การรวมตะกอนเป็นกระบวนการพื้นฐานที่ใช้เพื่อช่วยรวมอนุภาคขนาดเล็กในของเหลวหรือสารละลายให้สะสมเป็นก้อนใหญ่ หรือที่เรียกว่าตะกอน
กระบวนการนี้มักทำได้โดยการเติมสารเคมีพิเศษที่เรียกว่าสารเร่งการรวมตะกอน (Flocculant) ซึ่งทำหน้าที่เร่งให้อนุภาคเกาะตัวกัน รวมถึงช่วยให้อนุภาคชนและยึดติดกัน การรวมตะกอนมีความสำคัญในหลายอุตสาหกรรมและในระบบตามธรรมชาติ ซึ่งช่วยให้สามารถแยกของแข็งออกจากของเหลว รวมถึงทำให้น้ำและของเหลวอื่นๆ บริสุทธิ์ได้
การรวมตะกอนและการตกตะกอนเป็นกระบวนการสองอย่างที่มักใช้ร่วมกันเพื่อขจัดสิ่งเจือปนและสิ่งปลอมปน
การตกตะกอนเป็นการเติมสารเคมีที่เรียกว่าสารเร่งการตกตะกอน (Coagulant) ลงในน้ำ สารบัฟเฟอร์ หรือตัวทำละลาย โดยจะทำให้อนุภาคไม่เสถียรจนเกาะตัวกัน กระบวนการนี้มักสร้างอนุภาคที่เรียกว่า “ตะกอน” แต่หากระบุลักษณะให้เฉพาะเจาะจง จะเรียกว่าสารมวลรวม ซึ่งสารมวลรวมนี้จะแยกออกจากส่วนประกอบที่ละลายได้ (มักเป็นน้ำ) ง่ายกว่า โดยใช้วิธีตกตะกอนหรือการกรอง
การรวมตะกอนนำเอาสารมวลรวมขนาดเล็กดังกล่าวที่ก่อตัวขึ้นระหว่างการตกตะกอนมารวมเข้าด้วยกันเป็นสารมวลรวมขนาดใหญ่ขึ้นที่เรียกว่า “ตะกอน” กระบวนการนี้มักทำได้โดยการเติมสารเร่งการรวมตะกอน ซึ่งเป็นสารเคมีพิเศษที่เร่งการเกาะกลุ่มของอนุภาค
โดยพื้นฐานแล้ว การตกตะกอนเป็นขั้นตอนเริ่มต้นในการรวมกลุ่มอนุภาค ในขณะที่การรวมตะกอนเป็นขั้นตอนถัดมาที่สร้างตะกอนเกาะกลุ่มขนาดใหญ่ขึ้นและกำจัดได้ง่ายกว่า กระบวนการทั้งสองมีความสำคัญอย่างยิ่งในการกำจัดสิ่งเจือปนและสิ่งปลอมปนออกจากน้ำหรือสารที่ละลายได้อื่นๆ
สารเร่งการตกตะกอนเป็นสารที่ใช้เร่งการรวมตัวหรือการเกาะตัวของอนุภาคละเอียดที่แขวนอยู่ในของเหลว การตกตะกอนเป็นกระบวนการทางเคมีที่มีการเติมสารเร่งการตกตะกอนเพื่อปรับประจุของอนุภาคที่กระจายตัวให้เป็นกลาง โมเลกุลชีวภาพและเคมีที่มีขนาดเล็กกว่าระดับไมครอนมักมีประจุลบบนพื้นผิว ซึ่งขัดขวางการรวมตัวและการตกตะกอน (1a)
สารเคมีเร่งการตกตะกอนสามารถดูดซับอนุภาคและปรับให้ประจุลบเป็นกลางได้ การทำให้เป็นกลางหรือการไทเทรตให้ได้ค่า pH ที่เป็นกรดในบางครั้งนั้น จะทำให้อนุภาคเกาะติดกันได้ ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของอนุภาคสารเร่งการตกตะกอนขนาดเล็กกว่าระดับไมครอนที่มีความเสถียรและแขวนตะกอนได้ดี ซึ่งเรียกกันว่าตะกอนขนาดเล็ก (1b)
