Револуционарни нови линијски статички миксер је развијен посебно дизајниран да испуни строге захтеве система високо ефикасне течне хроматографије (HPLC) и ултра високо ефикасне течне хроматографије (HPLC и UHPLC). Лоше мешање две или више мобилних фаза може резултирати већим односом сигнал-шум, што смањује осетљивост. Хомогено статичко мешање две или више течности са минималном унутрашњом запремином и физичким димензијама статичког миксера представља највиши стандард идеалног статичког миксера. Нови статички миксер то постиже коришћењем нове 3Д технологије штампања како би се створила јединствена 3Д структура која обезбеђује побољшано хидродинамичко статичко мешање са највећим процентом смањења основног синусног таласа по јединици унутрашње запремине смеше. Коришћење 1/3 унутрашње запремине конвенционалног миксера смањује основни синусни талас за 98%. Миксер се састоји од међусобно повезаних 3Д канала за проток са различитим површинама попречног пресека и дужинама путања док течност прелази сложене 3Д геометрије. Мешање дуж вишеструких кривудавих путања протока, у комбинацији са локалном турбуленцијом и вртлозима, резултира мешањем на микро, мезо и макро нивоу. Овај јединствени миксер је дизајниран коришћењем симулација рачунарске динамике флуида (CFD). Приказани подаци тестирања показују да се одлично мешање постиже уз минималну унутрашњу запремину.
Више од 30 година, течна хроматографија се користи у многим индустријама, укључујући фармацеутску индустрију, пестициде, заштиту животне средине, форензику и хемијску анализу. Способност мерења до делова на милион или мање је кључна за технолошки развој у било којој индустрији. Лоша ефикасност мешања доводи до лошег односа сигнал-шум, што представља проблем за хроматографску заједницу у погледу граница детекције и осетљивости. Приликом мешања два HPLC растварача, понекад је потребно присилно мешање спољним средствима како би се два растварача хомогенизовала, јер се неки растварачи не мешају добро. Ако растварачи нису темељно помешани, може доћи до деградације HPLC хроматограма, што се манифестује као прекомерни шум основне линије и/или лош облик врха. Код лошег мешања, шум основне линије ће се појавити као синусни талас (растући и опадајући) сигнала детектора током времена. Истовремено, лоше мешање може довести до проширења и асиметричних врхова, смањујући аналитичке перформансе, облик врха и резолуцију врха. Индустрија је препознала да су линијски и Т-статични мешачи средство за побољшање ових граница и омогућавање корисницима да постигну ниже границе детекције (осетљивост). Идеалан статички миксер комбинује предности високе ефикасности мешања, мале мртве запремине и ниског пада притиска са минималном запремином и максималним протоком система. Поред тога, како анализа постаје сложенија, аналитичари морају рутински да користе поларније и тешко мешајуће раствараче. То значи да је боље мешање неопходно за будућа испитивања, што додатно повећава потребу за врхунским дизајном и перформансама миксера.
Мот је недавно развио нову серију патентираних PerfectPeak™ линијских статичких миксера са три унутрашње запремине: 30 µl, 60 µl и 90 µl. Ове величине покривају опсег запремина и карактеристика мешања потребних за већину HPLC тестова где је потребно побољшано мешање и ниска дисперзија. Сва три модела су пречника 0,5″ и пружају водеће перформансе у индустрији у компактном дизајну. Направљени су од нерђајућег челика 316L, пасивизираног ради инертности, али су доступни и титанијум и друге легуре метала отпорне на корозију и хемијски инертне. Ови миксери имају максимални радни притисак до 20.000 psi. На слици 1а је фотографија Мот статичког миксера од 60 µl дизајнираног да обезбеди максималну ефикасност мешања уз коришћење мање унутрашње запремине од стандардних миксера овог типа. Овај нови дизајн статичког миксера користи нову технологију адитивне производње како би створио јединствену 3Д структуру која користи мањи унутрашњи проток од било ког миксера који се тренутно користи у хроматографској индустрији за постизање статичког мешања. Такви мешачи се састоје од међусобно повезаних тродимензионалних канала за проток са различитим површинама попречних