มีการพัฒนาเครื่องผสมแบบคงที่ชนิดใหม่ที่ปฏิวัติวงการขึ้นมาโดยเฉพาะ เพื่อตอบสนองความต้องการที่เข้มงวดของระบบโครมาโทกราฟีของเหลวประสิทธิภาพสูง (HPLC) และโครมาโทกราฟีของเหลวประสิทธิภาพสูงพิเศษ (HPLC และ UHPLC) การผสมที่ไม่ดีของเฟสเคลื่อนที่สองเฟสขึ้นไปอาจส่งผลให้มีอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนสูงขึ้น ซึ่งลดความไว การผสมแบบคงที่ที่เป็นเนื้อเดียวกันของของเหลวสองชนิดขึ้นไปด้วยปริมาตรภายในและขนาดทางกายภาพที่น้อยที่สุดของเครื่องผสมแบบคงที่ ถือเป็นมาตรฐานสูงสุดของเครื่องผสมแบบคงที่ในอุดมคติ เครื่องผสมแบบคงที่ใหม่นี้บรรลุเป้าหมายดังกล่าวโดยใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติแบบใหม่เพื่อสร้างโครงสร้าง 3 มิติที่เป็นเอกลักษณ์ ซึ่งให้การผสมแบบคงที่ทางอุทกพลศาสตร์ที่ดีขึ้น พร้อมการลดคลื่นไซน์พื้นฐานต่อหน่วยปริมาตรภายในของส่วนผสมในเปอร์เซ็นต์สูงสุด การใช้ปริมาตรภายในเพียง 1/3 ของเครื่องผสมแบบเดิม สามารถลดคลื่นไซน์พื้นฐานได้ถึง 98% เครื่องผสมประกอบด้วยช่องทางการไหล 3 มิติที่เชื่อมต่อกัน โดยมีพื้นที่หน้าตัดและความยาวเส้นทางที่แตกต่างกันไปตามการไหลของของเหลวผ่านรูปทรงเรขาคณิต 3 มิติที่ซับซ้อน การผสมตามเส้นทางการไหลที่คดเคี้ยวหลายเส้นทาง ผนวกกับความปั่นป่วนและกระแสน้ำวนในระดับท้องถิ่น ส่งผลให้เกิดการผสมในระดับจุลภาค ระดับกลาง และระดับมหภาค เครื่องผสมแบบพิเศษนี้ได้รับการออกแบบโดยใช้การจำลองพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ (CFD) ข้อมูลการทดสอบที่นำเสนอแสดงให้เห็นว่าสามารถบรรลุการผสมที่ยอดเยี่ยมได้ด้วยปริมาตรภายในที่น้อยที่สุด
ตลอดระยะเวลากว่า 30 ปีที่ผ่านมา โครมาโทกราฟีของเหลวถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ มากมาย รวมถึงเภสัชกรรม สารกำจัดศัตรูพืช การปกป้องสิ่งแวดล้อม นิติวิทยาศาสตร์ และการวิเคราะห์ทางเคมี ความสามารถในการวัดค่าในระดับส่วนต่อล้านหรือต่ำกว่านั้นมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการพัฒนาเทคโนโลยีในทุกอุตสาหกรรม ประสิทธิภาพการผสมที่ไม่ดีนำไปสู่อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนที่ต่ำ ซึ่งเป็นปัญหาสำหรับวงการโครมาโทกราฟีในแง่ของขีดจำกัดการตรวจจับและความไว เมื่อผสมตัวทำละลาย HPLC สองชนิด บางครั้งจำเป็นต้องบังคับให้ผสมโดยวิธีการภายนอกเพื่อให้ตัวทำละลายทั้งสองเป็นเนื้อเดียวกัน เนื่องจากตัวทำละลายบางชนิดไม่ผสมกันได้ดี หากตัวทำละลายไม่ผสมกันอย่างทั่วถึง อาจเกิดการเสื่อมสภาพของโครมาโทแกรม HPLC ซึ่งแสดงออกมาในรูปของสัญญาณรบกวนที่เส้นฐานมากเกินไปและ/หรือรูปร่างของพีคที่ไม่ดี การผสมที่ไม่ดีจะทำให้สัญญาณรบกวนที่เส้นฐานปรากฏเป็นคลื่นไซน์ (ขึ้นและลง) ของสัญญาณจากตัวตรวจจับเมื่อเวลาผ่านไป ในขณะเดียวกัน การผสมที่ไม่ดีอาจนำไปสู่พีคที่กว้างขึ้นและไม่สมมาตร ลดประสิทธิภาพการวิเคราะห์ รูปร่างของพีค และความละเอียดของพีค