تعديل الجسيمات بالموجات فوق الصوتية لأعمدة HPLC
تتمثل التحديات في HPLC في الفصل السريع والفعال لمجموعة واسعة من العينات. يسمح Sonication بتعديل وتشغيل جزيئات النانو ، على سبيل المثال الكريات المجهرية السيليكا أو الزركونيا. Ultrasonication هي تقنية ناجحة للغاية لتجميع جزيئات السيليكا الأساسية ، خاصة بالنسبة لأعمدة HPLC.
التعديل بالموجات فوق الصوتية لجزيئات السيليكا
هيكل الجسيمات وحجم الجسيمات وكذلك حجم المسام وضغط المضخة هي أهم المعلمات التي تؤثر على تحليل HPLC.
تعمل معظم أنظمة HPLC مع المرحلة الثابتة النشطة المتصلة بالجزء الخارجي من جزيئات السيليكا الكروية الصغيرة. الجسيمات عبارة عن حبات صغيرة جدا في النطاق الدقيق والنانوي. تختلف أحجام الجسيمات في الخرز ، ولكن حجم الجسيمات البالغ حوالي 5 ميكرومتر هو الأكثر شيوعا. توفر الجسيمات الأصغر مساحة سطح أكبر وفصلا أفضل ، لكن الضغط المطلوب للسرعة الخطية المثلى يزداد بعكس قطر الجسيمات التربيعي. هذا يعني أن استخدام جزيئات من نصف الحجم وبنفس حجم العمود ، يضاعف الأداء ، ولكن في نفس الوقت يتضاعف الضغط المطلوب أربع مرات.
الطاقة بالموجات فوق الصوتية هي أداة معروفة ومثبتة لتعديل / وظيفية وتشتت الجسيمات الدقيقة والنانوية مثل السيليكا. نظرا لنتائجها الموحدة والموثوقة للغاية في معالجة الجسيمات ، فإن الصوتنة هي الطريقة المفضلة لإنتاج جزيئات وظيفية (مثل جزيئات القشرة الأساسية). تخلق الموجات فوق الصوتية القوية الاهتزاز والتجويف وتحفز الطاقة للتفاعلات الكيميائية الصوتية. وبالتالي ، يتم استخدام أجهزة الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة بنجاح لعلاجات الجسيمات بما في ذلك التشغيل / التعديل, تصغير الحجم & التشتت وكذلك للجسيمات النانوية تركيب (على سبيل المثال طرق سول جل).
مزايا تعديل الجسيمات بالموجات فوق الصوتية / وظيفية
- سهولة التحكم في حجم الجسيمات وتعديلها
- السيطرة الكاملة على معلمات العملية
- قابلية التوسع الخطي
- قابل للتطبيق من أحجام صغيرة جدا إلى كبيرة جدا
- آمن ، مستخدم- & صديقة للبيئة
مسبار نوع صوتي UP400St تشتيت وتشغيل جسيمات السيليكا النانوية
التحضير بالموجات فوق الصوتية لجزيئات السيليكا الأساسية
جسيمات السيليكا الأساسية (تم استخدام النواة الصلبة ذات القشرة المسامية أو المسامية السطحية) بشكل متزايد للفصل عالي الكفاءة مع معدل التدفق السريع والضغط الخلفي المنخفض نسبيا. تكمن المزايا في جوهرها الصلب والغلاف المسامي: يشكل جسيم الغلاف الأساسي الكامل جسيما أكبر ويسمح بتشغيل HPLC عند ضغط خلفي منخفض بينما توفر القشرة المسامية واللب الصلب الصغير نفسه مساحة سطح أعلى لعملية الفصل. تتمثل فوائد استخدام جزيئات القشرة الأساسية كمواد تعبئة لأعمدة HPLC في أن حجم المسام الأصغر يقلل من الحجم الحالي للتوسيع من الانتشار الطولي. حجم الجسيمات وسمك القشرة المسامية لها تأثير مباشر على معلمات الفصل. (راجع Hayes et al. 2014)
مواد التعبئة الأكثر استخداما لأعمدة HPLC المعبأة هي الكريات المجهرية التقليدية للسيليكا. عادة ما تكون جسيمات القشرة الأساسية المستخدمة في الكروماتوغرافيا مصنوعة من السيليكا أيضا، ولكن مع قلب صلب وغلاف مسامي. تعرف جسيمات السيليكا ذات القشرة الأساسية المستخدمة في التطبيقات الكروماتوغرافية أيضا باسم الجسيمات ذات النواة المنصهرة أو النوى الصلبة أو المسامية السطحية.
