Τροποποίηση σωματιδίων υπερήχων για στήλες HPLC
Οι προκλήσεις στην HPLC είναι ο γρήγορος και αποτελεσματικός διαχωρισμός για ένα ευρύ φάσμα δειγμάτων. Κατεργασία με υπερήχους επιτρέπει την τροποποίηση και τη λειτουργικότητα νανοσωματιδίων, π.χ. μικροσφαιρίδια πυριτίου ή ζιρκονίας. Υπερήχους είναι μια πολύ επιτυχημένη τεχνική για να συνθέσει πυρήνα-κέλυφος σωματίδια πυριτίου, ιδιαίτερα για στήλες HPLC.
Υπερήχων τροποποίηση των σωματιδίων πυριτίου
Η δομή των σωματιδίων και το μέγεθος των σωματιδίων, καθώς και το μέγεθος των πόρων και η πίεση της αντλίας είναι οι σημαντικότερες παράμετροι που επηρεάζουν την ανάλυση HPLC.
Τα περισσότερα συστήματα HPLC λειτουργούν με την ενεργή στατική φάση συνδεδεμένη στο εξωτερικό μικρών σφαιρικών σωματιδίων διοξειδίου του πυριτίου. Τα σωματίδια είναι πολύ μικρές χάντρες στο μικρο- και νανο-εύρος. Τα μεγέθη σωματιδίων των σφαιριδίων ποικίλλουν, αλλά ένα μέγεθος σωματιδίων περίπου 5μm είναι πιο κοινό. Τα μικρότερα σωματίδια παρέχουν μεγαλύτερη επιφάνεια και καλύτερο διαχωρισμό, αλλά η πίεση που απαιτείται για βέλτιστη γραμμική ταχύτητα αυξάνεται από το αντίστροφο της διαμέτρου σωματιδίων στο τετράγωνο. Αυτό σημαίνει ότι η χρήση σωματιδίων μισού μεγέθους και στο ίδιο μέγεθος στήλης, διπλασιάζει την απόδοση, αλλά ταυτόχρονα η απαιτούμενη πίεση τετραπλασιάζεται.
Ισχύς υπερήχων είναι ένα πολύ γνωστό και αποδεδειγμένο εργαλείο για την τροποποίηση / λειτουργικότητα και διασπορά των μικρο- και νανο-σωματιδίων όπως το διοξείδιο του πυριτίου. Λόγω των ομοιόμορφων και εξαιρετικά αξιόπιστων αποτελεσμάτων της στην επεξεργασία σωματιδίων, η υπερήχηση είναι η προτιμώμενη μέθοδος για την παραγωγή λειτουργικών σωματιδίων (π.χ. σωματίδια πυρήνα-κελύφους). Ο υπερηχογράφος ισχύος δημιουργεί κραδασμούς, σπηλαίωση και επάγει ενέργεια για sonochemical αντιδράσεις. Με αυτόν τον τρόπο, υπερήχων υψηλής ισχύος χρησιμοποιούνται με επιτυχία για επεξεργασίες σωματιδίων, συμπεριλαμβανομένων Λειτουργικότητα / Τροποποίηση, Μείωση μεγέθους & διασπορά καθώς και για νανοσωματίδια σύνθεση (π.χ. Διαδρομές Sol-Gel).