อุตสาหกรรมตระหนักดีว่าเครื่องผสมแบบคงที่ชนิดอินไลน์และชนิดที เป็นวิธีการปรับปรุงข้อจำกัดเหล่านี้และช่วยให้ผู้ใช้บรรลุขีดจำกัดการตรวจจับที่ต่ำลง (ความไว) เครื่องผสมแบบคงที่ในอุดมคติจะรวมข้อดีของประสิทธิภาพการผสมสูง ปริมาตรของเหลวตกค้างต่ำ และการลดลงของความดันต่ำ เข้ากับปริมาตรขั้นต่ำและปริมาณงานของระบบสูงสุด นอกจากนี้ เมื่อการวิเคราะห์มีความซับซ้อนมากขึ้น นักวิเคราะห์ต้องใช้ตัวทำละลายที่มีขั้วและผสมยากมากขึ้นเป็นประจำ ซึ่งหมายความว่าการผสมที่ดีขึ้นเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการทดสอบในอนาคต ส่งผลให้ความต้องการการออกแบบและประสิทธิภาพของเครื่องผสมที่เหนือกว่าเพิ่มมากขึ้น
เมื่อเร็วๆ นี้ Mott ได้พัฒนาเครื่องผสมแบบคงที่ชนิดอินไลน์ PerfectPeak™ รุ่นใหม่ที่ได้รับการจดสิทธิบัตรแล้ว โดยมีปริมาตรภายในให้เลือก 3 ขนาด ได้แก่ 30 µl, 60 µl และ 90 µl ขนาดเหล่านี้ครอบคลุมช่วงปริมาตรและลักษณะการผสมที่จำเป็นสำหรับการทดสอบ HPLC ส่วนใหญ่ ซึ่งต้องการการผสมที่ดีขึ้นและการกระจายตัวต่ำ เครื่องผสมทั้งสามรุ่นมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.5 นิ้ว และให้ประสิทธิภาพชั้นนำในอุตสาหกรรมด้วยการออกแบบที่กะทัดรัด ผลิตจากสแตนเลส 316L เคลือบสารเฉื่อย แต่ก็มีไทเทเนียมและโลหะผสมอื่นๆ ที่ทนต่อการกัดกร่อนและเฉื่อยทางเคมีให้เลือกใช้ด้วย เครื่องผสมเหล่านี้มีแรงดันใช้งานสูงสุดถึง 20,000 psi ภาพที่ 1a แสดงภาพถ่ายของเครื่องผสมแบบคงที่ Mott ขนาด 60 µl ที่ออกแบบมาเพื่อให้ประสิทธิภาพการผสมสูงสุดในขณะที่ใช้ปริมาตรภายในที่เล็กกว่าเครื่องผสมมาตรฐานประเภทเดียวกัน การออกแบบเครื่องผสมแบบคงที่ใหม่นี้ใช้เทคโนโลยีการผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุ (additive manufacturing) เพื่อสร้างโครงสร้าง 3 มิติที่เป็นเอกลักษณ์ ซึ่งใช้การไหลภายในน้อยกว่าเครื่องผสมใดๆ ที่ใช้ในอุตสาหกรรมโครมาโทกราฟีในปัจจุบัน เพื่อให้ได้การผสมแบบคงที่ เครื่องผสมดังกล่าวประกอบด้วยช่องทางการไหลสามมิติที่เชื่อมต่อกัน โดยมีพื้นที่หน้าตัดและระยะทางที่แตกต่างกัน ขณะที่ของเหลวไหลผ่านสิ่งกีดขวางทางเรขาคณิตที่ซับซ้อนภายใน รูปที่ 1b แสดงแผนภาพของเครื่องผสมใหม่ ซึ่งใช้ข้อต่อแบบบีบอัด HPLC มาตรฐานอุตสาหกรรม 10-32 สำหรับทางเข้าและทางออก และมีเส้นขอบสีน้ำเงินที่แรเงาของพอร์ตเครื่องผสมภายในที่ได้รับการจดสิทธิบัตร พื้นที่หน้าตัดที่แตกต่างกันของเส้นทางการไหลภายในและการเปลี่ยนแปลงทิศทางการไหลภายในปริมาตรการไหลภายใน สร้างบริเวณของการไหลแบบปั่นป่วนและแบบราบเรียบ ทำให้เกิดการผสมในระดับจุลภาค ระดับกลาง และระดับมหภาค การออกแบบเครื่องผสมที่เป็นเอกลักษณ์นี้ใช้การจำลองพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ (CFD) เพื่อวิเคราะห์รูปแบบการไหลและปรับปรุงการออกแบบก่อนที่จะสร้างต้นแบบสำหรับการทดสอบวิเคราะห์ภายในและการประเมินภาคสนามของลูกค้า การผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุ (Additive Manufacturing) คือกระบวนการพิมพ์ชิ้นส่วนรูปทรงเรขาคณิต 3 มิติโดยตรงจากแบบร่าง CAD โดยไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องจักรแบบดั้งเดิม (เครื่องกัด เครื่องกลึง ฯลฯ) เครื่องผสมแบบคงที่รุ่นใหม่นี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อผลิตโดยใช้กระบวนการนี้ โดยตัวเครื่องผสมจะถูกสร้างขึ้นจากแบบร่าง CAD และชิ้นส่วนต่างๆ จะถูกผลิต (พิมพ์) ทีละชั้นโดยใช้การผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุ โดยการวางผงโลหะหนาประมาณ 20 ไมครอนลงไป และใช้เลเซอร์ที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์หลอมและเชื่อมผงโลหะให้เป็นรูปทรงแข็ง จากนั้นจึงวางผงโลหะอีกชั้นทับลงไปและใช้เลเซอร์ซินเทอริง ทำซ้ำกระบวนการนี้จนกว่าชิ้นส่วนจะเสร็จสมบูรณ์ หลังจากนั้นจึงกำจัดผงโลหะออกจากส่วนที่ไม่เชื่อมด้วยเลเซอร์ เหลือไว้เพียงชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติซึ่งตรงกับแบบร่าง CAD เดิม ผลิตภัณฑ์สุดท้ายจะคล้ายกับกระบวนการไมโครฟลูอิดิก โดยมีข้อแตกต่างหลักคือ ชิ้นส่วนไมโครฟลูอิดิกมักจะเป็นสองมิติ (แบนราบ) ในขณะที่การใช้การผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุ สามารถสร้างรูปแบบการไหลที่ซับซ้อนในรูปทรงเรขาคณิตสามมิติได้ ปัจจุบัน ก๊อกน้ำเหล่านี้มีจำหน่ายในรูปแบบชิ้นส่วนพิมพ์ 3 มิติ โดยใช้วัสดุสแตนเลส 316L และไทเทเนียม โลหะผสม โพลิเมอร์ และเซรามิกบางชนิดส่วนใหญ่สามารถนำมาใช้ผลิตชิ้นส่วนด้วยวิธีนี้ได้ และจะถูกนำมาพิจารณาในการออกแบบ/ผลิตภัณฑ์ในอนาคต
ข้าว 1. ภาพถ่าย (ก) และแผนภาพ (ข) ของเครื่องผสมแบบคงที่ Mott ขนาด 90 μl แสดงส่วนตัดขวางของเส้นทางการไหลของของเหลวในเครื่องผสมที่แรเงาด้วยสีน้ำเงิน
ทำการจำลองพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ (CFD) ของประสิทธิภาพเครื่องผสมแบบคงที่ในระหว่างขั้นตอนการออกแบบ เพื่อช่วยพัฒนาการออกแบบที่มีประสิทธิภาพและลดการทดลองแบบลองผิดลองถูกที่ใช้เวลานานและมีค่าใช้จ่ายสูง การจำลอง CFD ของเครื่องผสมแบบคงที่และท่อมาตรฐาน (การจำลองแบบไม่มีเครื่องผสม) โดยใช้ซอฟต์แวร์ COMSOL Multiphysics การสร้างแบบจำลองโดยใช้กลศาสตร์ของไหลแบบลามินาร์ที่ขับเคลื่อนด้วยแรงดันเพื่อทำความเข้าใจความเร็วของไหลและแรงดันภายในชิ้นส่วน พลศาสตร์ของไหลนี้ เมื่อรวมกับการขนส่งทางเคมีของสารประกอบเฟสเคลื่อนที่ จะช่วยให้เข้าใจการผสมของของเหลวเข้มข้นสองชนิดที่แตกต่างกัน แบบจำลองนี้ได้รับการศึกษาเป็นฟังก์ชันของเวลา เท่ากับ 10 วินาที เพื่อความสะดวกในการคำนวณในขณะที่ค้นหาโซลูชันที่เปรียบเทียบได้ ข้อมูลทางทฤษฎีได้มาจากการศึกษาที่สัมพันธ์กับเวลาโดยใช้เครื่องมือฉายภาพโพรบจุด โดยเลือกจุดกึ่งกลางของทางออกสำหรับการเก็บข้อมูล แบบจำลอง CFD และการทดสอบเชิงทดลองใช้ตัวทำละลายสองชนิดที่แตกต่างกันผ่านวาล์วสุ่มตัวอย่างแบบสัดส่วนและระบบปั๊ม ส่งผลให้มีปลั๊กทดแทนสำหรับตัวทำละลายแต่ละชนิดในสายสุ่มตัวอย่าง