Ultrazvuková modifikace částic pro HPLC kolony
Výzvou při HPLC je rychlá a efektivní separace pro širokou škálu vzorků. Sonikace umožňuje modifikovat a funkcionalizovat nanočástice, např. mikrokuličky oxidu křemičitého nebo zirkonu. Ultrazvuku je velmi úspěšná technika syntézy částic oxidu křemičitého jádro-skořápka, zejména pro HPLC kolony.
Ultrazvuková modifikace částic oxidu křemičitého
Struktura částic a velikost částic, stejně jako velikost pórů a tlak čerpadla jsou nejdůležitějšími parametry ovlivňujícími HPLC analýzu.
Většina systémů HPLC pracuje s aktivní stacionární fází připojenou na vnější straně malých kulových částic oxidu křemičitého. Částice jsou velmi malé kuličky v mikro- a nano rozsahu. Velikosti částic kuliček se liší, ale nejběžnější je velikost částic přibližně 5 μm. Menší částice poskytují větší povrch a lepší separaci, ale tlak potřebný pro optimální lineární rychlost se zvyšuje o druhou mocninu průměru částice. To znamená, že použití částic poloviční velikosti a stejné velikosti kolony zdvojnásobí výkon, ale zároveň se potřebný tlak zčtyřnásobí.
Výkonový ultrazvuk je dobře známý a osvědčený nástroj pro modifikaci / funkcionalizaci a disperzi mikro- a nanočástic, jako je oxid křemičitý. Díky svým jednotným a vysoce spolehlivým výsledkům při zpracování částic je sonikace preferovanou metodou pro výrobu funkcionalizovaných částic (např. částic jádra-pláště). Výkonový ultrazvuk vytváří vibrace, kavitaci a indukuje energii pro sonochemické reakce. Tím se vysoce výkonné ultrasonicators úspěšně používají pro ošetření částic, včetně Funkcionalizace / modifikace, Zmenšení velikosti & disperze stejně jako pro nanočástice syntéza (např. Sol-gel trasy).
Výhody modifikace / funkcionalizace ultrazvukových částic
- Snadná kontrola nad velikostí a úpravou částic
- Plná kontrola nad parametry procesu
- Lineární škálovatelnost
- Použitelné od velmi malých až po velmi velké objemy
- Bezpečné, uživatelsky - & Šetrný k životnímu prostředí
Sonikátor typu sondy UP400St dispergace a funkcionalizace nanočástic oxidu křemičitého
Ultrazvuková příprava částic oxidu křemičitého Core-Shell
Částice oxidu křemičitého jádro-obal (plné jádro s porézním pláštěm nebo povrchově porézní) se stále častěji používají pro vysoce účinnou separaci s rychlým průtokem a relativně nízkým protitlakem. Výhody spočívají v jejich pevném jádru a porézním obalu: Celá částice jádro-obal tvoří větší částici a umožňuje provoz HPLC při nižším protitlaku, zatímco porézní obal a malé pevné jádro samy o sobě poskytují vyšší povrchovou plochu pro proces separace. Výhodou použití částic jádro-obal jako obalového materiálu pro HPLC kolony je, že menší objem pórů snižuje objem přítomný pro rozšíření z podélné difúze. Velikost částic a tloušťka porézního obalu mají přímý vliv na parametry separace. (srov. Hayes et al. 2014)
Nejčastěji používaným obalovým materiálem pro plněné HPLC kolony jsou konvenční křemičité mikrokuličky. Částice jádro-obal používané pro chromatografii jsou obvykle také vyrobeny z oxidu křemičitého, ale s pevným jádrem a porézním obalem. Částice oxidu křemičitého jádro-obal, které se používají pro chromatografické aplikace, jsou také známé jako částice s taveným jádrem, pevné jádro nebo povrchově porézní částice.
silikagely Může být syntetizován sonochemickou cestou Sol-Gel. Silikagely jsou nejčastěji používanou tenkou vrstvou pro separaci účinných látek pomocí tenkovrstvé chromatografie (TLC).
Klikněte zde a dozvíte se více o sonochemické cestě pro sol-gel procesy!
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.
Přečtěte si více o sonikátorech pro funkcionalizaci nanočástic pro HPLC kolony
Ultrazvuková disperze nanočástic
Jemná disperze a deaglomerace částic je zvláště důležitá pro dosažení plného výkonu materiálu. Pro vysoce výkonnou separaci se tedy jako obalové částice používají monodisperzní částice oxidu křemičitého s menšími průměry. Bylo prokázáno, že sonikace je účinnější při dispergaci oxidu křemičitého než jiné metody míchání s vysokým smykem.
Níže uvedený graf ukazuje výsledek ultrazvukové dispergace dýmavého oxidu křemičitého ve vodě. Měření byla získána pomocí přístroje Malvern Mastersizer 2000.
Před a po sonikaci: Zelená křivka ukazuje velikost částic před sonikací, červená křivka je distribuce velikosti částic ultrazvukem dispergovaného oxidu křemičitého.
Klikněte zde a přečtěte si více o ultrazvukové dispergaci oxidu křemičitého (SiO2)!
