Ultralydspartikelmodifikation til HPLC-kolonner
Udfordringerne ved HPLC er en hurtig og effektiv separation af en lang række prøver. Sonikering gør det muligt at modificere og funktionalisere nanopartikler, f.eks. silica eller zirkonia mikrosfærer. Ultralydbehandling er en meget vellykket teknik til at syntetisere kerne-skal silicapartikler, især til HPLC-kolonner.
Ultralydsmodifikation af silicapartikler
Partikelstruktur og partikelstørrelse samt porestørrelse og pumpetryk er de vigtigste parametre, der påvirker HPLC-analysen.
De fleste HPLC-systemer kører med den aktive stationære fase fastgjort til ydersiden af små sfæriske silicapartikler. Partiklerne er meget små perler i mikro- og nanoområdet. Partikelstørrelserne på perlerne varierer, men en partikelstørrelse på ca. 5μm er mest almindelig. Mindre partikler giver et større overfladeareal og en bedre adskillelse, men det tryk, der kræves for optimal lineær hastighed, øges med det omvendte af partikeldiameteren i kvadrat. Det betyder, at brug af partikler af halv størrelse og ved samme søjlestørrelse fordobler ydeevnen, men samtidig firedobles det krævede tryk.
Power ultralyd er et velkendt og gennemprøvet værktøj til modifikation / funktionalisering og spredning af mikro- og nanopartikler såsom silica. På grund af dets ensartede og meget pålidelige resultater i partikelbehandling er sonikering den foretrukne metode til fremstilling af funktionaliserede partikler (f.eks. Kerne-skalpartikler). Power ultralyd skaber vibrationer, kavitation og inducerer energi til sonokemiske reaktioner. Derved bruges ultralydapparater med høj effekt med succes til partikelbehandlinger, herunder Funktionalisering / modifikation, Reduktion af størrelse & dispersion såvel som for nanopartikler syntese (f.eks. Sol-Gel ruter).
Fordele ved ultralydspartikelmodifikation / funktionalisering
- Nem kontrol over partikelstørrelse og ændring
- Fuld kontrol over procesparametrene
- lineær skalerbarhed
- Kan anvendes fra meget små til meget store mængder
- sikker, bruger- & miljøvenlig
Sonde-type soniker UP400St Dispersion og funktionalisering af silica nanopartikler
Ultralydsforberedelse af kerne-skal silicapartikler
Kerne-skal silicapartikler (fast kerne med porøs skal eller overfladisk porøs) er i stigende grad blevet brugt til højeffektiv separation med hurtig strømningshastighed og relativt lavt modtryk. Fordelene ligger i deres faste kerne og den porøse skal: Den komplette kerneskalpartikel danner en større partikel og gør det muligt at betjene HPLC ved et lavere modtryk, mens den porøse skal og den lille faste kerne i sig selv giver et højere overfladeareal til separationsprocessen. Fordelene ved at bruge kerne-skal-partikler som emballagemateriale til HPLC-kolonner er, at det mindre porevolumen reducerer det volumen, der er til stede for udvidelse fra langsgående diffusion. Partikelstørrelse og tykkelsen af den porøse skal har direkte indflydelse på separationsparametrene. (jf. Hayes et al. 2014)
De hyppigst anvendte emballagematerialer til pakkede HPLC-kolonner er konventionelle silicamikrosfærer. De kerne-skalpartikler, der bruges til kromatografi, er normalt også lavet af silica, men med en solid kerne og en porøs skal. Kerne-skal silicapartikler, der bruges til kromatografiske applikationer, er også kendt som smeltet kerne, fast kerne eller overfladisk porøse partikler.
silica geler Kan syntetiseres via sonokemisk sol-gel-rute. Silicageler er det hyppigst anvendte tynde lag til adskillelse af aktive stoffer via tyndlagskromatografi (TLC).
Klik her for at lære mere om den sonokemiske rute for sol-gel-processer!
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.
Læs mere om sonikere til nanopartikelfunktionalisering til HPLC-kolonner
Ultralydsspredning af nanopartikler
En fin dispersion og deagglomerering af partikler er særlig vigtig for at opnå materialets fulde ydeevne. Til højtydende adskillelse anvendes monodisperse silicapartikler med mindre diametre som pakningspartikler. Sonikering har vist sig at være mere effektiv til dispergering af silica end andre blandingsmetoder med høj forskydning.
Plottet nedenfor viser resultatet af ultralydsdispergering af røget silica i vand. Målingerne blev opnået ved hjælp af en Malvern Mastersizer 2000.
Før og efter sonikering: Den grønne kurve viser partikelstørrelsen før sonikering, den røde kurve er partikelstørrelsesfordelingen af ultralydsdispergeret silica.
Klik her for at læse mere om ultralydsdispergering af silica (SiO2)!