пресека и различитим дужинама путања док течност прелази сложене геометријске баријере унутра. На слици 1б приказан је шематски дијаграм новог мешача, који користи индустријски стандардне HPLC компресионе фитинге са навојем 10-32 за улаз и излаз, и има осенчене плаве ивице патентираног унутрашњег отвора мешача. Различите површине попречних пресека унутрашњих путања протока и промене правца протока унутар унутрашње запремине протока стварају регионе турбулентног и ламинарног протока, што узрокује мешање на микро, мезо и макро нивоу. Дизајн овог јединственог мешача користио је симулације рачунарске динамике флуида (CFD) за анализу образаца протока и усавршавање дизајна пре израде прототипа за интерна аналитичка испитивања и теренску процену од стране купаца. Адитивна производња је процес штампања 3Д геометријских компоненти директно из CAD цртежа без потребе за традиционалном машинском обрадом (глодалице, стругови итд.). Ови нови статички мешачи су дизајнирани да се производе помоћу овог процеса, где се тело мешача креира из CAD цртежа, а делови се израђују (штампају) слој по слој користећи адитивну производњу. Овде се наноси слој металног праха дебљине око 20 микрона, а рачунарски контролисани ласер селективно топи и спаја прах у чврсти облик. Нанесите још један слој преко овог слоја и примените ласерско синтеровање. Понављајте овај поступак док део није потпуно завршен. Прах се затим уклања са дела који није ласерски спојен, остављајући 3Д штампани део који одговара оригиналном CAD цртежу. Коначни производ је донекле сличан микрофлуидном процесу, с тим што је главна разлика у томе што су микрофлуидне компоненте обично дводимензионалне (равне), док се коришћењем адитивне производње могу креирати сложени обрасци протока у тродимензионалној геометрији. Ове славине су тренутно доступне као 3Д штампани делови од нерђајућег челика 316L и титанијума. Већина металних легура, полимера и неких керамичких материјала може се користити за израду компоненти коришћењем ове методе и биће разматрани у будућим дизајнима/производима.
Пиринач. 1. Фотографија (а) и дијаграм (б) Мотовог статичког миксера од 90 μл који приказује попречни пресек путање протока флуида миксера осенченог плавом бојом.
Покрените рачунарске симулације динамике флуида (CFD) перформанси статичког миксера током фазе пројектовања како бисте помогли у развоју ефикасних дизајна и смањили дуготрајне и скупе експерименте покушаја и грешака. CFD симулација статичких миксера и стандардних цевовода (симулација без миксера) коришћењем софтверског пакета COMSOL Multiphysics. Моделирање коришћењем ламинарне механике флуида вођене притиском ради разумевања брзине и притиска флуида унутар дела. Ова динамика флуида, у комбинацији са хемијским транспортом једињења мобилне фазе, помаже у разумевању мешања две различите концентроване течности. Модел се проучава као функција времена, једнака 10 секунди, ради лакшег израчунавања приликом тражења упоредивих решења. Теоријски подаци су добијени у временски корелираној студији коришћењем алата за пројекцију тачкасте сонде, где је тачка у средини излаза изабрана за прикупљање података. CFD модел и експериментални тестови користили су два различита растварача кроз пропорционални вентил за узорковање и систем пумпи, што је резултирало заменским чепом за сваки растварач у линији за узорковање. Ови растварачи се затим мешају у статичком миксеру. Слике 2 и 3 приказују симулације протока кроз стандардну цев (без миксера) и кроз Мот статички миксер, респективно. Симулација је спроведена на равној цеви дужине 5 цм и унутрашњег пречника 0,25 мм како би се демонстрирао концепт наизменичног убацивања воде и чистог ацетонитрила у цев у одсуству статичког мешача, као што је приказано на слици 2. Симулација је користила тачне димензије цеви и мешача и брзину протока од 0,3 мл/мин.
Пиринач. 2. Симулација CFD протока у цеви од 5 цм са унутрашњим пречником од 0,25 мм да би се представило шта се дешава у HPLC цеви, тј. у одсуству мешалице. Пуна црвена боја представља масени удео воде. Плава представља недостатак воде, тј. чисти ацетонитрил. Дифузионе области се могу видети између наизменичних чепова две различите течности.