กระบวนการนี้อาศัยการผสมอย่างรวดเร็วเพื่อให้สารเคมีเร่งการตกตะกอนกระจายตัวอย่างเหมาะสม ซึ่งจะเร่งให้อนุภาคชนกันและเกาะตัวกัน (1c) อนุภาคที่เชื่อมติดกันยังคงมีขนาดค่อนข้างเล็กและไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า
การรวมตะกอนจะเพิ่มขนาดของกลุ่มก้อนสารเร่งการตกตะกอนที่ยังคงมีขนาดเล็กกว่าระดับไมครอน ทำให้แยกออกได้ง่ายขึ้น ซึ่งโดยทั่วไปต้องมีการผสมอย่างนุ่มนวลและการใช้สารเร่งการรวมตะกอนพอลิเมอร์หรือไอออนิกที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง สารเร่งการรวมตะกอนจะดูดซับอนุภาคสารเร่งการตกตะกอน ปรับเปลี่ยนคุณสมบัติของพื้นผิว และเชื่อมต่อช่องว่างเพื่อช่วยในการก่อตะกอน (2a) เมื่อเชื่อมอนุภาคเข้าไปใกล้กัน แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลช่วงที่มีประสิทธิภาพจะเพิ่มขึ้น จึงช่วยลดอุปสรรคด้านพลังงานในการรวมตะกอน ซึ่งจะช่วยให้กลุ่มตะกอนที่อัดกันอย่างหลวมๆ ก่อตัวขึ้น
การรวมตัว การจับตัว และการเสริมความแข็งแรงของตะกอนจะดำเนินต่อไปจนกว่าตะกอนแขวนลอยขนาดใหญ่ที่มองเห็นได้จะก่อตัวขึ้น (2b) การตกตะกอนจะเกิดขึ้นเมื่อมีน้ำหนัก ขนาด และความแข็งแรงเชิงอันตรกิริยาของอนุภาคที่เหมาะสม ตะกอนขนาดใหญ่มีความไวต่อการผสมมาก และเมื่อแตกตัวจากแรงเฉือนที่รุนแรงแล้ว ก็จะกลายสภาพได้ยากหรือกลายสภาพไม่ได้เลย
การรวมตะกอนเกิดขึ้นตามธรรมชาติในการก่อตัวของเกล็ดหิมะและตะกอนใต้ทะเล แต่นอกจากนั้นยังมีการนำไปใช้ตามความต้องการในอุตสาหกรรมเทคโนโลยีชีวภาพ ปิโตรเลียม เยื่อกระดาษและกระดาษ น้ำเสีย และเหมืองแร่อีกด้วย
ชีวเภสัชภัณฑ์
เซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมทั้งหมดที่มีอัตราการรอดชีวิตสูงมักกรองออกได้ง่ายเนื่องจากขนาดและการกระจายตัวของเซลล์ อย่างไรก็ตาม เซลล์จุลินทรีย์จากระบบแบคทีเรียและยีสต์มีหน่วยเซลล์โมโนเมอร์ที่เล็กกว่ามาก ภาระชีวมวลของเซลล์จุลินทรีย์หรือเซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่มีอัตราการรอดชีวิตต่ำและค่ามัธยฐานของอนุภาคขนาดเล็กนั้น อาจก่อให้เกิดเศษชิ้นส่วนเซลล์ขนาดเล็กจำนวนมากซึ่งอุดตันตัวกรองและทำให้อัตราการกรองช้าลง การรวมตะกอนถูกนำไปใช้เพื่อลดจำนวนอนุภาคโดยรวม พร้อมเพิ่มการกระจายขนาดอนุภาค จึงช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการกรอง และช่วยให้แยกองค์ประกอบเซลล์ออกจากส่วนเหนือตะกอนได้อย่างมีประสิทธิภาพและคุ้มค่า นอกจากนี้ การรวมตะกอนยังอาจนำมาใช้ได้ในกรณีที่การเพาะเลี้ยงเซลล์สร้างผลิตภัณฑ์และ/หรือผลิตภัณฑ์พลอยได้จำนวนมาก ซึ่งปรากฏภายในโครงสร้างเซลล์ต่างๆ หรือในสภาพแวดล้อมระดับจุลภาคที่เกิดการหมัก ตัวอย่างเช่น เซลล์ที่มีเยื่อหุ้ม ช่องว่างระหว่างเยื่อหุ้ม หรือส่วนเหนือตะกอนที่ปรากฏ รวมถึงผลิตภัณฑ์ที่ดูดซับพอลิเมอร์ หรือแม้แต่ในการจับตัวแบบหลายเฟส เช่น อิมัลชัน
การบำบัดน้ำและน้ำเสีย
น้ำเสียอาจมีอนุภาคสารแขวนลอยอยู่จำนวนมาก ซึ่งมักใช้เวลานานในการตกตะกอน การบำบัดน้ำด้วยการรวมตะกอนจะช่วยเร่งการตกตะกอน และช่วยให้แยกของแข็ง/ของเหลวได้อย่างมีประสิทธิภาพ น้ำที่ใช้แล้วปริมาณมากจะผ่านกระบวนการได้อย่างรวดเร็ว จึงลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมโดยการลดระยะเวลาและพื้นที่ที่ต้องใช้ในการเก็บน้ำใช้แล้ว
เยื่อกระดาษและกระดาษ
เส้นใยเซลลูโลสเป็นส่วนผสมหลักอย่างหนึ่งที่ใช้ผลิตเยื่อกระดาษและกระดาษ แต่ก็ต้องใช้กาว สารเคลือบ และสารเติมเต็มด้วย เพื่อให้ได้คุณสมบัติของกระดาษตามที่ต้องการสำหรับผลิตภัณฑ์กระดาษที่มีคุณภาพในระดับที่ยอมรับได้ การรวมตะกอนมักถูกนำมาใช้ในกระบวนการแยกน้ำเพื่อรวมเส้นใย สารเติมเต็ม และสารเติมแต่งอื่นๆ ซึ่งจะช่วยให้วัสดุที่เป็นของแข็งแยกตัวออกมาอย่างรวดเร็ว และสามารถผลิตได้ในปริมาณมาก
การทำเหมืองแร่โลหะมีค่า
สายผลิตภัณฑ์มักมีโลหะหลากหลายประเภทที่ต้องคัดแยกออกเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์บริสุทธิ์ การตกตะกอนแบบเจาะจงของโลหะแต่ละชนิดมักมาพร้อมกับการรวมตะกอนและการตกตะกอน เพื่อให้แน่ใจว่าโลหะจะแยกออกจากของเหลวที่เหลืออยู่ได้อย่างรวดเร็ว
อนุภาค ผลึก และละอองอาจก่อปัญหาในการวิจัยให้แก่นักวิทยาศาสตร์ได้ในทุกขั้นตอน ตั้งแต่ขั้นการวิจัยไปจนถึงการผลิต การวิเคราะห์แบบออฟไลน์มีความสำคัญต่อการควบคุมคุณภาพ แต่คุณจะควบคุมอนุภาคได้ต่อเมื่อมีความเข้าใจว่าพารามิเตอร์ของกระบวนการส่งผลต่อขนาด รูปร่าง และปริมาณของอนุภาคอย่างไร
เอกสารหัวข้อการวิเคราะห์ขนาดอนุภาคเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการฉบับนี้จะอธิบายถึงขีดจำกัดของการวิเคราะห์แบบออฟไลน์เพื่อปรับปรุงกระบวนการ และพูดถึงเทคนิคที่นำไปใช้ได้จริงเพื่อให้เกิดผลดังต่อไปนี้
การรวมตะกอนเป็นหน่วยการปฏิบัติงานที่สำคัญ ซึ่งจำเป็นต้องมีการพัฒนาและการเพิ่มประสิทธิภาพเพื่อให้ทำงานได้อย่างมีประสิทธิผล ข้อควรพิจารณาที่สำคัญและพารามิเตอร์กระบวนการมีดังนี้