จากนั้นตัวทำละลายเหล่านี้จะถูกผสมในเครื่องผสมแบบคงที่ ภาพที่ 2 และ 3 แสดงการจำลองการไหลผ่านท่อมาตรฐาน (ไม่มีตัวผสม) และผ่านตัวผสมแบบคงที่ของ Mott ตามลำดับ การจำลองนี้ดำเนินการกับท่อตรงยาว 5 ซม. และเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน 0.25 มม. เพื่อแสดงแนวคิดของการสลับกันระหว่างน้ำและอะซีโตไนไตรล์บริสุทธิ์เข้าไปในท่อโดยไม่มีตัวผสมแบบคงที่ ดังแสดงในภาพที่ 2 การจำลองใช้ขนาดที่แน่นอนของท่อและตัวผสม และอัตราการไหล 0.3 มล./นาที
ข้าว. 2. การจำลองการไหลแบบ CFD ในท่อขนาด 5 ซม. ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน 0.25 มม. เพื่อแสดงสิ่งที่เกิดขึ้นในหลอด HPLC กล่าวคือ ในกรณีที่ไม่มีตัวผสม สีแดงทึบแสดงถึงสัดส่วนมวลของน้ำ สีน้ำเงินแสดงถึงการไม่มีน้ำ กล่าวคือ อะซีโตไนไตรล์บริสุทธิ์ สามารถมองเห็นบริเวณการแพร่กระจายระหว่างปลั๊กสลับกันของของเหลวสองชนิดที่แตกต่างกัน
ข้าว 3. เครื่องผสมแบบคงที่ปริมาตร 30 มล. จำลองในซอฟต์แวร์ COMSOL CFD คำอธิบายภาพแสดงถึงสัดส่วนมวลของน้ำในเครื่องผสม น้ำบริสุทธิ์แสดงด้วยสีแดง และอะซีโตไนไตรล์บริสุทธิ์แสดงด้วยสีน้ำเงิน การเปลี่ยนแปลงสัดส่วนมวลของน้ำที่จำลองจะแสดงด้วยการเปลี่ยนแปลงสีของการผสมของเหลวทั้งสองชนิด
ภาพที่ 4 แสดงการศึกษาตรวจสอบความถูกต้องของแบบจำลองความสัมพันธ์ระหว่างประสิทธิภาพการผสมและปริมาตรการผสม เมื่อปริมาตรการผสมเพิ่มขึ้น ประสิทธิภาพการผสมก็จะเพิ่มขึ้น เท่าที่ผู้เขียนทราบ แรงทางกายภาพที่ซับซ้อนอื่นๆ ที่กระทำภายในเครื่องผสมนั้นไม่สามารถนำมาพิจารณาในแบบจำลอง CFD นี้ได้ ส่งผลให้ประสิทธิภาพการผสมในการทดสอบเชิงทดลองสูงขึ้น ประสิทธิภาพการผสมเชิงทดลองวัดได้จากการลดลงของค่าไซน์พื้นฐานเป็นเปอร์เซ็นต์ นอกจากนี้ แรงดันย้อนกลับที่เพิ่มขึ้นมักส่งผลให้ระดับการผสมสูงขึ้น ซึ่งไม่ได้นำมาพิจารณาในการจำลอง
เงื่อนไขและชุดทดสอบ HPLC ต่อไปนี้ถูกใช้เพื่อวัดคลื่นไซน์ดิบเพื่อเปรียบเทียบประสิทธิภาพสัมพัทธ์ของมิกเซอร์แบบคงที่ชนิดต่างๆ แผนภาพในรูปที่ 5 แสดงเค้าโครงระบบ HPLC/UHPLC ทั่วไป มิกเซอร์แบบคงที่ได้รับการทดสอบโดยวางมิกเซอร์ไว้หลังปั๊มโดยตรงและก่อนหัวฉีดและคอลัมน์แยกสาร การวัดคลื่นไซน์พื้นหลังส่วนใหญ่ทำโดยการเลี่ยงหัวฉีดและคอลัมน์แคปิลลารีระหว่างมิกเซอร์แบบคงที่และเครื่องตรวจจับ UV เมื่อประเมินอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนและ/หรือวิเคราะห์รูปร่างของพีค การกำหนดค่าระบบจะแสดงในรูปที่ 5
รูปที่ 4 แสดงกราฟประสิทธิภาพการผสมเทียบกับปริมาตรการผสมสำหรับเครื่องผสมแบบคงที่หลายชนิด ค่าความปนเปื้อนตามทฤษฎีมีแนวโน้มเดียวกันกับข้อมูลความปนเปื้อนจากการทดลอง ซึ่งยืนยันความถูกต้องของการจำลอง CFD