Πλεονεκτήματα της τροποποίησης / λειτουργικότητας σωματιδίων υπερήχων
- εύκολος έλεγχος του μεγέθους και της τροποποίησης των σωματιδίων
- Πλήρης έλεγχος των παραμέτρων της διαδικασίας
- γραμμική επεκτασιμότητα
- Εφαρμόζεται από πολύ μικρούς έως πολύ μεγάλους όγκους
- ασφαλής, χρήστης- & φιλικό προς το περιβάλλον
Υπερήχων τύπου καθετήρα UP400St διασπορά και λειτουργικότητα νανοσωματιδίων διοξειδίου του πυριτίου
Υπερήχων προετοιμασία σωματιδίων πυριτίου πυρήνα-κελύφους
Σωματίδια πυριτίου πυρήνα-κελύφους (στερεός πυρήνας με πορώδες κέλυφος ή επιφανειακά πορώδης) χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο για εξαιρετικά αποτελεσματικό διαχωρισμό με γρήγορο ρυθμό ροής και σχετικά χαμηλή αντίθλιψη. Τα πλεονεκτήματα έγκεινται στον στερεό πυρήνα τους και στο πορώδες κέλυφος: Το πλήρες σωματίδιο πυρήνα-κελύφους σχηματίζει ένα μεγαλύτερο σωματίδιο και επιτρέπει τη λειτουργία του HPLC σε χαμηλότερη αντίθλιψη, ενώ το πορώδες κέλυφος και ο μικρός στερεός πυρήνας παρέχουν μεγαλύτερη επιφάνεια για τη διαδικασία διαχωρισμού. Τα οφέλη από τη χρήση σωματιδίων πυρήνα-κελύφους ως υλικού συσκευασίας για στήλες HPLC είναι ότι ο μικρότερος όγκος πόρων μειώνει τον όγκο που υπάρχει για διεύρυνση από τη διαμήκη διάχυση. Το μέγεθος των σωματιδίων και το πάχος του πορώδους κελύφους έχουν άμεση επίδραση στις παραμέτρους διαχωρισμού. (πρβλ. Hayes et al. 2014)
Τα συχνότερα χρησιμοποιούμενα υλικά συσκευασίας για συσκευασμένες στήλες HPLC είναι τα συμβατικά μικροσφαιρίδια διοξειδίου του πυριτίου. Τα σωματίδια πυρήνα-κελύφους που χρησιμοποιούνται για τη χρωματογραφία είναι συνήθως κατασκευασμένα και από διοξείδιο του πυριτίου, αλλά με συμπαγή πυρήνα και πορώδες κέλυφος. Τα σωματίδια πυριτίου πυρήνα-κελύφους που χρησιμοποιούνται για χρωματογραφικές εφαρμογές είναι επίσης γνωστά ως συντηγμένα πυρήνες, στερεά σωματίδια ή επιφανειακά πορώδη.
πηκτές πυριτίου μπορεί να συντεθεί μέσω της οδού sonochemical sol-gel. Οι πηκτές διοξειδίου του πυριτίου είναι η συχνότερα χρησιμοποιούμενη λεπτή στιβάδα για τον διαχωρισμό δραστικών ουσιών μέσω χρωματογραφίας λεπτής στιβάδας (TLC).
Κάντε κλικ εδώ για να μάθετε περισσότερα σχετικά με τη sonochemical οδό για τις διεργασίες sol-gel!
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.
Διαβάστε περισσότερα σχετικά με τους υπερήχους για τη λειτουργικότητα νανοσωματιδίων για στήλες HPLC
Υπερήχων διασπορά νανοσωματιδίων
Μια διασπορά και αποσυσσωμάτωση σωματιδίων λεπτού μεγέθους είναι ιδιαίτερα σημαντική για την επίτευξη της πλήρους απόδοσης του υλικού. Έτσι, για διαχωρισμό υψηλής απόδοσης χρησιμοποιούνται μονοδιασπαρμένα σωματίδια διοξειδίου του πυριτίου με μικρότερες διαμέτρους ως σωματίδια συσκευασίας. Κατεργασία με υπερήχους έχει αποδειχθεί ότι είναι πιο αποτελεσματική στη διασπορά του πυριτίου από άλλες μεθόδους ανάμειξης υψηλής διάτμησης.
Η παρακάτω γραφική παράσταση δείχνει το αποτέλεσμα της υπερηχητικής διασποράς καπνισμένου διοξειδίου του πυριτίου στο νερό. Οι μετρήσεις ελήφθησαν χρησιμοποιώντας ένα Malvern Mastersizer 2000.
Πριν και μετά την υπερήχηση: Η πράσινη καμπύλη δείχνει το μέγεθος των σωματιδίων πριν από την υπερήχηση, η κόκκινη καμπύλη είναι η κατανομή μεγέθους σωματιδίων του υπερηχητικά διασκορπισμένου πυριτίου.
Κάντε κλικ εδώ για να διαβάσετε περισσότερα σχετικά με υπερήχων διασπορά του πυριτίου (SiO2)!
