 2 се наведени во Табела 2, заедно со внатрешните волумени на нов статичен миксер и седум стандардни мешалки кои вообичаено се користат во индустријата.Податоците на сликите 8 и 9, како и пресметките претставени во Табела 2, покажуваат дека Mott Static Mixer може да обезбеди до 98,1% слабеење на синусниот бран, што далеку ги надминува перформансите на конвенционалниот HPLC миксер во овие услови за тестирање.Слика 9. Поместување на сигналот на HPLC УВ детекторот наспроти временската шема за случајот 2 (метанол и ацетон како трасери) што не покажува статички миксер (комбинирани), нова серија Mott статични мешалки и два конвенционални миксери (вистинските поместувања на податоците се 0, 11 (без миксер.Беа оценети и седум најчесто користени мешалки во индустријата.Тие вклучуваат мешалки со три различни внатрешни волумени од компанијата А (означена со миксер А1, А2 и А3) и компанија Б (означена со миксер Б1, Б2 и Б3).Компанијата Ц ја оцени само една големина.
Табела 2. Карактеристики на мешање на статички миксер и внатрешен волумен Статичен миксер Случај 1 Синусоидно обновување: Тест со ацетонитрил (ефикасност) случај 2 Синусоидно обновување: Тест со вода со метанол (ефикасност) Внатрешен волумен (µl) Не миксер – 37% 06 Mott. .2% 91,3% 60 мот 90 98,1% 97,5% 90 миксер А1 66,4% 73,7% 50 миксер А2 89,8% 91,6% 150 миксер А3 92,2% 94,5% 8% 250 микс 45,% 96,2% 370 Миксер C 97,2% 97,4% 250
Анализата на резултатите на Слика 8 и Табела 2 покажува дека статичниот мешач од 30 µl Mott ја има истата ефикасност на мешање како и мешачот А1, т.е. 50 µl, но сепак, Mott од 30 µl има 30% помал внатрешен волумен.Кога се споредуваше 60 µl Mott миксер со 150 µl внатрешен волумен A2 миксер, имаше мало подобрување во ефикасноста на мешањето од 92% наспроти 89%, но уште поважно, ова повисоко ниво на мешање беше постигнато на 1/3 од волуменот на миксер.сличен миксер А2.Перформансите на 90 µl Mott миксер го следеа истиот тренд како миксер A3 со внатрешен волумен од 250 µl.Подобрувања во перформансите на мешање од 98% и 92% беа забележани и со 3-кратно намалување на внатрешниот волумен.Слични резултати и споредби се добиени за миксери B и C. Како резултат на тоа, новата серија статични миксери Mott PerfectPeakTM обезбедува поголема ефикасност на мешање од споредливите конкурентни мешалки, но со помал внатрешен волумен, обезбедувајќи подобар шум во позадина и подобар однос сигнал-шум, подобра чувствителност на аналит, облик на врв и врвна резолуција.Слични трендови во ефикасноста на мешањето беа забележани и во студиите Случај 1 и Случај 2.За Случај 2, беа извршени тестови со користење (метанол и ацетон како индикатори) за да се спореди ефикасноста на мешањето од 60 ml Mott, споредлив миксер A1 (внатрешен волумен 50 µl) и споредлив миксер B1 (внатрешен волумен 35 µl)., перформансите беа слаби без инсталиран миксер, но се користеше за основна анализа.Мот миксер од 60 ml се покажа како најдобар миксер во тест групата, обезбедувајќи 90% зголемување на ефикасноста на мешањето.Споредливиот миксер А1 забележа подобрување од 75% во ефикасноста на мешањето, проследено со 45% подобрување во споредлив миксер Б1.Беше изведен основен тест за намалување на синусниот бран со брзина на проток на серија мешалки под исти услови како тестот на синусната крива во Случај 1, со само променета брзина на проток.Податоците покажаа дека во опсегот на стапки на проток од 0,25 до 1 ml/min, првичното намалување на синусниот бран остана релативно константно за сите три волумени на миксер.За двете мешалки со помал волумен, има мало зголемување на синусоидалната контракција како што се намалува стапката на проток, што се очекува поради зголеменото време на престој на растворувачот во миксер, што овозможува зголемено дифузно мешање.Одземањето на синусниот бран се очекува да се зголеми како што протокот дополнително се намалува.Сепак, за најголемиот волумен на миксер со највисоко слабеење на основата на синусниот бран, слабеењето на основата на синусниот бран остана практично непроменето (во опсегот на експериментална несигурност), со вредности кои се движат од 95% до 98%.Ориз.10. Основно слабеење на синусниот бран наспроти брзината на проток во случајот 1. Тестот беше спроведен во услови слични на синусниот тест со променлива брзина на проток, со инјектирање 80% од 80/20 мешавина од ацетонитрил и вода и 20% од 20 mM амониум ацетат.
Новоразвиената палета на патентирани PerfectPeakTM вградени статични мешалки со три внатрешни волумени: 30 µl, 60 µl и 90 µl го покрива опсегот на јачината и перформансите на мешањето потребни за повеќето HPLC анализи кои бараат подобрено мешање и подови со ниска дисперзија.Новиот статичен миксер го постигнува ова со користење на нова технологија за 3D печатење за да создаде единствена 3D структура која обезбедува подобрено хидродинамичко статичко мешање со највисок процент на намалување на основната бучава по единица волумен на внатрешната смеса.Користењето на 1/3 од внатрешниот волумен на конвенционален миксер го намалува шумот на базата за 98%.Таквите мешалки се состојат од меѓусебно поврзани тродимензионални проточни канали со различни области на попречен пресек и различни должини на патеката додека течноста поминува низ сложени геометриски бариери внатре.Новото семејство на статични мешалки обезбедува подобрени перформанси во однос на конкурентните миксери, но со помал внатрешен волумен, што резултира со подобар сооднос сигнал-шум и пониски квантитациски граници, како и подобрена форма, ефикасност и резолуција за поголема чувствителност.
Во овој број Хроматографија – Еколошки RP-HPLC – Употреба на хроматографија со јадро-обвивка за замена на ацетонитрил со изопропанол во анализа и прочистување – Нов гасен хроматограф за…
Business Center International Labmate Limited Oak Court Sandridge Park, Porters Wood St Albans Hertfordshire AL3 6PH Обединетото Кралство