هلام السيليكا يمكن تصنيعها عبر طريق سونوكيميكال سول جل. جل السيليكا هي الطبقة الرقيقة الأكثر استخداما لفصل المواد الفعالة عن طريق كروماتوغرافيا الطبقة الرقيقة (TLC).
انقر هنا لمعرفة المزيد عن الطريق بالموجات فوق الصوتية لعمليات سول هلام!
The ultrasonic synthesis (sono-synthesis) can be readily applied to the synthesis of other silica-supported metals or metal oxides, such as TiO2/SiO2, CuO/SiO2, Pt/SiO2>, Au/SiO2 and many others, and is used not only for silica modification for chromatographic cartridges, but also for various industrial catalytic reactions.
اقرأ المزيد عن أجهزة الصوتنة لوظائف الجسيمات النانوية لأعمدة HPLC
التشتت بالموجات فوق الصوتية للجسيمات النانوية
يعد التشتت الدقيق الحجم وإزالة تكتل الجسيمات مهما بشكل خاص للحصول على الأداء الكامل للمادة. وبالتالي ، بالنسبة للفصل عالي الأداء ، يتم استخدام جزيئات السيليكا أحادية التكاثر بأقطار أصغر كجزيئات تعبئة. لقد ثبت أن Sonication أكثر فعالية في تشتيت السيليكا من طرق الخلط الأخرى عالية القص.
يوضح المخطط أدناه نتيجة تشتيت السيليكا المدخنة بالموجات فوق الصوتية في الماء. تم الحصول على القياسات باستخدام Malvern Mastersizer 2000.
قبل وبعد صوتنة: يظهر المنحنى الأخضر حجم الجسيمات قبل صوتنة ، والمنحنى الأحمر هو توزيع حجم الجسيمات من السيليكا المشتتة بالموجات فوق الصوتية.
انقر هنا لقراءة المزيد عن تشتيت السيليكا بالموجات فوق الصوتية (SiO2)!
مسحوق الضغط باستخدام Sonication
تعد كثافة المسحوق في أعمدة HPLC ضرورية لتحقيق كفاءة فصل عالية ، وأداء عمود مستقر ، وخصائص تدفق متسقة ، وأوقات احتفاظ دقيقة ، ودقة محسنة ، وعمر ممتد للعمود. يعد ضمان كثافة التعبئة المناسبة والموحدة أمرا أساسيا للتشغيل الموثوق والفعال لأنظمة HPLC. يمكن أن يساعد ضغط المسحوق بالموجات فوق الصوتية في ملء أعمدة وخراطيش HPLC بكفاءة مع كثافة المسحوق المثلى.
معرفة المزيد عن ضغط مسحوق بالموجات فوق الصوتية!
الصوتيات الصناعية للتشتت عالي الإنتاجية للجسيمات النانوية
حقائق تستحق المعرفة
ما هو الكروماتوغرافيا السائلة عالية الأداء (HPLC)؟
يمكن وصف الكروماتوغرافيا بأنها عملية نقل جماعي تتضمن الامتزاز. الكروماتوغرافيا السائلة عالية الأداء (المعروفة سابقا باسم كروماتوغرافيا السائل عالي الضغط) هي تقنية تحليل يمكن من خلالها فصل كل مكون من مكونات الخليط وتحديده وتحديده كميا. بدلا من ذلك ، تستخدم كروماتوغرافيا المقياس التحضيري لتنقية دفعات كبيرة من المواد على نطاق الإنتاج. المواد المراد تحليلها النموذجية هي الجزيئات العضوية، والجزيئات الحيوية، والأيونات، والبوليمرات.