Συμπύκνωση σκόνης με χρήση υπερήχων
Η πυκνότητα σκόνης στις στήλες HPLC είναι απαραίτητη για την επίτευξη υψηλής απόδοσης διαχωρισμού, σταθερής απόδοσης στήλης, σταθερών χαρακτηριστικών ροής, ακριβών χρόνων κατακράτησης, βελτιωμένης ανάλυσης και παρατεταμένης διάρκειας ζωής στήλης. Η εξασφάλιση της κατάλληλης και ομοιόμορφης πυκνότητας συσκευασίας είναι θεμελιώδους σημασίας για την αξιόπιστη και αποτελεσματική λειτουργία των συστημάτων HPLC. Υπερήχων συμπύκνωση σκόνη μπορεί να βοηθήσει να γεμίσει HPLC στήλες και φυσίγγια αποτελεσματικά με τη βέλτιστη πυκνότητα σκόνης.
Μάθετε περισσότερα σχετικά με τη συμπίεση σκόνης υπερήχων!
Βιομηχανικοί υπερήχων για τη διασπορά νανοσωματιδίων υψηλής απόδοσης
Γεγονότα που αξίζει να γνωρίζετε
Τι είναι η υγρή χρωματογραφία υψηλής απόδοσης (HPLC);
Η χρωματογραφία μπορεί να περιγραφεί ως μια διαδικασία μεταφοράς μάζας που περιλαμβάνει προσρόφηση. Η υγρή χρωματογραφία υψηλής απόδοσης (παλαιότερα γνωστή και ως υγρή χρωματογραφία υψηλής πίεσης) είναι μια τεχνική ανάλυσης με την οποία κάθε συστατικό ενός μείγματος μπορεί να διαχωριστεί, να ταυτοποιηθεί και να ποσοτικοποιηθεί. Εναλλακτικά, παρασκευαστική χρωματογραφία κλίμακας που χρησιμοποιείται για τον καθαρισμό μεγάλων παρτίδων υλικού σε κλίμακα παραγωγής. Τυπικοί αναλυτέοι αναλυτές είναι οργανικά μόρια, βιομόρια, ιόντα και πολυμερή.
Η αρχή του διαχωρισμού HPLC βασίζεται σε μια κινητή φάση (νερό, οργανικοί διαλύτες κ.λπ.) που διέρχεται από μια στατική φάση (συσκευασίες σωματιδίων διοξειδίου του πυριτίου, μονόλιθοι κ.λπ.) σε μια στήλη. Αυτό σημαίνει ότι ένας υγρός διαλύτης υπό πίεση, ο οποίος περιέχει τις διαλυμένες ενώσεις (διάλυμα δείγματος), αντλείται μέσω στήλης γεμάτης με στερεό προσροφητικό υλικό (π.χ. τροποποιημένα σωματίδια διοξειδίου του πυριτίου). Καθώς κάθε συστατικό του δείγματος αλληλεπιδρά ελαφρώς διαφορετικά με το προσροφητικό υλικό, οι ρυθμοί ροής για τα διάφορα συστατικά ποικίλλουν και οδηγούν έτσι στο διαχωρισμό των συστατικών καθώς ρέουν έξω από τη στήλη. Η σύνθεση και η θερμοκρασία της κινητής φάσης είναι πολύ σημαντικές παράμετροι για τη διαδικασία διαχωρισμού που επηρεάζουν τις αλληλεπιδράσεις που συμβαίνουν μεταξύ των συστατικών του δείγματος και του προσροφητικού μέσου. Ο διαχωρισμός βασίζεται στην κατανομή των ενώσεων προς στατική και κινητή φάση.
Τα αποτελέσματα της ανάλυσης της HPLC απεικονίζονται ως χρωματογράφημα. Ένα χρωματογράφημα είναι ένα δισδιάστατο διάγραμμα με την τεταγμένη (άξονας y) να δίνει συγκέντρωση όσον αφορά την απόκριση του ανιχνευτή και η τετμημένη (άξονας x) αντιπροσωπεύει το χρόνο.