ระบบ HPLC ที่ใช้ในการทดสอบนี้คือเครื่อง HPLC รุ่น Agilent 1100 Series พร้อมตัวตรวจจับ UV ที่ควบคุมโดยพีซีที่ใช้ซอฟต์แวร์ Chemstation ตารางที่ 1 แสดงเงื่อนไขการปรับแต่งทั่วไปสำหรับการวัดประสิทธิภาพของเครื่องผสมโดยการตรวจสอบสัญญาณไซน์พื้นฐานในสองกรณีศึกษา การทดสอบเชิงทดลองดำเนินการกับตัวทำละลายสองตัวอย่างที่แตกต่างกัน ตัวทำละลายสองชนิดที่ผสมกันในกรณีที่ 1 คือตัวทำละลาย A (แอมโมเนียมอะซิเตต 20 mM ในน้ำปราศจากไอออน) และตัวทำละลาย B (อะซีโตไนไตรล์ (ACN) 80% / น้ำปราศจากไอออน 20%) ในกรณีที่ 2 ตัวทำละลาย A คือสารละลายอะซิโตน 0.05% (ฉลาก) ในน้ำปราศจากไอออน ตัวทำละลาย B คือส่วนผสมของเมทานอล 80% และน้ำ 20% ในกรณีที่ 1 ปั๊มถูกตั้งค่าอัตราการไหลที่ 0.25 มล./นาที ถึง 1.0 มล./นาที และในกรณีที่ 2 ปั๊มถูกตั้งค่าอัตราการไหลคงที่ที่ 1 มล./นาที ในทั้งสองกรณี อัตราส่วนของส่วนผสมของตัวทำละลาย A และ B คือ 20% A/80% B ในกรณีที่ 1 ตั้งค่าตัวตรวจจับไว้ที่ 220 นาโนเมตร และในกรณีที่ 2 ตั้งค่าการดูดกลืนแสงสูงสุดของอะซิโตนไว้ที่ความยาวคลื่น 265 นาโนเมตร
ตารางที่ 1. การกำหนดค่า HPLC สำหรับกรณีที่ 1 และ 2 กรณีที่ 1 กรณีที่ 2 ความเร็วปั๊ม 0.25 มล./นาที ถึง 1.0 มล./นาที 1.0 มล./นาที ตัวทำละลาย A แอมโมเนียมอะซิเตต 20 มิลลิโมลาร์ในน้ำปราศจากไอออน อะซิโตน 0.05% ในน้ำปราศจากไอออน ตัวทำละลาย B อะซิโตไนไตรล์ (ACN) 80% / น้ำปราศจากไอออน 20% เมทานอล 80% / น้ำปราศจากไอออน 20% อัตราส่วนตัวทำละลาย 20% A / 80% B 20% A / 80% B ตัวตรวจจับ 220 นาโนเมตร 265 นาโนเมตร
ข้าว. 6. กราฟแสดงคลื่นไซน์ผสมที่วัดก่อนและหลังการใช้ตัวกรองความถี่ต่ำเพื่อกำจัดส่วนประกอบการเบี่ยงเบนของเส้นฐานของสัญญาณ
รูปที่ 6 แสดงตัวอย่างทั่วไปของสัญญาณรบกวนพื้นฐานแบบผสมในกรณีที่ 1 โดยแสดงเป็นรูปแบบไซน์ที่ซ้ำกันซ้อนทับอยู่บนการเปลี่ยนแปลงของเส้นฐาน การเปลี่ยนแปลงของเส้นฐานคือการเพิ่มขึ้นหรือลดลงอย่างช้าๆ ของสัญญาณพื้นหลัง หากระบบไม่ได้รับอนุญาตให้ปรับสมดุลนานพอ โดยปกติแล้วสัญญาณจะลดลง แต่จะเปลี่ยนแปลงอย่างไม่แน่นอนแม้ว่าระบบจะเสถียรอย่างสมบูรณ์แล้วก็ตาม การเปลี่ยนแปลงของเส้นฐานนี้มีแนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้นเมื่อระบบทำงานในสภาวะที่มีความชันสูงหรือแรงดันย้อนกลับสูง เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงของเส้นฐานนี้เกิดขึ้น อาจทำให้ยากที่จะเปรียบเทียบผลลัพธ์จากตัวอย่างหนึ่งไปยังอีกตัวอย่างหนึ่ง ซึ่งสามารถแก้ไขได้โดยการใช้ตัวกรองความถี่ต่ำกับข้อมูลดิบเพื่อกรองความแปรผันความถี่ต่ำเหล่านี้ออกไป ทำให้ได้กราฟการแกว่งที่มีเส้นฐานราบเรียบ ในรูปที่ 6 ยังแสดงกราฟของสัญญาณรบกวนพื้นฐานของมิกเซอร์หลังจากใช้ตัวกรองความถี่ต่ำแล้ว