การเติมสารเร่งการรวมตะกอน
ปัจจัยหลักที่ทำให้เกิดการรวมตะกอนคือ ประเภทและปริมาณของสารเคมีที่เติมเพื่อให้เกิดการตกตะกอนและการรวมตะกอนของอนุภาค ส่วนปัจจัยรอง ได้แก่ พารามิเตอร์ทางกายภาพที่มีอยู่เดิม (เช่น การผสม อุณหภูมิ ฯลฯ) การกำหนดลักษณะของความเสถียรในการรวมตะกอนของเหลว จลนพลศาสตร์การผสม ความเป็นเนื้อเดียวกัน และความเข้มข้นในขั้นสุดท้าย มีความสำคัญในการกำหนดลักษณะของกระบวนการ และมีความสำคัญต่อเป้าหมายด้านวิศวกรรมอนุภาคที่ชัดเจนมากขึ้น (เช่น การกระจายขนาดอนุภาคและจำนวน) สารเร่งการรวมตะกอนหรือสารเพิ่มปริมาณที่เติมเข้าไปควรมีลักษณะเฉพาะที่ส่งผลต่อผลลัพธ์การรวมตะกอน รวมถึงจลนพลศาสตร์ของกระบวนการและผลต่อเนื่องด้านการกำกับดูแล
ATR-FTIR ในแหล่งกำเนิดและสเปกโทรสโคปี รามาน เป็นวิธีการแบบหลายปัจจัยที่มีประสิทธิภาพ ซึ่งสามารถติดตามและวัดปริมาณสารเร่งการรวมตะกอนหรือสารเพิ่มประมาณหลายรายการได้พร้อมกันแบบเรียลไทม์ การรวมข้อมูลสเปกโทรสโคปีนี้เข้ากับข้อมูลการกระจายและจลนพลศาสตร์ของอนุภาคนั้น สามารถช่วยกำหนดปริมาณสารเร่งการรวมตะกอนที่เหมาะสมที่สุดตามความจำเป็น โดยมักจะเป็นปริมาณที่น้อยมาก จึงช่วยลดภาระในการกำจัดสารที่กระบวนการขั้นปลาย นอกจากนั้นยังสามารถกำหนดลักษณะและควบคุมสารบัฟเฟอร์และสารลดแรงตึงผิวอย่างแม่นยำได้แบบเรียลไทม์
การกำจัดสารเร่งการรวมตะกอน
การตัดสินใจใช้การรวมตะกอนในกระบวนการต้องแลกมาด้วยข้อเสียที่สำคัญที่กระบวนการขั้นปลาย ซึ่งจะต้องกำจัดสารเร่งการรวมตะกอนที่เติมเข้ามา สารลดแรงตึงผิว หรือสารมัธยันตร์ในกระบวนการออกให้หมด ข้อกำหนดดังกล่าวมักส่งผลให้ต้องใช้เวลาในกระบวนการเพิ่มขึ้น รวมถึงต้องมีวิธีการเชิงวิเคราะห์เพิ่มเติมเพื่อหาปริมาณหรือตรวจสอบยืนยันการกำจัดสารเพิ่มปริมาณที่เติมเข้าไป ดังนั้น การลดปริมาณของสารเร่งการรวมตะกอน สารเร่งการตกตะกอน สารลดแรงตึงผิว หรือส่วนประกอบอื่นๆ ที่เติมเข้าไปให้มีปริมาณน้อยที่สุดย่อมส่งผลดี
เมื่อนำวิธีการแบบอินไลน์ เช่น สเปกโทรสโคปี ATR-FTIR หรือสเปกโทรสโคปี รามาน มาใช้ทั้งก่อนและหลังโครมาโตกราฟี ก็จะสามารถกำหนดการวัดค่าการถ่ายโอนมวลเชิงปริมาณของผลิตภัณฑ์ สารเร่งการรวมตะกอน และสารเพิ่มปริมาณได้ด้วย ซึ่งอาจนำวิธีนี้มาใช้เสริมร่วมกับวิธีการวิเคราะห์แบบออฟไลน์ได้
