Ultraheli osakeste modifitseerimine HPLC kolonnide jaoks
- HPLC-ga seotud väljakutsed on kiire ja tõhusa eraldamise jaoks paljudele proovidele.
- Sonikatsioon võimaldab muuta ja funktsionaliseerida nanoosakesi, näiteks ränidioksiidi või zirkonia mikrosfääre.
- Ultraheli kasutamine on väga edukas meetod, mis sünteesib südamiku kere ränidioksiidi osakesi, eriti HPLC kolonnide jaoks.
Ränidioksiidi osakeste ultraheli modifikatsioon
HPLC analüüsi mõjutavad kõige olulisemad parameetrid on osakeste struktuur ja osakeste suurus, samuti poori suurus ja pumba rõhk.
Enamik HPLC-süsteeme juhivad aktiivset statsionaarset faasi, mis on kinnitatud väikeste sfääriliste räni osakeste külge. Osakesed on väga väikesed helmed mikro- ja nano-vahemikus. Beadide osakeste suurus erineb, kuid osakeste suurus on ligikaudu 5μm on kõige tavalisem. Väiksemad osakesed annavad suurema pindala ja parema eraldamise, kuid optimaalse lineaarse kiiruse jaoks vajalik rõhk suureneb osakeste läbimõõduga ruutude pöördväärtusena. See tähendab, et osakeste kasutamine poolte suuruste ja samade kolonnide suuruse korral kahekordistab jõudlust, kuid samal ajal nõutav rõhk on neljakordistunud.
Võimsus ultraheli on hästi tuntud ja tõestatud vahend mikro- ja nanoosakeste nagu ränidioksiidi modifitseerimiseks / funktsionaliseerimiseks ja hajutamiseks. Tänu oma ühtlusele ja väga usaldusväärsetele tulemustele osakeste töötlemisel on ultraheliga töötlemine eelistatud meetod funktsionaliseeritud osakeste (nt südamiku kestad) tootmiseks. Võimsus ultraheli tekitab vibratsiooni, kavitatsiooni ja indutseerib energiat sonochemical reaktsioonide jaoks. Seepärast kasutatakse suure võimsusega ultraheli aksiaatoritega osakeste töötlemisel, sealhulgas funktsionaliseerimine / modifitseerimine, suurus vähendamine & dispersioon samuti ka Süntees (nt Sol-Geli marsruudid)
Ultraheli osakeste modifitseerimise / funktsionaliseerimise eelised
- kerge osakeste suuruse ja muutmise kontroll
- täielik kontroll protsessi parameetrite üle
- lineaarne mastaapsus
- mida kohaldatakse väga väikestest või väga suurtest kogustest
- ohutu, & keskkonnasõbralik
HPLC kolonnid on enamasti pakendatud ränidioksiidiga
Tööstuslik ultraheli süsteem inline protsesside jaoks
Core-Shelli ränidioksiidi osakeste ultraheli ettevalmistamine
Core-shell silikaasiosakesed (poorsest kestast või sünteetiliselt poorsest südamikust koosnev südamik) on kiirelt voolukiirusel ja suhteliselt madalal vasturõhul kõrge efektiivsusega eraldamine. Eelised seisnevad nende tahke südamikus ja poorses kestas: kogu südamikukestuse osakese moodustab suurema osakese ja võimaldab HPLC töötada madalama seljõhuga, samas kui poorne kest ja väike tahke tuum ise eraldavad kõrgemat pinda protsessi. HPLC kolonnide südamikkestade osakeste kasutamine pakkematerjalina on kasulik, kuna väiksemate pooride maht vähendab pikisuunalise difusiooniga laienemise mahtu. Osakeste suurus ja poorse kestuse paksus mõjutavad otseselt eraldamisparameetreid. (vt Hayes jt 2014)
Pakendatud HPLC kolonnide kõige sagedamini kasutatavad pakkematerjalid on tavalised ränidioksiidist mikrosfäärid. Kromatograafias kasutatavad tuumkesta osakesed on tavaliselt valmistatud ka ränidioksiidist, kuid koos tahke südamiku ja poorse kestaga. Kromatograafilisel otstarbel kasutatavaid tsellulaarseid ränidioksiidi osakesi nimetatakse ka sulatatud tuumadeks, tahketeks südamikeks või pinnapealselt poorseteks osakesteks.
Silikageelid saab sünteesida sonokemilise sol-geeli teel. Silikageelid on kõige sagedamini kasutatav õhukese kihi toimeainete eraldamiseks õhekihikromatograafia abil (TLC).
Klõpsake siin, et saada lisateavet sol-geelprotsesside sonokemikaalse tee kohta!
Ultraheli sünteesi (sono-sünteesi) saab kergesti rakendada teiste ränidioksiidiga toetatud metallide või metalli oksiidide nagu TiO2/ SiO2, CuO / SiO2, Pt / SiO2, Au / SiO2 ja paljusid teisi, ja seda kasutatakse mitte ainult ränidioksiidi modifitseerimiseks kromatograafilistes kolbampullides, vaid ka mitmesuguste tööstuslike katalüütiliste reaktsioonide puhul.
ultraheli Dispersion
Materjali täieliku jõudluse saamiseks on eriti oluline osakeste peene suurusega dispersioon ja deagglomereerimine. Seega kasutatakse suuremahulise eraldamisega väiksema diameetriga monodispersseid ränidioksiidi osakesi pakkimisosakesteks. Sulandamine on osutunud ränidioksiidi hajutamisel efektiivsemaks kui teised suure nihkega segamismeetodid.