หลังจากเสร็จสิ้นการจำลอง CFD และการทดสอบเชิงทดลองเบื้องต้นแล้ว ได้มีการพัฒนาเครื่องผสมแบบคงที่แยกกัน 3 แบบ โดยใช้ส่วนประกอบภายในที่อธิบายไว้ข้างต้น โดยมีปริมาตรภายใน 3 ขนาด คือ 30 µl, 60 µl และ 90 µl ช่วงนี้ครอบคลุมช่วงปริมาตรและประสิทธิภาพการผสมที่จำเป็นสำหรับการใช้งาน HPLC ที่มีสารวิเคราะห์ในปริมาณต่ำ ซึ่งต้องการการผสมที่ดีขึ้นและการกระจายตัวต่ำเพื่อสร้างเส้นฐานที่มีแอมพลิจูดต่ำ รูปที่ 7 แสดงการวัดคลื่นไซน์พื้นฐานที่ได้จากระบบทดสอบของตัวอย่างที่ 1 (อะซีโตไนไตรล์และแอมโมเนียมอะซิเตตเป็นสารติดตาม) โดยใช้เครื่องผสมแบบคงที่ 3 ขนาด และแบบที่ไม่ได้ติดตั้งเครื่องผสม เงื่อนไขการทดสอบเชิงทดลองสำหรับผลลัพธ์ที่แสดงในรูปที่ 7 นั้นคงที่ตลอดการทดสอบทั้ง 4 ครั้ง ตามขั้นตอนที่ระบุไว้ในตารางที่ 1 ที่อัตราการไหลของตัวทำละลาย 0.5 มล./นาที กำหนดค่าชดเชยให้กับชุดข้อมูลเพื่อให้สามารถแสดงผลเคียงข้างกันได้โดยไม่มีสัญญาณทับซ้อนกัน ค่าชดเชยไม่มีผลต่อแอมพลิจูดของสัญญาณที่ใช้ในการตัดสินระดับประสิทธิภาพของเครื่องผสม ค่าเฉลี่ยของแอมพลิจูดไซน์โดยไม่มีตัวผสมอยู่ที่ 0.221 mAi ในขณะที่แอมพลิจูดของตัวผสม Mott แบบคงที่ที่ปริมาตร 30 µl, 60 µl และ 90 µl ลดลงเหลือ 0.077, 0.017 และ 0.004 mAi ตามลำดับ
รูปที่ 7. ค่าชดเชยสัญญาณของเครื่องตรวจจับ UV ใน HPLC เทียบกับเวลา สำหรับกรณีที่ 1 (อะซีโตไนไตรล์ที่มีตัวบ่งชี้แอมโมเนียมอะซิเตต) แสดงการผสมตัวทำละลายโดยไม่มีเครื่องผสม, เครื่องผสม Mott ขนาด 30 µl, 60 µl และ 90 µl ซึ่งแสดงให้เห็นการผสมที่ดีขึ้น (แอมพลิจูดสัญญาณต่ำลง) เมื่อปริมาตรของเครื่องผสมแบบคงที่เพิ่มขึ้น (ค่าชดเชยข้อมูลจริง: 0.13 (ไม่มีเครื่องผสม), 0.32, 0.4, 0.45 mA เพื่อการแสดงผลที่ดีขึ้น)
ข้อมูลที่แสดงในรูปที่ 8 เหมือนกับในรูปที่ 7 แต่ในครั้งนี้รวมผลลัพธ์ของเครื่องผสมแบบคงที่ HPLC ที่ใช้กันทั่วไป 3 แบบ ซึ่งมีปริมาตรภายใน 50 µl, 150 µl และ 250 µl รูปที่ 8 แสดงกราฟค่าชดเชยสัญญาณของเครื่องตรวจจับ UV HPLC เทียบกับเวลา สำหรับกรณีที่ 1 (อะซีโตไนไตรล์และแอมโมเนียมอะซิเตตเป็นตัวบ่งชี้) โดยแสดงการผสมตัวทำละลายโดยไม่ใช้เครื่องผสมแบบคงที่ เครื่องผสมแบบคงที่ Mott รุ่นใหม่ และเครื่องผสมแบบธรรมดา 3 แบบ (ค่าชดเชยข้อมูลจริงคือ 0.1 (ไม่ใช้เครื่องผสม), 0.32, 0.48, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9 mA ตามลำดับ เพื่อผลการแสดงผลที่ดีขึ้น) เปอร์เซ็นต์การลดลงของคลื่นไซน์พื้นฐานคำนวณจากอัตราส่วนของแอมพลิจูดของคลื่นไซน์ต่อแอมพลิจูดเมื่อไม่ได้ติดตั้งเครื่องผสม ตารางที่ 2 แสดงเปอร์เซ็นต์การลดทอนคลื่นไซน์ที่วัดได้สำหรับกรณีที่ 1 และ 2 พร้อมด้วยปริมาตรภายในของมิกเซอร์แบบคงที่รุ่นใหม่และมิกเซอร์มาตรฐานเจ็ดรุ่นที่ใช้กันทั่วไปในอุตสาหกรรม ข้อมูลในรูปที่ 8 และ 9 รวมถึงการคำนวณที่แสดงในตารางที่ 2 แสดงให้เห็นว่ามิกเซอร์แบบคงที่ของ Mott สามารถลดทอนคลื่นไซน์ได้ถึง 98.1% ซึ่งเหนือกว่าประสิทธิภาพของมิกเซอร์ HPLC ทั่วไปภายใต้เงื่อนไขการทดสอบเหล่านี้ รูปที่ 9 แสดงกราฟค่าชดเชยสัญญาณของเครื่องตรวจจับ UV ของ HPLC เทียบกับเวลาสำหรับกรณีที่ 2 (เมทานอลและอะซิโตนเป็นสารติดตาม) โดยแสดงกรณีที่ไม่มีมิกเซอร์แบบคงที่ (รวมกัน) มิกเซอร์แบบคงที่ของ Mott รุ่นใหม่ และมิกเซอร์ทั่วไปสองรุ่น (ค่าชดเชยข้อมูลจริงคือ 0, 11 (ไม่มีมิกเซอร์), 0.22, 0.3, 0.35 mA และเพื่อการแสดงผลที่ดีขึ้น) นอกจากนี้ยังได้ประเมินมิกเซอร์ที่ใช้กันทั่วไปในอุตสาหกรรมอีกเจ็ดรุ่นด้วย ซึ่งรวมถึงเครื่องผสมที่มีปริมาตรภายในแตกต่างกันสามแบบจากบริษัท A (กำหนดให้เป็นเครื่องผสม A1, A2 และ A3) และบริษัท B (กำหนดให้เป็นเครื่องผสม B1, B2 และ B3) ส่วนบริษัท C มีเพียงขนาดเดียวเท่านั้น