يعتمد مبدأ فصل HPLC على مرحلة متحركة (ماء ، مذيبات عضوية ، إلخ) يتم تمريرها عبر مرحلة ثابتة (عبوات السيليكا الجسيمية ، متراصة ، إلخ) في عمود. وهذا يعني أن مذيب سائل مضغوط ، يحتوي على المركبات الذائبة (محلول العينة) ، يتم ضخه من خلال عمود مملوء بمادة ماصة صلبة (مثل جزيئات السيليكا المعدلة). نظرا لأن كل مكون في العينة يتفاعل بشكل مختلف قليلا مع المادة الممتزة ، فإن معدلات التدفق للمكونات المختلفة تختلف وتؤدي بالتالي إلى فصل المكونات أثناء تدفقها خارج العمود. يعد تكوين ودرجة حرارة الطور المتحرك معلمات مهمة جدا لعملية الفصل التي تؤثر على التفاعلات التي تحدث بين مكونات العينة والممتزات . يعتمد الفصل على تقسيم المركبات نحو الطور الثابت والمتحرك.
يتم تصور نتائج تحليل HPLC كمخطط كروماتوغرامي. الكروماتوجرام هو مخطط ثنائي الأبعاد مع الإحداثي (المحور ص) يعطي التركيز من حيث استجابة الكاشف ويمثل الإحداثيات (المحور السيني) الوقت.
جزيئات السيليكا للخراطيش المعبأة
تعتمد جزيئات السيليكا للتطبيقات الكروماتوغرافية على بوليمرات السيليكا الاصطناعية. في الغالب ، يتم تصنيعها من رباعي إيثوكسيسيلان الذي يتم تحلله جزئيا إلى polyethoxysiloxanes من أجل تكوين سائل لزج يمكن استحلابه في خليط ماء الإيثانول تحت صوتنة مستمرة. يخلق التحريض بالموجات فوق الصوتية جزيئات كروية ، والتي يتم تحويلها إلى هلاميات مائية من السيليكا من خلال تكثيف مائي محفز (يعرف باسم طريقة "Unger"). يتسبب التكثيف المائي في تشابك واسع النطاق عبر أنواع السيلانول السطحية. بعد ذلك ، يتم تحميص كرات الهيدروجيل لإنتاج زيروجيل. حجم الجسيمات وحجم المسام من السيليكا xerogel عالية المسامية (سول جل) بقيمة الأس الهيدروجيني ودرجة الحرارة والمحفزات والمذيبات المستخدمة وكذلك تركيز سول السيليكا.
الجسيمات غير المسامية مقابل الجسيمات المسامية
يتم استخدام كل من كريات السيليكا المجهرية غير المسامية والمسامية كمرحلة ثابتة في أعمدة HPLC. بالنسبة للجسيمات الصغيرة غير المسامية ، يحدث الانفصال على سطح الجسيمات ويتم تخفيف اتساع النطاق بسبب مسار الانتشار القصير ، وبالتالي حدوث نقل كتلة أسرع. ومع ذلك ، فإن مساحة السطح المنخفضة تؤدي إلى نتائج غير دقيقة ، نظرا لأن الاستبقاء ووقت الاحتفاظ والانتقائية وبالتالي الدقة محدودة. قدرة التحميل هي عامل حاسم أيضا. توفر كريات السيليكا المجهرية المسامية إلى جانب سطح الجسيمات بالإضافة إلى سطح المسام ، مما يوفر مساحة تلامس أكبر للتفاعل مع التحليلات. لضمان نقل الكتلة الكافي أثناء فصل الطور السائل ، يجب أن يكون حجم أحجام المسام أكثر من 7 نانومتر. لفصل الجزيئات الحيوية الكبيرة ، يلزم وجود أحجام مسام تصل إلى 100 نانومتر لتحقيق فصل فعال.
الأدب / المراجع
- تشابليكي ، سيلويستر (2013): الكروماتوغرافيا في تحليل النشاط الحيوي للمركبات. في: كروماتوغرافيا العمود ، الدكتور دين مارتن (محرر) ، InTech ، DOI: 10.5772/55620.
- هايز ، ريتشارد. أحمدة, أدهم; إيدج ، توني. تشانغ ، هايفي (2014): جزيئات القشرة الأساسية: التحضير والأساسيات والتطبيقات في الكروماتوغرافيا السائلة عالية الأداء. ج. كروماتوغر. أ 1357 ، 2014. 36–52.
- شارما ، إس دي ؛ سينغ ، شايلاندرا (2013): توليف وتوصيف زركونيا نانو سلفات عالية الفعالية على السيليكا: محفز القشرة الأساسية عن طريق التشعيع بالموجات فوق الصوتية. المجلة الأمريكية للكيمياء 3 (4) ، 2013. 96-104