Ultraäänihiukkasten modifikaatio HPLC-kolonneille
HPLC:n haasteena on nopea ja tehokas erottelu monenlaisille näytteille. Sonikaatio mahdollistaa nanohiukkasten, esimerkiksi piidioksidi- tai zirkoniamikropallojen, muokkaamisen ja funktionalisoinnin. Ultrasonication on erittäin onnistunut tekniikka syntetisoida ydin-kuoren piidioksidihiukkasia, erityisesti HPLC-pylväille.
Piidioksidihiukkasten ultraäänimodifikaatio
Hiukkasrakenne ja partikkelikoko sekä huokoskoko ja pumpun paine ovat tärkeimmät HPLC-analyysiin vaikuttavat parametrit.
Useimmat HPLC-järjestelmät toimivat siten, että aktiivinen stationäärifaasi on kiinnitetty pienten pallomaisten piidioksidihiukkasten ulkopuolelle. Hiukkaset ovat hyvin pieniä helmiä mikro- ja nanoalueella. Helmien hiukkaskoot vaihtelevat, mutta yleisintä on noin 5 μm:n partikkelikoko. Pienemmät hiukkaset tarjoavat suuremman pinta-alan ja paremman erottelun, mutta optimaaliseen lineaariseen nopeuteen tarvittava paine kasvaa hiukkasten halkaisijan käänteisellä neliöllä. Tämä tarkoittaa, että puolet pienempien hiukkasten käyttö ja samalla pylväskoolla kaksinkertaistaa suorituskyvyn, mutta samalla vaadittu paine nelinkertaistuu.
Power ultrasonics on tunnettu ja todistettu työkalu mikro- ja nanohiukkasten, kuten piidioksidin, muokkaamiseen / funktionalisointiin ja leviämiseen. Yhtenäisten ja erittäin luotettavien hiukkasten käsittelyn tulosten vuoksi sonikaatio on edullinen menetelmä funktionalisoitujen hiukkasten (esim. ydinkuoren hiukkasten) tuottamiseksi. Teho-ultraääni luo tärinää, kavitaatiota ja indusoi energiaa sonokemiallisiin reaktioihin. Näin ollen suuritehoisia ultraäänilaitteita käytetään menestyksekkäästi hiukkaskäsittelyihin, mukaan lukien Funktionalisointi / muokkaus, Koko pieneneminen & hajonta sekä nanohiukkasille synteesi (esim. SOL-geelin reitit).
Ultraäänihiukkasten modifioinnin / funktionalisoinnin edut
- Helppo hallita hiukkaskokoa ja muokkausta
- prosessiparametrien täysi hallinta
- lineaarinen skaalautuvuus
- voidaan soveltaa hyvin pienistä erittäin suuriin määriin
- turvallinen, käyttäjä- & ympäristöystävällinen
Koetintyyppinen sonikaattori UP400St piidioksidinanohiukkasten dispergointi ja funktionalisointi
Ydin-kuoren piidioksidihiukkasten ultraäänivalmistus
Ydin-kuoren piidioksidihiukkaset (kiinteä ydin, jossa on huokoinen kuori tai pinnallisesti huokoinen) on käytetty yhä enemmän erittäin tehokkaaseen erotteluun nopealla virtausnopeudella ja suhteellisen alhaisella vastapaineella. Edut ovat niiden kiinteässä ytimessä ja huokoisessa kuoressa: Täydellinen ydin-kuorihiukkanen muodostaa suuremman hiukkasen ja mahdollistaa HPLC: n käytön alhaisemmalla vastapaineella, kun taas huokoinen kuori ja pieni kiinteä ydin tarjoavat suuremman pinta-alan erotusprosessille. HPLC-kolonnien pakkausmateriaalina käytettävien ydin-kuorihiukkasten etuna on, että pienempi huokostilavuus vähentää pitkittäisdiffuusiosta laajenemiseen tarvittavaa tilavuutta. Hiukkaskoolla ja huokoisen kuoren paksuudella on suora vaikutus erotusparametreihin. (vrt. Hayes et al. 2014)
Pakattujen HPLC-kolonnien yleisimmin käytetyt pakkausmateriaalit ovat tavanomaisia piidioksidimikropalloja. Kromatografiassa käytettävät ydin-kuorihiukkaset on yleensä valmistettu myös piidioksidista, mutta kiinteällä ytimellä ja huokoisella kuorella. Kromatografisissa sovelluksissa käytettäviä ydin-kuoripiidioksidihiukkasia kutsutaan myös fuusioituneen ytimen, kiinteän ytimen tai pinnallisesti huokoisiksi hiukkasiksi.
silikageelit voidaan syntetisoida sonokemiallisen sol-geelireitin kautta. Silikageelit ovat yleisimmin käytetty ohut kerros vaikuttavien aineiden erottamiseksi ohutkerroskromatografialla (TLC).
Klikkaa tästä saadaksesi lisätietoja sonokemiallisesta reitistä sol-geeliprosesseille!
