HPLC kolonları üçün hissəciklərin ultrasəslə modifikasiyası
HPLC-də qarşıya çıxan çətinliklər geniş çeşidli nümunələrin sürətli və səmərəli ayrılmasıdır. Sonikasiya nanohissəcikləri, məsələn, silisium dioksid və ya sirkonium dioksid mikrosferlərini modifikasiya etməyə və funksionallaşdırmağa imkan verir. Ultrasəslə emal, xüsusilə HPLC kolonları üçün nüvə–qabıq quruluşlu silisium dioksid hissəciklərinin sintezində çox uğurlu bir üsuldur.
Silisium dioksid hissəciklərinin ultrasəslə modifikasiyası
Hissəciklərin quruluşu və ölçüsü, həmçinin məsamələrin ölçüsü və nasos təzyiqi HPLC analizinə təsir edən ən mühüm parametrlərdir.
Əksər HPLC sistemləri kiçik sferik silisium dioksid hissəciklərinin xarici səthinə bərkidilmiş aktiv stasionar faza ilə işləyir. Bu hissəciklər mikro və nano diapazonda olan çox kiçik kürəciklərdir. Kürəciklərin ölçüləri müxtəlifdir, lakin ən çox rast gəlinən hissəcik ölçüsü təxminən 5µm-dir. Daha kiçik hissəciklər daha böyük səth sahəsi və daha yaxşı ayrılma təmin edir, lakin optimal xətti sürət üçün tələb olunan təzyiq hissəcik diametrinin kvadratına tərs mütənasib olaraq artır. Bu o deməkdir ki, kolonun ölçüsü eyni qaldıqda yarı ölçülü hissəciklərdən istifadə məhsuldarlığı ikiqat artırır, eyni zamanda tələb olunan təzyiq dördqat artır.
Yüksək güclü ultrasəs silisium dioksid kimi mikro və nanohissəciklərin modifikasiyası / funksionallaşdırılması və dispersləşdirilməsi üçün yaxşı tanınan və sınaqdan çıxmış vasitədir. Hissəciklərin emalında vahid və yüksək dərəcədə etibarlı nəticələr verdiyinə görə sonikasiya funksionallaşdırılmış hissəciklərin (məsələn, nüvə–qabıq quruluşlu hissəciklərin) istehsalı üçün üstünlük verilən üsuldur. Yüksək güclü ultrasəs vibrasiya və kavitasiya yaradır, sonokimyəvi reaksiyalar üçün enerji verir. Buna görə yüksək güclü ultrasəs cihazları hissəciklərin aşağıdakı emal proseslərində uğurla istifadə olunur: funksionallaşdırma / modifikasiya, ölçünün kiçildilməsi və dispersləşdirmə həmçinin nanohissəciklərin sintezi (məsələn, sol–gel üsulları).
Hissəciklərin ultrasəslə modifikasiyasının / funksionallaşdırılmasının üstünlükləri
- hissəciklərin ölçüsünə və modifikasiyasına asan nəzarət
- proses parametrlərinə tam nəzarət
- miqyasın xətti şəkildə artırılması imkanı
- çox kiçik həcmlərdən çox böyük həcmlərə qədər tətbiq oluna bilməsi
- təhlükəsiz, istifadəçi və ətraf mühit üçün əlverişli
Zond tipli UP400ST sonikatoru silisium dioksid nanohissəciklərini dispersləşdirir və funksionallaşdırır
Nüvə–qabıq quruluşlu silisium dioksid hissəciklərinin ultrasəslə hazırlanması
Nüvə–qabıq quruluşlu silisium dioksid hissəcikləri (məsaməli qabıqlı bərk nüvəyə malik və ya səthi məsaməli) yüksək axın sərfi və nisbətən aşağı əks təzyiqlə yüksək səmərəli ayrılma üçün getdikcə daha çox istifadə olunur. Üstünlükləri onların bərk nüvəsi və məsaməli qabığındadır: bütöv nüvə–qabıq quruluşlu hissəcik daha böyük bir hissəcik təşkil edir və HPLC-ni daha aşağı əks təzyiqdə işlətməyə imkan verir, məsaməli qabıq və kiçik bərk nüvənin özü isə ayrılma prosesi üçün daha böyük səth sahəsi təmin edir. HPLC kolonları üçün doldurucu material kimi nüvə–qabıq quruluşlu hissəciklərdən istifadənin üstünlüyü ondan ibarətdir ki, daha kiçik məsamə həcmi uzununa diffuziya nəticəsində genişlənmə üçün mövcud olan həcmi azaldır. Hissəciklərin ölçüsü və məsaməli qabığın qalınlığı ayrılma parametrlərinə birbaşa təsir göstərir. (bax: Hayes və b. 2014)
Doldurulmuş HPLC kolonları üçün ən çox istifadə olunan doldurucu materiallar adi silisium dioksid mikrosferləridir. Xromatoqrafiyada istifadə olunan nüvə–qabıq quruluşlu hissəciklər də adətən silisium dioksiddən hazırlanır, lakin bərk nüvəyə və məsaməli qabığa malik olur. Xromatoqrafik tətbiqlərdə istifadə olunan nüvə–qabıq quruluşlu silisium dioksid hissəcikləri əridilib birləşdirilmiş nüvəli, bərk nüvəli və ya səthi məsaməli hissəciklər kimi də tanınır.
