مدلسازی کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا

برخی از کاربردهای شیمیایی نیاز به شناسایی و تعیین کمیت اجزای یک مخلوط شیمیایی دارند. کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا (HPLC) یک فناوری جداسازی همه کاره برای گونه های شیمیایی است. برای آشنایی بیشتر با فرآیند جداسازی، می‌توانیم آن را با نرم‌افزار شبیه‌سازی مدل‌سازی کنیم.

درباره روش HPLC

کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا (HPLC) یک فرآیند چند مرحله ای است که برای جداسازی اجزای شیمیایی در یک مخلوط طراحی شده است. بسیاری از روش‌های کروماتوگرافی مایع دیگر وجود دارد، اما HPLC به دلیل توانایی آن در کنترل خوب و ارائه خروجی نسبتاً بالا، همه کاره‌ترین آنهاست. این سیستم بسیار شبیه کروماتوگرافی ستونی است که حلال ها را با فشار بالا به جای گرانش مانند روش های سنتی فشار می دهد. فشار بالا اجازه می دهد تا زمان اجرا بسیار سریعتر باشد .

در اصل، HPLC شامل مخلوط کردن یک حلال (فاز متحرک) از یک مخزن (#1 در تصویر زیر) با یک منطقه نمونه حاوی آنالیت هایی است که قرار است جدا شوند (#4) و سپس (#5) مخلوط را به یک مخزن پمپ می کنند. انژکتور (شماره 7). تزریق یک مرحله خودکار از فرآیند است. سپس، فاز متحرک، آنالیت را از طریق ستونی که حاوی یک فاز ثابت جامد است (#9) حمل می کند. اگر آنالیت رنگی نباشد، به یک آشکارساز (#10) نیاز است تا بدانیم چه زمانی از ستون عبور کرده است. داده های شناسایی برای تجزیه و تحلیل (#11) ذخیره می شوند و زباله ها جمع آوری می شوند (#12).

یک دستگاه HPLC اعتبار تصویر: یاسین مرابت .

در اینجا یک نسخه ساده تر از نمودار بالا آمده است:

شماتیک ساده شده یک سیستم HPLC

کاربردهای کروماتوگرافی مایع

کروماتوگرافی مایع در بسیاری از تنظیمات استفاده می شود. به عنوان مثال، معمولاً در تحقیق و توسعه (R&D)، کنترل کیفیت، و تولید در شرکت‌های بیوتکنولوژی و داروسازی استفاده می‌شود. علاوه بر این، تکنیک جداسازی ممکن است برای نظارت بر آب، غذا و اثرات زیست محیطی استفاده شود. کروماتوگرافی مایع همچنین در سناریوهای پزشکی یا پزشکی قانونی که مستقیماً بیماران یا مراجعین را درگیر می کند استفاده می شود.

نمونه مدلسازی کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا

اگر می‌خواهید جداسازی دو گونه را تجزیه و تحلیل کنید، می‌توانید یک آزمایش آزمایشگاهی را مطابق نمودار شماره‌دار بالا تنظیم کنید. از طرف دیگر، می توانید یک شبیه سازی با استفاده از COMSOL Multiphysics و ماژول مهندسی واکنش شیمیایی راه اندازی کنید .

فرض کنید دو جزء در فاز متحرک وجود دارد و می خواهیم پس از عبور از ستون، سطح غلظت آنها را مشخص کنیم. قبل از مدل‌سازی غلظت‌های افزایش‌یافته، باید غلظت اولیه انژکتور پایین را حل کنیم. به این ترتیب می توانیم نتایج مختلف را با هم مقایسه کنیم. سپس غلظت آنالیت حمل شده توسط فاز متحرک را افزایش می دهیم تا کروماتوگرافی غیرخطی باشد . ما از مراحل دقیق در اینجا رد می‌شویم، اما می‌توانید با خواندن مستندات مدل، آنها را دنبال کنید .

نتایج کروماتوگرافی خطی

^{غلظت اولیه آنالیت کم است (هر دو جزء 0.1 mol/ m3} هستند ). این بدان معنی است که راه حل در حوزه خطی خواهد بود. با ترسیم نتایج، می‌توان دید که مناطق نمونه به طور معمول توزیع شده و متقارن هستند:

غلظت اولیه انژکتور 0.1 mol/m3 ^برای هر دو جزء.

نتایج کروماتوگرافی غیرخطی

حال، وقتی غلظت دو جزء را به ترتیب به یک و ده مول بر متر مکعب افزایش دهیم ^، چه اتفاقی می‌افتد ؟ خوب، می‌توانیم ببینیم که رفتار به‌طور چشمگیری تغییر می‌کند، زیرا اکنون راه‌حل در حوزه غیرخطی است:

کروموتوگرافی غیر خطی: غلظت دو جزء (1 به صورت جامد و 2 به صورت چین خورده نشان داده شده است) در فاز متحرک در حالی که در 0، 80 و 160 ثانیه در ستون جریان دارند. غلظت اولیه انژکتور برای c ₀₁ = 1 mol / m ³ و c ₀₂ = 10 mol / m ³ .

دانلود مدل

• مدل کروماتوگرافی مایع