Ultralydpartikelmodifikation for HPLC-kolonner
- Udfordringerne i HPLC er en hurtig og effektiv adskillelse til en lang række prøver.
- Lydbehandling gør det muligt at ændre og funktionalisere nanopartikler, f.eks silica eller zirkoner mikrosfærer.
- Ultralydbehandling er en meget vellykket teknik til at syntetisere core-shell silicapartikler, især til HPLC-søjler.
Ultrasonic Modifikation af silicapartikler
Partikelstruktur og partikelstørrelse samt porestørrelse og pumpetryk er de vigtigste parametre, der påvirker HPLC-analyse.
Fleste HPLC-systemer kører med den aktive stationær fase fastgjort til ydersiden af små sfæriske silicapartikler. Partiklerne er meget små perler i mikro- og nano-området. De partikler af perlerne varierer, men en partikelstørrelse på ca.. 5 nm er mest almindelig. Mindre partikler giver et større overfladeareal og en bedre adskillelse, men det nødvendige tryk for optimale lineære hastighed stiger med den inverse af partikeldiameteren potens. Dette betyder, at anvendelse af partikler af halv størrelse og på samme kolonne størrelse, fordobler ydeevne, men samtidig nødvendigt tryk firedoblet.
Power ultralyd er en velkendt og gennemprøvet værktøj til ændring / funktionalisering og dispersion af mikro- og nanopartikler, såsom silica. På grund af sin ensartede og meget pålidelige resultater i partikel behandling, lydbehandling er den foretrukne metode til produktion af funktionaliserede partikler (fx kerne-skal-partikler). Power ultralyd skaber vibrationer, kavitation og inducerer energi til sonochemical reaktioner. Deraf, er high-power ultrasonicators held anvendt til partikel behandlinger, herunder funktionalisering / modifikation, neddeling & spredning samt for syntese (F.eks Sol-gel Routes).
Fordele ved ultralyd partikel modifikation / funktionalisering
- nem kontrol over partikelstørrelse og modifikation
- fuld kontrol over de procesparametre
- lineær skalerbarhed
- gældende fra meget små til meget store mængder
- sikker, bruger- & miljøvenligt
HPLC-søjler er for det meste pakket med silica
Industriel ultralyds-system til inline processer
Ultrasonic Fremstilling af kerne-skal silicapartikler
Kerne-skal silicapartikler (Fast kerne med porøs skal eller overfladisk porøs) er blevet mere og mere anvendt til højeffektive adskillelse med hurtig strømningshastighed og relativt lavt modtryk. Fordelene ligger i deres faste kerne og porøs skal: Den komplette kerne-skal-partikel danner en større partikel og gør det muligt at drive HPLC ved et lavere modtryk mens porøs skal og lille fast kerne selv tilvejebringe en større overfladeareal til separation behandle. Fordelene ved at bruge kerneskalpartikler som pakkemateriale for HPLC-søjler er, at de mindre porevolumen reducerer foreliggende volumen for en udvidelse af langsgående diffusion. Partikelstørrelse og tykkelsen af det porøs skal have direkte indflydelse på parametre separations-. (Jf Hayes et al. 2014)
De hyppigst anvendte emballage til pakkede HPLC-søjler er konventionelle silicamikrosfærer. Kerne-skal-partikler, der anvendes til kromatografi er sædvanligvis fremstillet af silica også, men med en fast kerne og en porøs skal. Kerne-skal silicapartikler som anvendes til kromatografiske anvendelser er også kendt som kondenseret-kerne, fast kerne eller overfladisk porøse partikler.
silicageler kan syntetiseres via sonochemical sol-gel rute. Silicageler er det mest brugte tyndt lag til separation af aktive stoffer via tyndtlagskromatografi (TLC).
Klik her for at lære mere om den sonochemical rute til sol-gel processer!
Den ultrasoniske syntese (sono-syntese) kan let anvendes til syntese af andre silicaunderstøttede metaller eller metaloxider, såsom TiO2/ SiO2, CuO / SiO2, Pt / SiO2, Au / SiO2 og mange andre, og bruges ikke kun til silica modifikation for kromatografiske patroner, men også for forskellige industrielle katalytiske reaktioner.
Ultralyd Dispersion
En fin størrelse dispersion og deagglomeration af partikler er særligt vigtigt at opnå den fulde ydelse af materialet. Således for højtydende separation monodispers silicapartikler med mindre diametre anvendes som pakning partikler. Lydbehandling har vist sig at være mere effektiv i spredning af silica end andre højforskydningsblanding metoder.
Plottet nedenfor viser resultatet af ultralyd spredning af pyrogen silica i vand. Målingerne blev opnået ved anvendelse af en Malvern Mastersizer 2000.