Пиринач. 3. Статички миксер запремине 30 мл, моделиран у софтверском пакету COMSOL CFD. Легенда представља масени удео воде у миксеру. Чиста вода је приказана црвеном, а чисти ацетонитрил плавом бојом. Промена масеног удела симулиране воде представљена је променом боје мешања две течности.
На слици 4 је приказана студија валидације модела корелације између ефикасности мешања и запремине мешања. Како се запремина мешања повећава, ефикасност мешања ће се повећавати. Колико је ауторима познато, друге сложене физичке силе које делују унутар мешалице не могу се узети у обзир у овом CFD моделу, што резултира већом ефикасношћу мешања у експерименталним тестовима. Експериментална ефикасност мешања је мерена као процентуално смањење базне синусоиде. Поред тога, повећани повратни притисак обично резултира вишим нивоима мешања, који се не узимају у обзир у симулацији.
Следећи HPLC услови и поставка за тестирање коришћени су за мерење сирових синусних таласа ради упоређивања релативних перформанси различитих статичких миксера. Дијаграм на слици 5 приказује типичан распоред HPLC/UHPLC система. Статички миксер је тестиран постављањем миксера директно после пумпе и пре инјектора и колоне за раздвајање. Већина позадинских синусоидних мерења се врши заобилазећи инјектор и капиларну колону између статичког миксера и УВ детектора. Приликом процене односа сигнал-шум и/или анализе облика пика, конфигурација система је приказана на слици 5.
Слика 4. График ефикасности мешања у односу на запремину мешања за низ статичких мешалица. Теоријска нечистоћа прати исти тренд као и експериментални подаци о нечистоћама, што потврђује валидност CFD симулација.
HPLC систем који је коришћен за овај тест био је Agilent 1100 Series HPLC са UV детектором којим управља PC рачунар на којем је покренут Chemstation софтвер. Табела 1 приказује типичне услове подешавања за мерење ефикасности миксера праћењем основних синусоида у две студије случаја. Експериментални тестови су спроведени на два различита примера растварача. Два растварача помешана у случају 1 били су растварач А (20 mM амонијум ацетат у дејонизованој води) и растварач Б (80% ацетонитрил (ACN)/20% дејонизована вода). У случају 2, растварач А је био раствор 0,05% ацетона (ознака) у дејонизованој води. Растварач Б је смеша 80/20% метанола и воде. У случају 1, пумпа је подешена на брзину протока од 0,25 ml/min до 1,0 ml/min, а у случају 2, пумпа је подешена на константну брзину протока од 1 ml/min. У оба случаја, однос смеше растварача А и Б био је 20% А/80% Б. Детектор је подешен на 220 nm у случају 1, а максимална апсорпција ацетона у случају 2 је подешена на таласну дужину од 265 nm.
Табела 1. HPLC конфигурације за случајеве 1 и 2 Случај 1 Случај 2 Брзина пумпе ​​0,25 ml/min до 1,0 ml/min 1,0 ml/min Растварач A 20 mM амонијум ацетат у дејонизованој води 0,05% Ацетон у дејонизованој води Растварач B 80% Ацетонитрил (ACN) / 20% дејонизована вода 80% метанол / 20% дејонизована вода Однос растварача 20% A / 80% B 20% A / 80% B Детектор 220 nm 265 nm
Пиринач. 6. Графикони мешаних синусних таласа мерених пре и после примене нископропусног филтера ради уклањања компоненти померања основне линије сигнала.
Слика 6 је типичан пример мешовитог шума основне линије у Случају 1, приказан као понављајући синусоидни образац суперпониран на померање основне линије. Померање основне линије је споро повећање или смањење позадинског сигнала. Ако се систему не дозволи да се довољно дуго уравнотежи, обично ће падати, али ће се лутати неправилно чак и када је систем потпуно стабилан. Ово померање основне линије има тенденцију да се повећа када систем ради у условима стрмог градијента или високог повратног притиска. Када је ово померање основне линије присутно, може бити тешко упоредити резултате од узорка до узорка, што се може превазићи применом нископропусног филтера на сирове податке како би се филтрирале ове нискофреквентне варијације, чиме се добија график осцилација са равном основном линијом. На слици 6 је такође приказан графикон шума основне линије миксера након примене нископропусног филтера.