Silisium dioksid gelləri sonokimyəvi sol–gel üsulu ilə sintez edilə bilər. Silisium dioksid gelləri nazik təbəqəli xromatoqrafiya (TLC) vasitəsilə aktiv maddələrin ayrılması üçün ən çox istifadə olunan nazik təbəqədir.
Sol–gel prosesləri üçün sonokimyəvi üsul haqqında daha ətraflı məlumat almaq üçün buraya klikləyin!
Ultrasəs sintezi (sonosintez) TiO2/SiO2, CuO/SiO2, Pt/SiO2>, Au/SiO2 və bir çox digərləri kimi silisium dioksid daşıyıcısı üzərindəki digər metalların və ya metal oksidlərinin sintezinə asanlıqla tətbiq oluna bilər və təkcə xromatoqrafik kartriclər üçün silisium dioksidin modifikasiyasında deyil, həm də müxtəlif sənaye katalitik reaksiyalarında istifadə olunur.
HPLC kolonları üçün nanohissəciklərin funksionallaşdırılmasında istifadə olunan sonikatorlar haqqında daha ətraflı oxuyun
Nanohissəciklərin ultrasəslə dispersləşdirilməsi
Materialın bütün potensialından istifadə etmək üçün hissəciklərin incə ölçülü dispersləşdirilməsi və deaqqlomerasiyası xüsusilə vacibdir. Buna görə yüksək məhsuldarlıqlı ayrılma üçün daha kiçik diametrli monodispers silisium dioksid hissəcikləri doldurucu hissəciklər kimi istifadə olunur. Sonikasiyanın silisium dioksidin dispersləşdirilməsində digər yüksək kəsmə qüvvəli qarışdırma üsullarından daha effektiv olduğu sübut edilmişdir.
Aşağıdakı qrafik pirogen silisium dioksidin suda ultrasəslə dispersləşdirilməsinin nəticəsini göstərir. Ölçmələr Malvern Mastersizer 2000 cihazından istifadə etməklə aparılmışdır.
Sonikasiyadan əvvəl və sonra: yaşıl əyri sonikasiyadan əvvəlki hissəcik ölçüsünü, qırmızı əyri isə ultrasəslə dispersləşdirilmiş silisium dioksidin hissəcik ölçüsü paylanmasını göstərir.
Sonikasiya ilə tozun sıxlaşdırılması
HPLC kolonlarında tozun sıxlığı yüksək ayrılma səmərəliliyinə, kolonun sabit işinə, dəyişməz axın xüsusiyyətlərinə, dəqiq tutulma vaxtlarına, yaxşılaşdırılmış ayırdetmə qabiliyyətinə və kolonun uzadılmış xidmət müddətinə nail olmaq üçün vacibdir. Müvafiq və bərabər doldurulma sıxlığının təmin edilməsi HPLC sistemlərinin etibarlı və effektiv işləməsinin əsasını təşkil edir. Tozun ultrasəslə sıxlaşdırılması HPLC kolonlarını və kartriclərini optimal toz sıxlığı ilə səmərəli şəkildə doldurmağa kömək edə bilər.
Tozun ultrasəslə sıxlaşdırılması haqqında daha ətraflı məlumat alın!
Nanohissəciklərin yüksək emal məhsuldarlığı ilə dispersləşdirilməsi üçün sənaye sonikatorları
Bilməyə dəyər faktlar
Yüksək effektivlikli maye xromatoqrafiyası (HPLC) nədir?
Xromatoqrafiya adsorbsiyanı əhatə edən kütləötürmə prosesi kimi təsvir edilə bilər. Yüksək effektivlikli maye xromatoqrafiyası (əvvəllər yüksək təzyiqli maye xromatoqrafiyası kimi də tanınırdı) qarışığın hər bir komponentinin ayrıla, müəyyən edilə və miqdarının təyin oluna bildiyi analiz üsuludur. Alternativ olaraq, preparativ miqyaslı xromatoqrafiya istehsal miqyasında böyük material partiyalarının təmizlənməsi üçün istifadə olunur. Tipik analitlər üzvi molekullar, biomolekullar, ionlar və polimerlərdir.