เครื่องมือกระจายขนาดอนุภาคในแหล่งกำเนิดช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถติดตามแนวโน้มในแต่ละระดับขนาด และสังเกตลักษณะของอนุภาคที่ถูกกวนในสถานะคงที่ได้แบบเรียลไทม์ เมื่อเติมสารเร่งการรวมตะกอนเข้าไป จำนวนอนุภาคขนาดเล็กจะลดลงอย่างมาก และจำนวนตะกอนขนาดใหญ่จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ในท้ายที่สุด แรงเฉือนของเครื่องกวนจะเริ่มทำลายตะกอน จำนวนอนุภาคขนาดใหญ่จะลดลง และจำนวนอนุภาคขนาดเล็กก็จะเพิ่มขึ้นอีกครั้ง
การทำความเข้าใจกลไกการรวมตะกอนของอนุภาคจะช่วยให้สามารถระบุสาเหตุหลักที่ทำให้ประสิทธิภาพของกระบวนการต่ำกว่าที่ควร ตลอดจนความท้าทายในกระบวนการผลิตขั้นปลาย และผลิตภัณฑ์ที่ไม่ตรงตามข้อกำหนดจำเพาะ การได้รับข้อมูลอนุภาคในแหล่งกำเนิดโดยละเอียดเป็นขั้นตอนแรกในการเพิ่มประสิทธิภาพของกระบวนการให้ได้ผลดี คงคุณภาพตามการออกแบบ (QbD) และดำเนินการผลิตที่มีประสิทธิภาพ
การรวมตะกอนต้องอาศัยการกวนอย่างนุ่มนวล เนื่องจากตะกอนแต่ละประเภทมีความแข็งแรงต่างกัน จึงจะต้องเข้าใจว่าช่วงรอบการกวนต่อนาทีที่ระยะใดที่ถือว่านุ่มนวลสำหรับระบบตะกอนแต่ละประเภท เครื่องมือกระจายขนาดอนุภาคในแหล่งกำเนิดจะให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงของอนุภาคขนาดเล็กเมื่อตะกอนที่สร้างขึ้นถูกกวนด้วยความเร็วที่แตกต่างกัน การกวนอย่างรวดเร็วจะทำให้ตะกอนแตกตัว และจำนวนอนุภาคขนาดเล็กอาจเพิ่มขึ้นจนเกือบเท่ากับระดับก่อนการรวมตะกอน การกวนอย่างช้าๆ จะทำให้ตะกอนส่วนใหญ่ไม่เสียหาย ภาพจากเครื่องวิเคราะห์ขนาดอนุภาคในแหล่งกำเนิดเป็นหลักฐานสนับสนุนการค้นพบนี้ และแสดงให้เห็นตะกอนขนาดใหญ่ขึ้นเมื่อรอบการกวนต่อนาทีต่ำลง
การปรับความแรงของการผสมและแรงเฉือนให้เหมาะสมเป็นกลยุทธ์ที่ช่วยป้องกันการแตกตัวของตะกอนได้สำเร็จ การแตกตัวไม่ควรจะเกิดขึ้น เนื่องจากจะขัดกับวัตถุประสงค์ในการรวมตะกอนและใช้เวลากรองนานขึ้น อัตราการกรองและการแยกน้ำออกจากกากตะกอนจะเร็วที่สุดเมื่อถึงจุดการรวมตะกอนสูงสุด ความเบี่ยงเบนจากจุดนี้จะส่งผลกระทบต่อการทำงาน คุณภาพของผลิตภัณฑ์ และต้นทุนการผลิต
ในอุตสาหกรรมต่างๆ กระบวนการรวมตะกอนจะดำเนินการในโหมดเป็นชุดหรือโหมดต่อเนื่อง โดยใช้เครื่องผสมแบบไดนามิกหรือแบบคงที่ หนึ่งในพารามิเตอร์กระบวนการที่สำคัญในทั้งสองโหมดคือ เวลาที่คงอยู่ในโซนผสม (MZRT) ในกรณีนี้ จุดการรวมตะกอนสูงสุดจะอยู่ที่ 1:38 นาที หลังจากที่ฉีดสารเร่งการรวมตะกอน
