Ultrazvučna funkcionalizacija nanočestica za HPLC kolone
Tečna hromatografija visokih performansi (HPLC) je ključna tehnologija za odvajanje i analizu složenih smeša, koja je kamen temeljac u oblastima kao što su farmacija, biohemija i nauke o životnoj sredini. Kritični faktor u efikasnosti HPLC leži u dizajnu i funkcionalizaciji njegove stacionarne faze, često sastavljene od silicijum dioksida ili nanočestica jezgro-ljuska. Ultrazvučna funkcionalizacija čestica pomoću sonikatora tipa Hielscher sonde nudi neusporedivu efikasnost, skalabilnost i preciznost u sintezi i modifikaciji nanočestica.
Nanočestice silicijum dioksida: okosnica HPLC kolona
Nanočestice silicijum dioksida poznate su po svojoj velikoj površini, mehaničkoj čvrstoći i hemijskoj svestranosti. Njihova površina je bogata silanolnim grupama, koje se mogu kemijski modificirati kako bi se stvorile različite stacionarne faze prilagođene specifičnim separacijama. Ujednačenost veličine čestica i strukture pora je ključna za visoku efikasnost kolone i rezoluciju.
Međutim, izazov u sintezi i funkcionalizaciji nanočestica silicijum dioksida leži u postizanju ujednačene disperzije i precizne kontrole nad modifikacijom površine. Aglomeracija tokom procesa sinteze ili oblaganja može ugroziti performanse kolone. Ovdje ultrazvučne tehnologije, posebno sonikatori tipa sonde, postaju nezamjenjivi.
sonicator UIP2000hdT za industrijsku sintezu nanočestica silicijum dioksida i nanočestica jezgra-ljuska.
Nanočestice Core-Shell: Sljedeća generacija
Nanočestice jezgro-ljuska, sa čvrstim jezgrom i poroznim omotačem, kombinuju prednosti velike površine silicijum dioksida sa smanjenom dužinom puta difuzije manjih čestica. Ovaj dizajn minimizira širenje vrha i povratni pritisak, što ih čini idealnim za tečnu hromatografiju ultra visokih performansi (UHPLC). Funkcionalizacija ovih sofisticiranih struktura zahtijeva napredne tehnike kako bi se osigurala uniformnost i stabilnost. Sonikacija je idealan alat za funkcionalizaciju čestice jezgre funkcionalnom ljuskom. Uobičajeni tip čestica jezgro-ljuska su mezoporozne čestice.
Mezoporozne čestice silicijum-dioksida putem ultrazvuka
Ultrazvučna sinteza mezoporoznih čestica silicijum-dioksida je revolucionarna inovacija u razvoju naprednih materijala za HPLC kolone. Ove čestice su jedinstveno dizajnirane sa čvrstim jezgrom okruženim poroznim omotačem, strukturom koja premošćuje jaz između neporoznih i potpuno poroznih materijala. Porozna ljuska služi kao aktivni odvajajući sloj, olakšavajući brzu interakciju analita dok značajno skraćuje puteve difuzije unutar stacionarne faze. Ova strukturna optimizacija minimizira mrtvi volumen i poboljšava efikasnost prijenosa mase, što rezultira bržim odvajanjem i poboljšanom rezolucijom. Sonikacija igra ključnu ulogu u ovom procesu sinteze, koristeći sile kavitacije kako bi se osiguralo ujednačeno formiranje pora, precizna kontrola debljine ljuske i ujednačena disperzija. Ultrazvučna obrada omogućava pouzdanu proizvodnju visoko konzistentnih mezoporoznih čestica silicijum dioksida prilagođenih zahtjevnim zahtjevima hromatografije visokih performansi.
Industrijski sonikator UIP16000 (16kW) se obično koristi za sintezu i funkcionalizaciju nanočestica.