Allpool asuvas proovitükis on näidatud pürolüüsitud ränidioksiidi ultraheli hajutamise tulemus vees. Mõõtmised saadi Malvern Mastersizer 2000 abil.
Enne ja pärast ultrahelitöötlust: Roheline kõver näitab osakeste suurust enne ultrahelitöötlust, punane kõver on ultraheli dispergeeritud ränidioksiidi osakeste suuruse jaotus.
Vajuta siia, et lugeda rohkem ränidioksiidi (SiO2)!
Ultraheli disperser UIP1500hdT (1500W)
Kirjandus / viited
- Czaplicki, Sylwester (2013): Ühendite bioaktiivsuse kromatograafia. In: kolonnkromatograafia, dr Dean Martin (toim.), InTech, DOI: 10.5772 / 55620.
- Hayes, Richard; Ahmeda, Adham; Edge, Tony; Zhang, Haifei (2014): tuumakolbiosakesed: ettevalmistus, põhialused ja rakendused suure jõudlusega vedelikkromatograafias. J. Chromatogr. A 1357, 2014. 36-52.
- Sharma, SD; Singh, Shailandra (2013): Väga efektiivse nano-sulfaaditud tsirkooniumi süntees ja iseloomustus ränidioksiidi kohta: tsellulooskatalüsaator ultraheli kiirgusega. American Journal of Chemistry 3 (4), 2013. 96-104
Faktid Tasub teada
HPLC kohta
Kromatograafiat võib kirjeldada masside ülekandena, mis hõlmab adsorptsiooni. Kõrgefektiivne vedelikkromatograafia (varem tuntud ka kui kõrgsurve vedelikkromatograafia) on analüüsimeetod, mille abil saab iga komponendi segu eraldada, identifitseerida ja kvantifitseerida. Teise võimalusena kasutatakse ettevalmistavas ulatuses kromatograafiat, mida kasutatakse suuremahuliste materjalipartiide puhastamiseks tootmiskaalal. Tüüpilised analüüdid on orgaanilised molekulid, biomolekulid, ioonid ja polümeerid.
HPLC-eraldamise põhimõte tugineb veeväljas faasis (vesi, orgaanilised lahustid jne), mis veetakse statsionaarses faasis (tahkete osakeste ränidioksiidpakendid, monoliidid jne). See tähendab, et rõhu all olev vedel lahusti, mis sisaldab lahustunud ühendeid (proovilahus), pumbatakse läbi tahke adsorbentmaterjaliga täidetud kolonni (nt modifitseeritud ränidioksiidi osakesed). Kuna iga proovi osa koosneb adsorbentmaterjalist mõnevõrra erinevalt, erinevad erinevate komponentide voolukiirused ja põhjustavad seeläbi komponentide eraldamise, kui need kolonni välja voolavad. Mobiilse faasi koostis ja temperatuur on eraldamisprotsessi jaoks väga olulised parameetrid, mis mõjutavad proovi komponentide ja adsorbendi vahel toimuvat interaktsiooni. Eraldamine põhineb ühendite jagamisel statsionaarse ja liikuva faasi suhtes.
HPLC analüüsi tulemused on visualiseeritud kromatogrammina. Kromatogramm on koordinaadiga (y-telg) kahemõõtmeline diagramm, mis annab kontsentratsiooni detektorireaktsiooni mõttes ja abstsiss (x-telg) tähistab aega.
Räni osakesed pakendatud kolbampullidele
Kromatograafilisteks rakendusteks ettenähtud räniosakesed põhinevad sünteetilistel ränidioksiidpolümeeridel. Enamasti on need valmistatud tetraetoksüsilaanist, mis on osaliselt hüdrolüüsitud polüetoksüsiloksanideks, et moodustada viskoosne vedelik, mida saab pidevalt ultrahelitöötluse abil emulgeerida etanoolisisalduse segus. Ultraheli segamine tekitab kerakujulisi osakesi, mis muundatakse katalüütiliselt indutseeritud hüdrolüütiliseks kondenseerumiseks ränidioksiid-hüdrogeelideks (tuntud kui Ungeri meetod). Hüdrolüütiline kondenseerumine põhjustab laialdast ristsidumist pinna silanooliliikide kaudu. Hiljem kaltsineeritakse hüdrogeeli sfäärid, et toota kserogeeli. Väga poorsest kserogeeli ränidioksiid (sol-geel) on mõjutanud pH väärtus, temperatuur, kasutatud katalüsaator ja lahustid, samuti ränidioksiidi kontsentratsioon.
Mittepoorsed vs poorsed osakesed
Mõlemat mittepoorset ja poorset ränidioksiidi mikrosfääri kasutatakse HPLC kolonnide statsionaarses faasis. Väikeste mitteporaalsete osakeste korral toimub eraldumine osakeste pinnale ja lühikese difusioonikanali tõttu leevendatakse riba laiendamist, tekitades seeläbi kiirema massiülekande. Kuid madala pindala tulemuseks on rohkem ebatäpseid tulemusi, kuna retentsioon, retentsiooniaeg, selektiivsus ja seega ka lahutusvõime on piiratud. Laadimisvõimsus on ka kriitiline tegur. Poriseeritud ränidioksiid mikrosfäärid lisaks osakeste pinnale lisaks sellele pooride pinnale, mis pakub rohkem analüütidega kokkupuutuva ala. Vedelas faaside eraldamisel vedelas faasis eraldamiseks piisava massi transportimiseks peab pooride suurus olema suurem kui ~ 7 nm. Suurte biomolekulide eraldamiseks on efektiivse eraldamise saavutamiseks vajalik suurusega kuni 100 nm suurune poor.