HPLC ilə ayrılma prinsipi hərəkətli fazanın (su, üzvi həlledicilər və s.) kolondakı stasionar fazadan (silisium dioksid hissəciklərindən ibarət doldurucular, monolitlər və s.) keçirilməsinə əsaslanır. Bu o deməkdir ki, həll olmuş birləşmələri ehtiva edən təzyiq altında olan maye həlledici (nümunə məhlulu) bərk adsorbent materialla (məsələn, modifikasiya edilmiş silisium dioksid hissəcikləri ilə) doldurulmuş kolondan nasos vasitəsilə keçirilir. Nümunədəki hər bir komponent adsorbent materialla bir qədər fərqli qarşılıqlı təsir göstərdiyindən müxtəlif komponentlərin axın sərfləri fərqlənir və bununla da kolondan çıxdıqda komponentlərin ayrılmasına səbəb olur. Hərəkətli fazanın tərkibi və temperaturu ayrılma prosesi üçün nümunə komponentləri ilə adsorbent arasındakı qarşılıqlı təsirlərə təsir edən çox mühüm parametrlərdir. Ayrılma birləşmələrin stasionar və hərəkətli fazalar arasında paylanmasına əsaslanır.
HPLC analizinin nəticələri xromatoqram şəklində göstərilir. Xromatoqram ordinat oxunun (y oxu) detektorun cavab siqnalı ilə ifadə olunan konsentrasiyanı, absis oxunun (x oxu) isə vaxtı göstərdiyi ikiölçülü diaqramdır.
Doldurulmuş kartriclər üçün silisium dioksid hissəcikləri
Xromatoqrafik tətbiqlər üçün silisium dioksid hissəcikləri sintetik silisium dioksid polimerlərinə əsaslanır. Onlar əsasən fasiləsiz sonikasiya altında etanol–su qarışığında emulsiyalaşdırıla bilən özlü maye yaratmaq üçün polietoksisiloksanlara qədər qismən hidroliz edilən tetraetoksisilandan hazırlanır. Ultrasəslə qarışdırma sferik hissəciklər yaradır; bu hissəciklər katalitik təsirlə baş verən hidrolitik kondensasiya (‘Unger’ üsulu kimi tanınır) vasitəsilə silisium dioksid hidrogellərinə çevrilir. Hidrolitik kondensasiya səthdəki silanol qrupları vasitəsilə geniş çarpaz bağlanmaya səbəb olur. Daha sonra hidrogel kürələri kserogel əldə etmək üçün kalsinasiya edilir. Yüksək məsaməli silisium dioksid kserogelinin (sol–gel) hissəcik və məsamə ölçülərinə pH dəyəri, temperatur, istifadə olunan katalizator və həlledicilər, həmçinin silisium dioksid solunun konsentrasiyası təsir göstərir.
Məsaməsiz və məsaməli hissəciklərin müqayisəsi
Həm məsaməsiz, həm də məsaməli silisium dioksid mikrosferləri HPLC kolonlarında stasionar faza kimi istifadə olunur. Kiçik məsaməsiz hissəciklərdə ayrılma hissəciyin səthində baş verir və qısa diffuziya yolu sayəsində zolağın genişlənməsi azalır, nəticədə kütləötürmə daha sürətli olur. Lakin kiçik səth sahəsi daha qeyri-dəqiq nəticələrə səbəb olur, çünki tutulma, tutulma vaxtı, seçicilik və buna görə də ayırdetmə qabiliyyəti məhdudlaşır. Yükləmə tutumu da mühüm amildir. Məsaməli silisium dioksid mikrosferləri hissəcik səthindən əlavə məsamə səthini də təmin edir ki, bu da analitlərlə qarşılıqlı təsir üçün daha böyük təmas sahəsi yaradır. Maye fazada ayrılma zamanı kifayət qədər kütlə daşınmasını təmin etmək üçün məsamələrin ölçüsü ∼7nm-dən böyük olmalıdır. Böyük biomolekulları ayırarkən səmərəli ayrılmaya nail olmaq üçün ölçüsü 100nm-ə qədər olan məsamələr tələb olunur.
Ədəbiyyat/İstinadlar
- Czaplicki, Sylwester (2013): Birləşmələrin bioaktivliyinin analizində xromatoqrafiya. Nəşrdə: Kolon xromatoqrafiyası, Dr. Dean Martin (red.), InTech, DOI: 10.5772/55620.
- Hayes, Richard; Ahmeda, Adham; Edge, Tony; Zhang, Haifei (2014): Nüvə–qabıq quruluşlu hissəciklər: hazırlanması, əsas prinsipləri və yüksək effektivlikli maye xromatoqrafiyasında tətbiqləri. J. Chromatogr. A 1357, 2014. 36–52.
- Sharma, S.D.; Singh, Shailandra (2013): Silisium dioksid üzərində yüksək effektivlikli nanosulfatlaşdırılmış sirkonium dioksidin sintezi və xarakteristikalarının müəyyən edilməsi: ultrasəs şüalandırılması ilə nüvə–qabıq quruluşlu katalizator. American Journal of Chemistry 3(4), 2013. 96–104