Uloga sonikacije u funkcionalizaciji nanočestica
Ultrazvučni sonikatori tipa sonde, poput onih koje je razvio Hielscher Ultrasonics, koriste visokofrekventne zvučne valove da izazovu kavitaciju u tekućim medijima. Ovaj proces stvara mikroskopske mehuriće koji implodiraju ogromnom energijom, stvarajući lokalizovana žarišta visoke temperature i pritiska. Ovaj jedinstveni fenomen pruža nekoliko prednosti u sintezi i funkcionalizaciji nanočestica:
- Efikasna disperzija: Ultrazvučna kavitacija razgrađuje aglomerate i osigurava homogenu suspenziju nanočestica. Ova uniformna disperzija je kritična za precizno oblaganje ili funkcionalizaciju nanočestica.
- Poboljšana kinetika reakcije: Intenzivna energija oslobođena tokom kavitacije ubrzava hemijske reakcije, smanjujući vreme obrade za korake funkcionalizacije, kao što je silanizacija ili vezivanje liganda.
- Skalabilnost i reproduktivnost: Sonikatori tipa Hielscher sonde su skalabilni od laboratorijskih do industrijskih nivoa, osiguravajući da se funkcionalizirane nanočestice mogu proizvoditi dosljedno u velikim količinama.
- Ekološki prihvatljiv proces: Ultrazvučna obrada često zahtijeva manje kemijskih reagensa i niže temperature, u skladu s principima zelene kemije.
Industrijska sinteza s Hielscher Sonicatorima
Hielscher Ultrasonics je vodeći proizvođač industrijskih sonikacionih sistema koji mogu proizvesti funkcionalizirane nanočestice u velikim količinama bez ugrožavanja kvalitete. Njemački inženjering i standardi kvaliteta čine Hielscher sonikatore poželjnim sustavima u istraživanju i industriji. Ključne karakteristike Hielscher sonikatora uključuju:
- Kontrolisana amplituda: Omogućava preciznu kontrolu nad intenzitetom kavitacije, omogućavajući fino podešavanje veličine nanočestica i svojstava površine.
- Reaktori s kontinuiranim protokom: Omogućite proizvodnju velikih razmjera uz dosljedan kvalitet.
- Integrirano praćenje: Napredni sistemi nude praćenje temperature, pritiska i energije u realnom vremenu kako bi se optimizirali procesi i osigurala ponovljivost. Automatsko snimanje podataka kao CSV datoteke omogućava izuzetnu konzistentnost i olakšava proizvodnju prema kriterijumima trenutne dobre proizvodne prakse (cGMP).
- visoka efikasnost
- najsavremenija tehnologija
- pouzdanost & robusnost
- podesiva, precizna kontrola procesa
- serija & U redu
- za bilo koju zapreminu
- inteligentni softver
- pametne funkcije (npr. programiranje, protokoliranje podataka, daljinsko upravljanje)
- jednostavan i siguran za rad
- nisko održavanje
- CIP (čišćenje na mjestu) Proizvedeno u Njemačkoj
Dizajn, proizvodnja i konsalting – Kvaliteta Made in Germany
Hielscher ultrasonicatori su poznati po najvišoj kvaliteti i standardima dizajna. Robusnost i jednostavan rad omogućavaju nesmetanu integraciju naših ultrazvučnih aparata u industrijske objekte. Hielscher ultrasonikatori lako se nose sa teškim uslovima i zahtevnim okruženjima.
Hielscher Ultrasonics je ISO sertifikovana kompanija i stavlja poseban naglasak na ultrazvučne aparate visokih performansi koji se odlikuju najsavremenijom tehnologijom i lakoćom korišćenja. Naravno, Hielscher ultrasonikatori su usklađeni sa CE i ispunjavaju zahtjeve UL, CSA i RoH.
Tabela ispod daje vam indikaciju približnih kapaciteta obrade naših ultrazvučnih aparata:
| Batch Volume | Flow Rate | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 0.5 do 1.5 mL | N / A | VialTweeter |
| 1 do 500 ml | 10 do 200 ml/min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10 l/min | UIP4000hdT |
| 15 do 150L | 3 do 15 l/min | UIP6000hdT |
| N / A | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| N / A | veći | klaster of UIP16000 |
Primjena u HPLC kolonama
Upotreba ultrazvučno funkcionaliziranog silicijum dioksida i nanočestica jezgra-ljuska u HPLC kolonama dovela je do značajnih poboljšanja performansi:
- Poboljšana rezolucija: Ujednačeno funkcionalizirane nanočestice smanjuju širenje pojasa, povećavajući efikasnost razdvajanja.