เมื่อใช้เครื่องวิเคราะห์ขนาดอนุภาคในแหล่งกำเนิด เครื่องมือนี้จะแสดงให้เห็นว่าตะกอนรวมตัวอย่างสมบูรณ์ และกำลังจะเกิดกระบวนการแตกตัวของตะกอนขึ้นมาแทน นอกจากนี้ เรายังสามารถดูแนวโน้มในแต่ละระดับขนาด แสดงภาพจุดการรวมตะกอนสูงสุด และกำหนดช่วง MZRT ที่จำนวนอนุภาคขนาดเล็กจะถึงจำนวนขั้นต่ำที่ยอมรับได้
การทำงานนอกช่วง MZRT หมายความว่าตะกอนยังก่อตัวไม่สมบูรณ์ หรือการแตกตัวของตะกอนไปลดขนาดตะกอนและทำให้ประสิทธิภาพของกระบวนการต่ำกว่าที่ควรแล้ว ทั้งสองกรณีนี้ต่างทำให้ประสิทธิภาพลดลง เนื่องจากมีอนุภาคขนาดเล็กอิสระจำนวนมาก และช่วง MZRT เป็นวิธีเดียวที่จะรับประกันว่าประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์และกระบวนการเป็นไปตามที่ต้องการ ช่วง MZRT จะแตกต่างกันไปตามแต่ละระบบอนุภาค/สารเร่งการรวมตะกอน และต้องปรับตามองค์ประกอบสารแขวนลอย ความแรงของการผสม และประเภทของสารเร่งการรวมตะกอน
บริษัทเคมีภัณฑ์ต่างๆ ได้พัฒนานวัตกรรมสารเร่งการรวมตะกอนรูปแบบใหม่อย่างต่อเนื่องเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการรวมตะกอน แต่สารเร่งการรวมตะกอนแต่ละชนิดก็ไม่ได้เหมาะกับทุกระบบอนุภาค การทดสอบและยืนยันประสิทธิภาพภายในระบบเฉพาะเจาะจงจะช่วยให้มั่นใจได้ว่าสารเร่งการรวมตะกอนที่ใช้มีความเหมาะสมที่สุด เครื่องวิเคราะห์ขนาดอนุภาคแสดงข้อสรุปต่อไปนี้
เครื่องวิเคราะห์ขนาดอนุภาคในแหล่งกำเนิดสามารถตรวจสอบประสิทธิภาพการรวมตะกอนของสารเร่งการรวมตะกอนชนิดต่างๆ ได้แบบเรียลไทม์ จึงช่วยให้นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรสามารถตัดสินใจตามข้อเท็จจริงเพื่อเลือกสารเร่งการรวมตะกอนและเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการรวมตะกอนได้
บันทึกภาพอนุภาคความละเอียดสูงในแหล่งกำเนิดเพื่อให้เข้าใจกระบวนการในระบบที่ซับซ้อนได้อย่างลึกซึ้ง อ่านเพิ่มเติม
เสียบเข้าไปในเครื่องปฏิกรณ์ในห้องปฏิบัติการโดยตรงเพื่อติดตามการเปลี่ยนแปลงของขนาดและจำนวนอนุภาคแบบเรียลไทม์ที่ความเข้มข้นกระบวนการสูงสุด อ่านเพิ่มเติม
เพิ่มความสามารถในการผลิตในห้องปฏิบัติการของคุณด้วยเครื่องปฏิกรณ์สังเคราะห์ทางเคมีที่มีเครื่องมืออัตโนมัติในตัว อ่านเพิ่มเติม
ประมาณค่าพารามิเตอร์ทางจลนพลศาสตร์และการสร้างแบบจำลองในคอมพิวเตอร์เพื่อพัฒนาสภาวะปฏิกิริยาที่เหมาะสมที่สุด อ่านเพิ่มเติม