Σωματίδια πυριτίου για συσκευασμένα φυσίγγια
Τα σωματίδια διοξειδίου του πυριτίου για χρωματογραφικές εφαρμογές βασίζονται σε συνθετικά πολυμερή διοξειδίου του πυριτίου. Κυρίως, είναι κατασκευασμένα από τετρααιθοξυσιλάνιο τα οποία υδρολύονται μερικώς σε πολυαιθοξυσιλοξάνια προκειμένου να σχηματίσουν ένα ιξώδες υγρό που μπορεί να γαλακτωματοποιηθεί σε ένα μείγμα νερού αιθανόλης υπό συνεχή υπερήχηση. Η υπερηχητική ανάδευση δημιουργεί σφαιρικά σωματίδια, τα οποία μετατρέπονται σε υδρογέλες πυριτίου μέσω μιας καταλυτικά επαγόμενης υδρολυτικής συμπύκνωσης (γνωστή ως μέθοδος «Unger»). Η υδρολυτική συμπύκνωση προκαλεί εκτεταμένη διασταυρούμενη σύνδεση μέσω των επιφανειακών ειδών σιλανόλης. Στη συνέχεια, οι σφαίρες υδρογέλης φρύγονται για να παράγουν ξηρογέλη. Το μέγεθος των σωματιδίων και το μέγεθος των πόρων του εξαιρετικά πορώδους ξηροπηκτώματος διοξειδίου του πυριτίου (sol-γέλη) επηρεάζονται από την τιμή του pH, τη θερμοκρασία, τον χρησιμοποιούμενο καταλύτη και διαλύτες, καθώς και τη συγκέντρωση διοξειδίου του πυριτίου.
Μη πορώδη έναντι πορωδών σωματιδίων
Τόσο τα μη πορώδη όσο και τα πορώδη μικροσφαιρίδια διοξειδίου του πυριτίου χρησιμοποιούνται ως στατική φάση σε στήλες HPLC. Για τα μικρά μη πορώδη σωματίδια, ο διαχωρισμός συμβαίνει στην επιφάνεια των σωματιδίων και η διεύρυνση της ζώνης μετριάζεται λόγω της σύντομης διαδρομής διάχυσης, επιτυγχάνοντας έτσι ταχύτερη μεταφορά μάζας. Ωστόσο, η χαμηλή επιφάνεια οδηγεί σε πιο ανακριβή αποτελέσματα, καθώς η διατήρηση, ο χρόνος κατακράτησης, η επιλεκτικότητα και επομένως η ανάλυση είναι περιορισμένες. Η ικανότητα φόρτωσης είναι επίσης ένας κρίσιμος παράγοντας. Τα πορώδη μικροσφαιρίδια διοξειδίου του πυριτίου παρέχουν εκτός από την επιφάνεια των σωματιδίων επιπλέον την επιφάνεια των πόρων, η οποία προσφέρει περισσότερη περιοχή επαφής για αλληλεπίδραση με αναλυτέες ουσίες. Για να εξασφαλιστεί επαρκής μεταφορά μάζας κατά τον διαχωρισμό υγρής φάσης, τα μεγέθη πόρων πρέπει να έχουν μέγεθος μεγαλύτερο από ∼7nm. Για τον διαχωρισμό μεγάλων βιομορίων, απαιτούνται μεγέθη πόρων έως 100nm για να επιτευχθεί αποτελεσματικός διαχωρισμός.
Βιβλιογραφία/Αναφορές
- Czaplicki, Sylwester (2013): Χρωματογραφία στην ανάλυση βιοδραστικότητας ενώσεων. Στο: Χρωματογραφία στήλης, Dr. Dean Martin (Ed.), InTech, DOI: 10.5772/55620.
- Hayes, Ρίτσαρντ; Αχμέδα, Αδάμ. Edge, Τόνι; Zhang, Haifei (2014): Σωματίδια πυρήνα-κελύφους: Προετοιμασία, βασικές αρχές και εφαρμογές στην υγρή χρωματογραφία υψηλής απόδοσης. J. Χρωματογρ. Α 1357, 2014. 36–52.
- Sharma, SD; Singh, Shailandra (2013): Σύνθεση και χαρακτηρισμός εξαιρετικά αποτελεσματικού νανοθειωμένου ζιρκονίου πάνω από το διοξείδιο του πυριτίου: καταλύτης πυρήνα-κελύφους με υπερηχητική ακτινοβολία. Αμερικανικό περιοδικό χημείας 3 (4), 2013. 96-104