Pulverkomprimering ved hjælp af sonikering
Pulvertæthed i HPLC-kolonner er afgørende for at opnå høj separationseffektivitet, stabil kolonneydelse, ensartede flowegenskaber, nøjagtige retentionstider, forbedret opløsning og forlænget kolonnelevetid. Sikring af en passende og ensartet pakningstæthed er afgørende for pålidelig og effektiv drift af HPLC-systemer. Ultralydspulverkomprimering kan hjælpe med at fylde HPLC-kolonner og patroner effektivt med optimal pulvertæthed.
Lær mere om ultralydspulverkomprimering!
Industrielle sonikere til spredning af nanopartikler med høj kapacitet
Fakta, der er værd at vide
Hvad er højtydende væskekromatografi (HPLC)?
Kromatografi kan beskrives som en masseoverførselsproces, der involverer adsorption. Højtydende væskekromatografi (tidligere også kendt som højtryksvæskekromatografi) er en analyseteknik, hvormed hver komponent i en blanding kan adskilles, identificeres og kvantificeres. Alternativt præparativ skalakromatografi brugt til rensning af store partier af materiale i produktionsskala. Typiske analytter er organiske molekyler, biomolekyler, ioner og polymerer.
Princippet om HPLC-separation er afhængig af, at en mobil fase (vand, organiske opløsningsmidler osv.) føres gennem en stationær fase (partikelformede silicapakninger, monolitter osv.) i en kolonne. Det betyder, at et flydende opløsningsmiddel under tryk, som indeholder de opløste forbindelser (prøveopløsning), pumpes gennem en kolonne fyldt med et fast adsorberende materiale (f.eks. modificerede silicapartikler). Da hver komponent i prøven vekselvirker lidt forskelligt med det adsorberende materiale, varierer strømningshastighederne for de forskellige komponenter og fører derved til adskillelse af komponenterne, når de strømmer ud af kolonnen. Sammensætning og temperatur af den mobile fase er meget vigtige parametre for separationsprocessen, der påvirker de interaktioner, der sker mellem prøvekomponenter og adsorbent. Adskillelsen er baseret på opdelingen af forbindelserne mod stationær og mobil fase.
Analyseresultaterne af HPLC visualiseres som et kromatogram. Et kromatogram er et todimensionelt diagram, hvor ordinatet (y-aksen) giver koncentration i form af detektorrespons, og abscissa (x-aksen) repræsenterer tiden.
Silicapartikler til pakkede patroner
Silicapartikler til kromatografiske anvendelser er baseret på syntetiske silicapolymerer. For det meste er de fremstillet af tetraethoxysilan, som er delvist hydrolyseret til polyethoxysiloxaner for at danne en tyktflydende væske, der kan emulgeres i en ethanolvandblanding under kontinuerlig sonikering. Ultralydsomrørningen skaber sfæriske partikler, som omdannes til silicahydrogeler gennem en katalytisk induceret hydrolytisk kondensation (kendt som 'Unger' -metoden). Den hydrolytiske kondensation forårsager omfattende tværbinding via overfladesilanolarterne. Bagefter kalcineres hydrogelkuglerne for at producere en xerogel. Partikelstørrelsen og porestørrelsen af den meget porøse silicaxerogel (Sol-gel) påvirkes af pH-værdien, temperaturen, den anvendte katalysator og opløsningsmidler samt silicasolkoncentrationen.
Ikke-porøse vs porøse partikler
Både ikke-porøse og porøse silicamikrosfærer bruges som stationær fase i HPLC-kolonner. For små ikke-porøse partikler sker adskillelsen på partikeloverfladen, og båndudvidelsen lindres på grund af den korte diffusionsvej, hvorved der sker en hurtigere masseoverførsel. Det lave overfladeareal resulterer dog i mere upræcise resultater, da retention, retentionstid, selektivitet og dermed opløsning er begrænset. Lastekapaciteten er også en kritisk faktor. Porøse silica-mikrosfærer giver udover partikeloverfladen desuden poreoverfladen, som giver mere kontaktflade til at interagere med analytter. For at sikre tilstrækkelig massetransport under væskefaseseparation skal porestørrelser have en størrelse på mere end ∼7 nm. For at adskille store biomolekyler kræves porestørrelser på op til 100 nm for at opnå en effektiv adskillelse.
Litteratur/Referencer
- Czaplicki, Sylwester (2013): Kromatografi i bioaktivitetsanalyse af forbindelser. I: Kolonnekromatografi, Dr. Dean Martin (red.), InTech, DOI: 10.5772/55620.
- Hayes, Richard; Ahmeda, Adham; Edge, Tony; Zhang, Haifei (2014): Kerne-skalpartikler: Forberedelse, grundlæggende og anvendelser inden for højtydende væskekromatografi. J. Kromatogr. A 1357, 2014. 36–52.
- Sharma, S.D.; Singh, Shailandra (2013): Syntese og karakterisering af meget effektiv nanosulfateret zirconia over silica: Core-Shell katalysator ved ultralydsbestråling. Amerikansk tidsskrift for kemi 3(4), 2013. 96-104