แนวทางที่เป็นเอกภาพช่วยสนับสนุนการใช้งานจากห้องปฏิบัติการสู่โรงงานสำหรับสเปกโทรสโคปี การกำหนดลักษณะของระบบอนุภาค การควบคุมเครื่องปฏิกรณ์ที่ถูกต้องแม่นยำ และการวัดปริมาณความร้อน อ่านเพิ่มเติม
ต้องมีการพัฒนาวิธีการที่มีประสิทธิภาพ ยืดหยุ่น และคุ้มค่าสำหรับการกำจัดเซลล์อย่างต่อเนื่องก่อน จึงจะสร้างชุดผลิตภัณฑ์ที่ต่อเนื่องและครบวงจรอย่างแท้จริงได้ ผู้เขียนอธิบายถึงการพัฒนาและการทดสอบวิธีการแบบต่อเนื่องครบวงจรดังกล่าว ซึ่งสามารถนำมาใช้สำหรับการแยกเซลล์โดยการรวมตะกอนร่วมกับการกรองแบบชั้นความลึก
การวัดค่าของ ParticleTrack ดำเนินการแบบอินไลน์หลังจากเติม pDADMAC 0.0375% และอยู่ที่ตำแหน่งทางออกของเครื่องปฏิกรณ์แบบท่อ (การผสมแบบคงที่) ParticleTrack (FBRM) จะตรวจสอบขนาดการรวมตะกอน และเมื่อซ้อนทับด้วยแรงดันตามเวลา ก็จะสามารถระบุวิธีจัดการความอิ่มตัวในตัวกรองและแนวโน้มด้วยเหตุการณ์แรงดัน การประเมินวิธีการและสารเร่งการรวมตะกอนประเภทต่างๆ ส่งผลให้ผลผลิตของตัวยาโดยรวม ความบริสุทธิ์ และดัชนีน้ำหนักโมเลกุลสูง (HMWI) มีผลลัพธ์ที่ต่างกัน ผลลัพธ์เหล่านี้ยังแสดงให้เห็นการสัมพันธ์กับการกระจายขนาดอนุภาคที่แตกต่างกัน ซึ่งเป็นผลมาจากประเภทการรวมตะกอนที่เลือก
ข้อมูลนี้ต่อยอดมาจากเอกสารที่ตีพิมพ์ก่อนหน้านี้ ซึ่งแสดงให้เห็นความสัมพันธ์กับพารามิเตอร์การรวมตะกอนอื่นๆ เช่น ความเข้มข้นของสารทำปฏิกิริยาการรวมตะกอน แรงในการผสมหรือแรงเฉือน เวลาสั่นพ้องในการผสม อุณหภูมิ ตลอดจนสภาวะเริ่มต้นและองค์ประกอบของสารผสมเซลล์ทั้งหมด เมื่อใช้การรวมตะกอน พื้นที่การกรองแบบชั้นความลึกที่ต้องใช้จึงลดลงได้ถึง 4 เท่า เมื่อเทียบกับระบบการกรองแบบทั่วไปที่เหมาะจะใช้ ParticleTrack (FBRM) เพื่อให้สามารถเก็บแอนติบอดีได้อย่างต่อเนื่อง
Burgstaller, D., Krepper, W., Haas, J., Maszelin, M., Mohoric, J., Pajnic, K., Jungbauer, A., & Satzer, P. (2018b) Continuous cell flocculation for recombinant antibody harvesting Journal of Chemical Technology & Biotechnology, 93(7), 1881–1890. https://doi.org/10.1002/jctb.5500
การรวมตะกอนเป็นกระบวนการที่อนุภาคขนาดเล็กในของเหลวมารวมกันจนก่อตัวเป็นมวลขนาดใหญ่ขึ้นที่ยึดเกาะกัน เรียกว่าตะกอน กระบวนการนี้อาจเกิดขึ้นได้เองตามธรรมชาติหรือผ่านการเติมสารเคมีบางชนิดที่เรียกว่าสารเร่งการรวมตะกอน ในการรวมตะกอนตามธรรมชาติ อนุภาคขนาดเล็กในของเหลวอาจรวมกันเนื่องจากปัจจัยหลายประการ เช่น แรงโน้มถ่วง การเคลื่อนที่แบบบราวน์ (Brownian Motion) หรือแรงจากไฟฟ้าสถิต เมื่ออนุภาคเหล่านี้ชนและเกาะติดกัน ก็จะเริ่มก่อตัวเป็นมวลขนาดใหญ่ขึ้นซึ่งสามารถตกตะกอนแยกจากของเหลวได้ในที่สุด