Након завршетка CFD симулација и почетног експерименталног тестирања, накнадно су развијена три одвојена статичка миксера користећи горе описане унутрашње компоненте са три унутрашње запремине: 30 µl, 60 µl и 90 µl. Овај опсег покрива опсег запремина и перформанси мешања потребних за HPLC примене са ниским садржајем аналита где су потребни побољшано мешање и ниска дисперзија да би се добиле основне линије са ниском амплитудом. На слици 7 приказана су основна мерења синусног таласа добијена на тест систему из Примера 1 (ацетонитрил и амонијум ацетат као трасери) са три запремине статичких миксера и без инсталираних миксера. Експериментални услови тестирања за резултате приказане на слици 7 одржавани су константним током сва 4 теста према поступку наведеном у Табели 1 при брзини протока растварача од 0,5 ml/min. Примените вредност померања на скупове података тако да се могу приказивати један поред другог без преклапања сигнала. Померање не утиче на амплитуду сигнала који се користи за процену нивоа перформанси миксера. Просечна синусоидна амплитуда без миксера била је 0,221 mAi, док су амплитуде статичких Мотових миксера при 30 µl, 60 µl и 90 µl пале на 0,077, 0,017 и 0,004 mAi, респективно.
Слика 7. Померање сигнала HPLC UV детектора у односу на време за Случај 1 (ацетонитрил са индикатором амонијум ацетата) које приказује мешање растварача без мешача, Мот миксери од 30 µl, 60 µl и 90 µl показују побољшано мешање (нижа амплитуда сигнала) како се запремина статичког миксера повећава. (стварна померања података: 0,13 (без миксера), 0,32, 0,4, 0,45mA за бољи приказ).
Подаци приказани на слици 8 су исти као на слици 7, али овај пут укључују резултате три уобичајено коришћена HPLC статичка миксера са унутрашњим запреминама од 50 µl, 150 µl и 250 µl. Пиринач. Слика 8. График помака сигнала HPLC UV детектора у односу на време за случај 1 (ацетонитрил и амонијум ацетат као индикатори) који приказује мешање растварача без статичког миксера, нове серије Mott статичких миксера и три конвенционална миксера (стварни помак података је 0,1 (без миксера), 0,32, 0,48, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9 mA респективно за бољи ефекат приказа). Процентуално смањење основног синусног таласа израчунава се односом амплитуде синусног таласа и амплитуде без инсталираног миксера. Измерени проценти слабљења синусног таласа за случајеве 1 и 2 наведени су у Табели 2, заједно са унутрашњим запреминама новог статичког миксера и седам стандардних миксера који се обично користе у индустрији. Подаци на сликама 8 и 9, као и прорачуни представљени у Табели 2, показују да Мот статички миксер може да обезбеди слабљење синусног таласа до 98,1%, што далеко превазилази перформансе конвенционалног HPLC миксера под овим условима тестирања. Слика 9. График померања сигнала HPLC UV детектора у односу на време за случај 2 (метанол и ацетон као трасери) који приказује да нема статичког миксера (комбиновано), нову серију Мот статичких миксера и два конвенционална миксера (стварна померања података су 0, 11 (без миксера), 0,22, 0,3, 0,35 mA и 0,95 mA за бољи приказ). Такође је оцењено седам уобичајено коришћених миксера у индустрији. То укључује миксере са три различите унутрашње запремине од компаније А (означен као миксер А1, А2 и А3) и компаније Б (означен као миксер Б1, Б2 и Б3). Компанија Ц је оцењивала само једну величину.