Lisování prášku pomocí ultrazvuku
Hustota prášku v HPLC kolonách je nezbytná pro dosažení vysoké účinnosti separace, stabilního výkonu kolony, konzistentních průtokových charakteristik, přesných retenčních časů, lepšího rozlišení a prodloužené životnosti kolony. Zajištění vhodné a rovnoměrné hustoty uspořádání je zásadní pro spolehlivý a efektivní provoz systémů HPLC. Ultrazvukové zhutňování prášku může pomoci efektivně plnit HPLC kolony a kazety s optimální hustotou prášku.
Zjistěte více o ultrazvukovém zhutňování prášku!
Průmyslové sonikátory pro vysokovýkonnou disperzi nanočástic
Fakta, která stojí za to vědět
Co je vysokoúčinná kapalinová chromatografie (HPLC)?
Chromatografii lze popsat jako proces přenosu hmoty zahrnující adsorpci. Vysokoúčinná kapalinová chromatografie (dříve známá také jako vysokotlaká kapalinová chromatografie) je analytická technika, pomocí které lze každou složku směsi oddělit, identifikovat a kvantifikovat. Alternativně chromatografie v preparativním měřítku používaná pro čištění velkých šarží materiálu ve výrobním měřítku. Typickými analyty jsou organické molekuly, biomolekuly, ionty a polymery.
Princip HPLC separace spočívá v tom, že mobilní fáze (voda, organická rozpouštědla atd.) prochází stacionární fází (částice oxidu křemičitého, monolity atd.) v koloně. To znamená, že kapalné rozpouštědlo pod tlakem, které obsahuje rozpuštěné sloučeniny (roztok vzorku), je čerpáno kolonou naplněnou pevným adsorpčním materiálem (např. modifikovanými částicemi oxidu křemičitého). Vzhledem k tomu, že každá složka ve vzorku interaguje s adsorpčním materiálem mírně odlišně, průtoky různých složek se liší, což vede k oddělení složek při jejich vytékání z kolony. Složení a teplota mobilní fáze jsou velmi důležitými parametry pro proces separace, které ovlivňují interakce, ke kterým dochází mezi složkami vzorku a adsorbentem. Separace je založena na rozdělení sloučenin na stacionární a mobilní fázi.
Výsledky analýzy HPLC jsou vizualizovány jako chromatogram. Chromatogram je dvourozměrný diagram, jehož souřadnice (osa y) udává koncentraci z hlediska odezvy detektoru a úsečka (osa x) představuje čas.
Částice oxidu křemičitého pro plněné kartuše
Částice oxidu křemičitého pro chromatografické aplikace jsou založeny na syntetických polymerech oxidu křemičitého. Většinou jsou vyrobeny z tetraethoxysilanu, který je částečně hydrolyzován na polyethoxysiloxany za vzniku viskózní kapaliny, kterou lze emulgovat ve směsi ethanolu a vody za kontinuální sonikace. Ultrazvukové míchání vytváří kulovité částice, které se přeměňují na silikahydrogely prostřednictvím katalyticky indukované hydrolytické kondenzace (známé jako metoda "Unger"). Hydrolytická kondenzace způsobuje rozsáhlé zesíťování prostřednictvím povrchových částic silanolu. Poté se hydrogelové kuličky kalcinují, aby se vytvořil xerogel. Velikost částic a pórů vysoce porézního xerogelu oxidu křemičitého (sol-gel) jsou ovlivněny hodnotou pH, teplotou, použitým katalyzátorem a rozpouštědly a také koncentrací solu oxidu křemičitého.
Neporézní vs. porézní částice
Neporézní i porézní mikrosféry oxidu křemičitého se používají jako stacionární fáze v HPLC kolonách. U malých neporézních částic dochází k separaci na povrchu částic a rozšíření pásu je zmírněno díky krátké difúzní dráze, čímž dochází k rychlejšímu přenosu hmoty. Nízký povrch však vede k nepřesnějším výsledkům, protože retence, retenční čas, selektivita a tím i rozlišení jsou omezené. Kritickým faktorem je také nosnost. Porézní mikrosféry oxidu křemičitého poskytují kromě povrchu částic navíc povrch pórů, který nabízí větší kontaktní plochu pro interakci s analyty. Aby byl zajištěn dostatečný transport hmoty během separace v kapalné fázi, musí mít velikost pórů větší než ∼7 nm. K oddělení velkých biomolekul je zapotřebí velikost pórů až 100 nm, aby se dosáhlo účinné separace.
Literatura/Odkazy
- Czaplicki, Sylwester (2013): Chromatografie v analýze bioaktivity látek. In: Sloupcová chromatografie, Dr. Dean Martin (Ed.), InTech, DOI: 10.5772/55620.
- Hayes, Richard; Ahmeda, Adham; Hrana, Tony; Zhang, Haifei (2014): Částice jádra-slupka: Příprava, základy a aplikace ve vysokoúčinné kapalinové chromatografii. J. Chromatogr. A 1357, 2014. 36–52.
- Sharma, S.D.; Singh, Shailandra (2013): Syntéza a charakterizace vysoce účinného nanosulfatovaného oxidu zirkoničitého nad oxidem křemičitým: Core-Shell katalyzátor ultrazvukovým ozařováním. Americký časopis chemie 3(4), 2013. 96-104