นอกจากนี้ยังสามารถเหนี่ยวนำให้เกิดการรวมตะกอนได้ด้วยการเติมสารเร่งการรวมตะกอน ซึ่งเป็นสารที่เร่งการก่อตัวของตะกอน สารเคมีเหล่านี้ทำงานโดยปรับประจุไฟฟ้าบนพื้นผิวของอนุภาคให้เป็นกลาง อนุภาคจึงเกาะติดกันและก่อตัวเป็นก้อนใหญ่ขึ้น สารเร่งการรวมตะกอนมักถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมบำบัดน้ำเสีย การทำเหมืองแร่ และอุตสาหกรรมอื่นๆ ที่จำเป็นต้องแยกของแข็งออกจากของเหลว เมื่อก่อตัวเป็นตะกอนแล้ว จะสามารถแยกตะกอนดังกล่าวออกจากของเหลวได้ด้วยวิธีต่างๆ เช่น การตกตะกอน การกรอง หรือการหมุนเหวี่ยง ของเหลวที่ได้มักจะมีความใสและจัดการได้ง่ายกว่าก่อนการรวมตะกอน
กระบวนการตกตะกอนและการรวมตะกอนมักใช้ในการบำบัดน้ำเสียเพื่อขจัดความขุ่นและแบคทีเรีย การรวมตะกอนกระตุ้นให้อนุภาคแขวนลอยจับตัวกันและก่อตัวเป็นอนุภาคก้อนขนาดใหญ่ที่เรียกกันว่า “ตะกอน” ตะกอนเหล่าจะลอยขึ้นสู่ชั้นผิวหรือตกตะกอนที่ด้านล่าง จึงเป็นวิธีเร่งการแยกตัวที่มีประสิทธิภาพและคุ้มค่า
การตกตะกอนและการรวมตะกอนเป็นกระบวนการที่แตกต่างกันสองกระบวนการ ซึ่งใช้เป็นขั้นตอนต่อเนื่องกันเพื่อเอาชนะแรงที่ทำให้อนุภาคแขวนลอยมีความเสถียร ประจุของอนุภาคจะถูกทำให้เป็นกลางโดยการตกตะกอน แต่จะจับตัวกันและขยายขนาดได้ด้วยการรวมตะกอน ซึ่งทำให้กำจัดออกจากของเหลวได้ง่ายขึ้น อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับการเปรียบเทียบการรวมตะกอนกับการตกตะกอน
สารแขวนลอยที่รวมตะกอนหมายถึงส่วนผสมหรือการกระจายตัวของอนุภาคของแข็งในของเหลวที่อนุภาคมารวมกันและก่อตัวเป็นกลุ่มหรือก้อนขนาดใหญ่ขึ้นที่เรียกว่าตะกอน ตะกอนเหล่านี้รวมกันด้วยแรงทางกายภาพเพียงเล็กน้อย เช่น แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุล หรือแรงเชื่อมระหว่างอนุภาค แทนที่จะกระจายอย่างสม่ำเสมอในของเหลว การก่อตัวของตะกอนในสารแขวนลอยนำไปสู่การตกตะกอนหรือการแยกตัวของอนุภาคของแข็ง ทำให้กำจัดหรือกรองออกจากสารในสภาพของเหลวได้ง่ายขึ้น การรวมตะกอนมักถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ รวมถึงการบำบัดน้ำเสีย การทำเหมืองแร่ และกระบวนการทางเคมี เพื่ออำนวยความสะดวกในการแยกและการขจัดของแข็งแขวนลอยออกจากของเหลว