Табела 2. Карактеристике мешања статичког миксера и унутрашња запремина Случај статичког миксера 1 Синусоидно опорављање: Тест ацетонитрила (ефикасност) Случај 2 Синусоидно опорављање: Тест метанола и воде (ефикасност) Унутрашња запремина (µl) Без миксера – - 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 C 97,2% 97,4% 250
Анализа резултата на слици 8 и у табели 2 показује да Мот статички миксер од 30 µl има исту ефикасност мешања као и миксер А1, тј. 50 µl, међутим, Мот од 30 µl има 30% мању унутрашњу запремину. Приликом упоређивања Мот миксера од 60 µl са миксером А2 унутрашње запремине од 150 µl, дошло је до благог побољшања ефикасности мешања од 92% у односу на 89%, али што је још важније, овај виши ниво мешања је постигнут на 1/3 запремине миксера. сличан миксер А2. Перформансе Мот миксера од 90 µl пратиле су исти тренд као и миксер А3 са унутрашњом запремином од 250 µl. Побољшања у перформансама мешања од 98% и 92% су такође примећена уз троструко смањење унутрашње запремине. Слични резултати и поређења добијени су за миксере Б и Ц. Као резултат тога, нова серија статичких миксера Mott PerfectPeak™ пружа већу ефикасност мешања од упоредивих конкурентских миксера, али са мањом унутрашњом запремином, пружајући бољу позадинску буку и бољи однос сигнал-шум, бољу осетљивост аналита, облик пика и резолуцију пика. Слични трендови у ефикасности мешања примећени су и у студијама случаја 1 и случаја 2. За случај 2, тестови су спроведени коришћењем (метанол и ацетон као индикатори) да би се упоредила ефикасност мешања 60 мл Mott-а, упоредивог миксера А1 (унутрашња запремина 50 µl) и упоредивог миксера Б1 (унутрашња запремина 35 µl). , перформансе су биле лоше без инсталираног миксера, али је коришћен за основну анализу. Mott миксер од 60 мл показао се као најбољи миксер у тест групи, пружајући повећање ефикасности мешања од 90%. Упоредиви миксер А1 је показао побољшање ефикасности мешања од 75%, праћено побољшањем од 45% у упоредивом миксеру Б1. Основни тест редукције синусног таласа са брзином протока спроведен је на серији миксера под истим условима као и тест синусне криве у Случају 1, са променом само брзине протока. Подаци су показали да је у опсегу брзина протока од 0,25 до 1 мл/мин, почетно смањење синусног таласа остало релативно константно за све три запремине миксера. Код два миксера мање запремине, постоји благо повећање синусоидне контракције како се брзина протока смањује, што се очекује због повећаног времена задржавања растварача у миксеру, што омогућава повећано дифузионо мешање. Очекује се да ће се одузимање синусног таласа повећати како се проток даље смањује. Међутим, за највећу запремину миксера са највећим слабљењем базе синусног таласа, слабљење базе синусног таласа остало је практично непромењено (унутар опсега експерименталне несигурности), са вредностима у распону од 95% до 98%. Пиринач. 10. Основно слабљење синусног таласа у односу на брзину протока у случају 1. Тест је спроведен под условима сличним тесту синусног таласа са променљивом брзином протока, убризгавањем 80% смеше ацетонитрила и воде 80/20 и 20% амонијум ацетата од 20 mM.
Новоразвијени асортиман патентираних PerfectPeak™ линијских статичких миксера са три унутрашње запремине: 30 µl, 60 µl и 90 µl покрива опсег запремине и перформанси мешања потребан за већину HPLC анализа које захтевају побољшано мешање и ниске нивое дисперзије. Нови статички миксер ово постиже коришћењем нове 3D технологије штампања како би се створила јединствена 3D структура која обезбеђује побољшано хидродинамичко статичко мешање са највећим процентуалним смањењем шума базе по јединици запремине унутрашње смеше. Коришћење 1/3 унутрашње запремине конвенционалног миксера смањује шум базе за 98%. Такви миксери се састоје од међусобно повезаних тродимензионалних канала протока са различитим површинама попречног пресека и различитим дужинама путање док течност прелази сложене геометријске баријере унутра. Нова фамилија статичких миксера пружа побољшане перформансе у односу на конкурентске миксере, али са мањом унутрашњом запремином, што резултира бољим односом сигнал-шум и нижим границама квантификације, као и побољшаним обликом пика, ефикасношћу и резолуцијом за већу осетљивост.
У овом броју Хроматографија – Еколошки прихватљива RP-HPLC – Употреба хроматографије са језгром и љуском за замену ацетонитрила изопропанолом у анализи и пречишћавању – Нови гасни хроматограф за…
Пословни центар Интернатионал Лабмејт Лимитед Оук Корт Сандриџ Парк, Портерс Вуд Сент Олбанс Хартфордшир AL3 6PH Уједињено Краљевство