ตารางที่ 2. ลักษณะการกวนของเครื่องผสมแบบคงที่และปริมาตรภายใน เครื่องผสมแบบคงที่ กรณีที่ 1 การฟื้นตัวแบบไซน์: การทดสอบอะซีโตไนไตรล์ (ประสิทธิภาพ) กรณีที่ 2 การฟื้นตัวแบบไซน์: การทดสอบเมทานอล-น้ำ (ประสิทธิภาพ) ปริมาตรภายใน (µl) ไม่มีเครื่องผสม – - 0 Mott 30 65% 67.2% 30 Mott 60 92.2% 91.3% 60 Mott 90 98.1% 97.5% 90 เครื่องผสม A1 66.4% 73.7% 50 เครื่องผสม A2 89.8% 91.6% 150 เครื่องผสม A3 92.2% 94.5% 250 เครื่องผสม B1 44.8% 45.7% 9 35 เครื่องผสม B2 845% 96.2% 370 เครื่องผสม C 97.2% 97.4% 250
จากการวิเคราะห์ผลลัพธ์ในรูปที่ 8 และตารางที่ 2 พบว่า เครื่องผสมแบบคงที่ Mott ขนาด 30 µl มีประสิทธิภาพการผสมเท่ากับเครื่องผสม A1 ซึ่งมีขนาด 50 µl แต่เครื่องผสม Mott ขนาด 30 µl มีปริมาตรภายในน้อยกว่า 30% เมื่อเปรียบเทียบเครื่องผสม Mott ขนาด 60 µl กับเครื่องผสม A2 ที่มีปริมาตรภายใน 150 µl พบว่าประสิทธิภาพการผสมดีขึ้นเล็กน้อยจาก 89% เป็น 92% แต่ที่สำคัญกว่านั้นคือ ประสิทธิภาพการผสมที่สูงขึ้นนี้เกิดขึ้นที่ปริมาตรของเครื่องผสมเพียง 1/3 ของเครื่องผสม A2 ประสิทธิภาพของเครื่องผสม Mott ขนาด 90 µl มีแนวโน้มเช่นเดียวกับเครื่องผสม A3 ที่มีปริมาตรภายใน 250 µl พบว่าประสิทธิภาพการผสมดีขึ้นถึง 98% และ 92% เมื่อปริมาตรภายในลดลง 3 เท่า ผลลัพธ์และการเปรียบเทียบที่คล้ายคลึงกันได้จากการทดสอบเครื่องผสม B และ C ดังนั้น เครื่องผสมแบบคงที่รุ่นใหม่ Mott PerfectPeak™ จึงมีประสิทธิภาพการผสมสูงกว่าเครื่องผสมของคู่แข่งที่เทียบเคียงได้ แต่มีปริมาตรภายในน้อยกว่า ทำให้มีสัญญาณรบกวนพื้นหลังที่ดีกว่า อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนดีกว่า ความไวต่อสารวิเคราะห์ดีกว่า รูปร่างพีคดีกว่า และความละเอียดของพีคดีกว่า สังเกตเห็นแนวโน้มประสิทธิภาพการผสมที่คล้ายคลึงกันในทั้งการศึกษากรณีที่ 1 และกรณีที่ 2 สำหรับกรณีที่ 2 การทดสอบดำเนินการโดยใช้ (เมทานอลและอะซิโตนเป็นตัวบ่งชี้) เพื่อเปรียบเทียบประสิทธิภาพการผสมของเครื่องผสม Mott ขนาด 60 มล. เครื่องผสม A1 ที่เทียบเคียงได้ (ปริมาตรภายใน 50 µl) และเครื่องผสม B1 ที่เทียบเคียงได้ (ปริมาตรภายใน 35 µl) ประสิทธิภาพไม่ดีหากไม่มีการติดตั้งเครื่องผสม แต่ใช้สำหรับการวิเคราะห์พื้นฐาน เครื่องผสม Mott ขนาด 60 มล. พิสูจน์แล้วว่าเป็นเครื่องผสมที่ดีที่สุดในกลุ่มทดสอบ โดยเพิ่มประสิทธิภาพการผสมได้ถึง 90% เครื่องผสม A1 ที่เทียบเคียงได้มีประสิทธิภาพการผสมดีขึ้น 75% ตามด้วยเครื่องผสม B1 ที่เทียบเคียงได้ซึ่งมีประสิทธิภาพดีขึ้น 