Før og efter sonikering: Den grønne kurve viser partikelstørrelsesfordelingen før lydbehandling, den røde kurve er partikelstørrelsesfordelingen af ultrasonisk dispergeret silica.
Klik her for at læse mere om ultralyd forstøvning af Silica (SiO2)!
Ultrasonic dispergeringsapparat UIP1500hdT (1500W)
Litteratur / Referencer
- Czaplicki, nytårsaften (2013): Chromatografi i Bioaktivitet Analyse af forbindelser. I: søjlekromatografi, Dr. Dean Martin (red.), Intech, DOI: 10,5772 / 55.620.
- Hayes, Richard; Ahmeda, Adham; Edge, Tony; Zhang, Haifei (2014): Kerne-skal-partikler: Forberedelse, fundamentals og anvendelser i højtryksvæskekromatografi. J. Chromatogr. En 1357, 2014. 36-52.
- Kshrm, Skdi.; Singh, Kshalndra (2013): Syntese og karakterisering af stærkt effektiv Nano Sulfateret Zirconia over silica: Kerne-Shell katalysator ved ultralydsbestråling. American Journal of Chemistry 3 (4), 2013. 96-104
Fakta Værd at vide
Om HPLC
Kromatografi kan beskrives som en masseoverføringsproces, der involverer adsorption. Højytende væskekromatografi (tidligere kendt som højtryksvæskekromatografi) er en analyseteknik, ved hvilken hver bestanddel af en blanding kan separeres, identificeres og kvantificeres. Alternativt fremstilles præparativ skalachromatografi til rensning af store partier materiale på produktionsskala. Typiske analyter er organiske molekyler, biomolekyler, ioner og polymerer.
Princippet om HPLC-separation afhænger af en mobil fase (vand, organiske opløsningsmidler mv), der føres gennem en stationær fase (partikelformige silica-pakninger, monolitter etc.) i en søjle. Dette betyder, at et trykvæskeformigt opløsningsmiddel, der indeholder de opløste forbindelser (prøveopløsning), pumpes gennem en søjle fyldt med et fast adsorbentmateriale (fx modificerede silica-partikler). Da hver komponent i prøven interagerer lidt anderledes med adsorbensmaterialet, varierer strømningshastighederne for de forskellige komponenter og fører derved til adskillelsen af komponenterne, når de strømmer ud af søjlen. Sammensætning og temperatur i den mobile fase er meget vigtige parametre for separationsprocessen, som påvirker interaktionerne, der sker mellem prøvekomponenter og adsorbent. Adskillelsen er baseret på fordelingen af forbindelserne mod stationær og mobil fase.
Analyseresultaterne for HPLC visualiseres som et kromatogram. Et chromatogram er et todimensionalt diagram med ordinaten (y-aksen), hvilket giver koncentrationen udtrykt i detektorrespons og abscissen (x-aksen) repræsenterer tiden.
Silica Partikler for Packed Patroner
Silikapartikler til kromatografiske anvendelser er baseret på syntetiske silica-polymerer. For det meste er de fremstillet af tetraethoxysilan, der delvist hydrolyseres til polyethoxysiloxaner for at danne en viskøs væske, som kan emulgeres i en ethanol-vandblanding under kontinuerlig sonikering. Ultralydsrøringen skaber sfæriske partikler, der omdannes til silicagelrogeler gennem en katalytisk induceret hydrolytisk kondensation (kendt som 'Unger' -metoden). Den hydrolytiske kondensation forårsager omfattende tværbinding via overfladesilanolaniet. Herefter calcineres hydrogelkuglerne for at fremstille en xerogel. Partikelstørrelsen og porestørrelsen af det højt porøse silica xerogel (Sol-gel) Påvirkes af pH-værdien, temperaturen, brugt katalysator og opløsningsmidler, samt koncentrationen silicasolen.
Ikke-porøst vs, porøse partikler
Både ikke-porøse og porøse silica-mikrosfærer anvendes som stationær fase i HPLC-søjler. For små ikke-porøse partikler forekommer adskillelsen på partikeloverfladen, og båndbredning afbodes på grund af den korte diffusionsvej, hvorved der sker en hurtigere masseoverførsel. Det lave overfladeareal resulterer imidlertid i mere upræcise resultater, da retention, retentionstid, selektivitet og derfor opløsning er begrænsede. Lastkapaciteten er også en kritisk faktor. Porøse silica-mikrosfærer tilvejebringer foruden partikeloverfladen poreoverfladen, som giver mere kontaktareal til at interagere med analyter. For at sikre tilstrækkelig massetransport under væskefaseparation 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 separation.