- Veća propusnost: Kolone prepune ultrazvučno obrađenih nanočestica pokazuju smanjeni protivpritisak, omogućavajući brže protoke.
- Prilagodljiva selektivnost: Precizna funkcionalizacija omogućava prilagođene interakcije između stacionarne faze i analita, proširujući raspon primjena.
Sonikator tipa sonde UP400St za dispergiranje i funkcionalizaciju nanočestica silicijum dioksida
Literatura / Reference
- Charlie Tobias, Estela Climent, Kornelia Gawlitza, Knut Rurack (2021): Polystyrene Microparticles with Convergently Grown Mesoporous Silica Shells as a Promising Tool for Multiplexed Bioanalytical Assays.
ACS Applied Materials & Interfaces 2021 13 (1), 207-218. - Sharma, S.D.; Singh, S. (2013): Synthesis and Characterization of Highly Effective Nano Sulfated Zirconia over Silica: Core-Shell Catalyst by Ultrasonic Irradiation. American Journal of Chemistry 2013, 3(4): 96-104.
- Andrew P. Cádiz Bedini, Benjamin Klingebiel, Martina Luysberg, Reinhard Carius (2017): Sonochemical synthesis of hydrogenated amorphous silicon nanoparticles from liquid trisilane at ambient temperature and pressure. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 39, 2017. 883-888.
- Spitzmüller, L., Nitschke, F., Rudolph, B. et al. (2023): Dissolution control and stability improvement of silica nanoparticles in aqueous media. Journal of Nanoparticle Research 25, 40; 2023.
- Florian Guignard, Marco Lattuada (2015): Template-Assisted Synthesis of Janus Silica Nanobowls. Langmuir 31 (16), 2015. 4635-4643.
Često Postavljena Pitanja
Šta je silika?
Silicijum, ili silicijum dioksid (SiO₂), je prirodno jedinjenje napravljeno od silicija i kiseonika, a nalazi se u kvarcu, pesku i raznim mineralima. Široko se koristi u industriji zbog svojih svojstava tvrdog, hemijski stabilnog materijala i neophodan je u proizvodnji stakla, elektronici i građevinarstvu. Silicijum takođe postoji u biološkim sistemima i igra ulogu u strukturi biljaka.
Šta je nano-silika?
Nano-silicijum je ultrafin oblik silicijum dioksida sa veličinom čestica obično ispod 100 nanometara. Pokazuje jedinstvena svojstva, kao što su velika površina, poboljšana reaktivnost i poboljšana mehanička i termička stabilnost, u poređenju sa masivnim silicijumom. Ove karakteristike čine nano-silicijum vrednim u primenama kao što su armiranje betona, premazi, sistemi za isporuku lekova i kao punilo u polimerima i kompozitima.
Šta je HPLC?
Tečna hromatografija visokih performansi (HPLC) je analitička tehnika koja se koristi za odvajanje, identifikaciju i kvantifikaciju komponenti u smeši. To uključuje propuštanje tečnog uzorka kroz kolonu napunjenu stacionarnom fazom pod visokim pritiskom. Različita jedinjenja u uzorku stupaju u interakciju sa stacionarnom fazom u različitom stepenu, uzrokujući da eluiraju u različito vreme, što omogućava njihovu detekciju i analizu. HPLC se široko koristi u farmaciji, ispitivanju životne sredine i biohemiji zbog svoje preciznosti i svestranosti.
Čime su punjene HPLC kolone?
HPLC kolone se obično pune stacionarnom fazom napravljenom od malih, poroznih čestica, najčešće materijala na bazi silicijum dioksida. Ove čestice su često hemijski modifikovane funkcionalnim grupama, kao što je C18 (oktadecil) za hromatografiju reverzne faze ili druge polarne grupe za hromatografiju normalne faze. Izbor stacionarne faze zavisi od zahteva za odvajanjem, kao što su priroda analita i sastav mobilne faze.
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi lab to industrijska veličina.