45% ได้ทำการทดสอบการลดรูปคลื่นไซน์พื้นฐานด้วยอัตราการไหลกับเครื่องผสมหลายชุดภายใต้เงื่อนไขเดียวกันกับการทดสอบเส้นโค้งไซน์ในกรณีที่ 1 โดยเปลี่ยนเฉพาะอัตราการไหลเท่านั้น ข้อมูลแสดงให้เห็นว่าในช่วงอัตราการไหลตั้งแต่ 0.25 ถึง 1 มล./นาที การลดลงเริ่มต้นของคลื่นไซน์ยังคงค่อนข้างคงที่สำหรับปริมาตรเครื่องผสมทั้งสามขนาด สำหรับเครื่องผสมที่มีปริมาตรเล็กกว่าสองเครื่อง จะมีการหดตัวของคลื่นไซน์เพิ่มขึ้นเล็กน้อยเมื่ออัตราการไหลลดลง ซึ่งเป็นไปตามที่คาดไว้เนื่องจากเวลาการคงอยู่ของตัวทำละลายในเครื่องผสมเพิ่มขึ้น ทำให้เกิดการผสมแบบแพร่กระจายมากขึ้น การลดลงของคลื่นไซน์คาดว่าจะเพิ่มขึ้นเมื่ออัตราการไหลลดลงต่อไป อย่างไรก็ตาม สำหรับเครื่องผสมที่มีปริมาตรมากที่สุดซึ่งมีการลดทอนฐานคลื่นไซน์สูงสุด การลดทอนฐานคลื่นไซน์ยังคงแทบไม่เปลี่ยนแปลง (ภายในช่วงความไม่แน่นอนของการทดลอง) โดยมีค่าอยู่ในช่วง 95% ถึง 98% 10. การลดทอนพื้นฐานของคลื่นไซน์เทียบกับอัตราการไหลในกรณีที่ 1 การทดสอบดำเนินการภายใต้เงื่อนไขที่คล้ายกับการทดสอบคลื่นไซน์ที่มีอัตราการไหลแปรผัน โดยฉีดสารละลายผสมอะซีโตไนไตรล์และน้ำ 80% ในอัตราส่วน 80/20 และแอมโมเนียมอะซิเตต 20% ในความเข้มข้น 20 mM
กลุ่มผลิตภัณฑ์ใหม่ล่าสุด PerfectPeak™ เครื่องผสมแบบคงที่ชนิดอินไลน์ที่ได้รับการจดสิทธิบัตร มีปริมาตรภายในให้เลือก 3 ขนาด คือ 30 µl, 60 µl และ 90 µl ครอบคลุมช่วงปริมาตรและประสิทธิภาพการผสมที่จำเป็นสำหรับการวิเคราะห์ HPLC ส่วนใหญ่ที่ต้องการการผสมที่ดีขึ้นและระดับการกระจายตัวต่ำ เครื่องผสมแบบคงที่รุ่นใหม่นี้ทำได้โดยใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติแบบใหม่เพื่อสร้างโครงสร้าง 3 มิติที่เป็นเอกลักษณ์ ซึ่งให้การผสมแบบคงที่ทางอุทกพลศาสตร์ที่ดีขึ้น พร้อมลดสัญญาณรบกวนพื้นฐานต่อหน่วยปริมาตรของส่วนผสมภายในได้มากที่สุด การใช้ปริมาตรภายในเพียง 1/3 ของเครื่องผสมแบบดั้งเดิมช่วยลดสัญญาณรบกวนพื้นฐานได้ถึง 98% เครื่องผสมดังกล่าวประกอบด้วยช่องทางการไหลสามมิติที่เชื่อมต่อกัน โดยมีพื้นที่หน้าตัดและระยะทางที่แตกต่างกันเมื่อของเหลวไหลผ่านสิ่งกีดขวางทางเรขาคณิตที่ซับซ้อนภายใน กลุ่มผลิตภัณฑ์เครื่องผสมแบบคงที่รุ่นใหม่นี้ให้ประสิทธิภาพที่ดีกว่าเครื่องผสมของคู่แข่ง แต่มีปริมาตรภายในน้อยกว่า ส่งผลให้มีอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนที่ดีขึ้นและขีดจำกัดการหาปริมาณที่ต่ำลง รวมถึงรูปร่างของพีค ประสิทธิภาพ และความละเอียดที่ดีขึ้นเพื่อความไวที่สูงขึ้น
ในฉบับนี้ หัวข้อต่างๆ ได้แก่ โครมาโทกราฟี – RP-HPLC ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม – การใช้โครมาโทกราฟีแบบคอร์-เชลล์เพื่อทดแทนอะซีโตไนไตรล์ด้วยไอโซโพรพานอลในการวิเคราะห์และการทำให้บริสุทธิ์ – เครื่องโครมาโทกราฟแก๊สแบบใหม่สำหรับ…
ศูนย์ธุรกิจระหว่างประเทศ Labmate Limited Oak Court Sandridge Park, Porters Wood St Albans Hertfordshire AL3 6PH สหราชอาณาจักร