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.
Lue lisää sonikaattoreista HPLC-kolonnien nanohiukkasfunktionalisointiin
Nanohiukkasten ultraäänidispersio
Hiukkasten hienokokoinen dispersio ja deagglomeraatio on erityisen tärkeää materiaalin täyden suorituskyvyn saavuttamiseksi. Siten korkean suorituskyvyn erottamiseksi pakkaushiukkasina käytetään monodisperssiä piidioksidihiukkasia, joiden halkaisija on pienempi. Sonikaatio on osoittautunut tehokkaammaksi piidioksidin dispergoinnissa kuin muut korkean leikkauksen sekoitusmenetelmät.
Alla oleva kaavio näyttää savupiidioksidin ultraäänidispergoinnin tuloksen vedessä. Mittaukset saatiin Malvern Mastersizer 2000 -laitteella.
Ennen sonikaatiota ja sen jälkeen: Vihreä käyrä näyttää hiukkaskoon ennen sonikaatiota, punainen käyrä on ultraäänellä dispergoituneen piidioksidin hiukkaskokojakauma.
Klikkaa tästä lukeaksesi lisää piidioksidin (SiO2) ultraäänidispergoinnista!
Jauheen tiivistäminen sonikaatiolla
HPLC-kolonnien jauhetiheys on olennaisen tärkeä korkean erotustehokkuuden, vakaan kolonnin suorituskyvyn, tasaisten virtausominaisuuksien, tarkkojen retentioaikojen, paremman resoluution ja kolonnin pidemmän käyttöiän saavuttamiseksi. Asianmukaisen ja tasaisen pakkaustiheyden varmistaminen on olennaisen tärkeää HPLC-järjestelmien luotettavan ja tehokkaan toiminnan kannalta. Ultraäänijauheen tiivistys voi auttaa täyttämään HPLC-pylväät ja patruunat tehokkaasti optimaalisella jauhetiheydellä.
Lisätietoja ultraäänijauheen tiivistämisestä!
Teolliset sonicators nanohiukkasten korkean suorituskyvyn dispersioon
Faktoja, jotka kannattaa tietää
Mikä on korkean erotuskyvyn nestekromatografia (HPLC)?
Kromatografiaa voidaan kuvata massansiirtoprosessiksi, johon liittyy adsorptio. Korkean erotuskyvyn nestekromatografia (tunnettiin aiemmin myös nimellä korkeapainenestekromatografia) on analyysitekniikka, jolla seoksen jokainen komponentti voidaan erottaa, tunnistaa ja kvantifioida. Vaihtoehtoisesti käytetään preparatiivisen mittakaavan kromatografiaa, jota käytetään suurten materiaalierien puhdistamiseen tuotantomittakaavassa. Tyypillisiä analyyttejä ovat orgaaniset molekyylit, biomolekyylit, ionit ja polymeerit.
HPLC-erottelun periaate perustuu siihen, että liikkuva faasi (vesi, orgaaniset liuottimet jne.) johdetaan kolonnin stationäärifaasin (hiukkaspiidioksidipakkaukset, monoliitit) läpi. Tämä tarkoittaa, että paineistettu nestemäinen liuotin, joka sisältää liuenneita yhdisteitä (näyteliuos), pumpataan kiinteällä adsorbenttimateriaalilla (esim. modifioiduilla piidioksidihiukkasilla) täytetyn kolonnin läpi. Koska näytteen jokainen komponentti vuorovaikuttaa hieman eri tavalla adsorbenttimateriaalin kanssa, eri komponenttien virtausnopeudet vaihtelevat ja johtavat siten komponenttien erottumiseen niiden virratessa ulos kolonnista. Liikkuvan faasin koostumus ja lämpötila ovat erittäin tärkeitä erotusprosessin parametreja, jotka vaikuttavat näytekomponenttien ja adsorbentin välisiin vuorovaikutuksiin. Erotus perustuu yhdisteiden jakautumiseen kohti stationaarista ja liikkuvaa faasia.
HPLC:n analyysitulokset visualisoidaan kromatogrammina. Kromatogrammi on kaksiulotteinen kaavio, jossa ordinaatti (y-akseli) antaa pitoisuuden detektorin vasteena ja abskissa (x-akseli) edustaa aikaa.
Piidioksidihiukkaset pakattuihin patruunoihin
Kromatografisiin sovelluksiin tarkoitetut piidioksidihiukkaset perustuvat synteettisiin piidioksidipolymeereihin. Useimmiten ne on valmistettu tetraetoksisilaanista, jotka hydrolysoidaan osittain polyetoksisiloksaaneiksi viskoosin nesteen muodostamiseksi, joka voidaan emulgoida etanolivesiseoksessa jatkuvassa sonikaatiossa. Ultraääniagitaatio luo pallomaisia hiukkasia, jotka muunnetaan piidioksidihydrogeeleiksi katalyyttisesti indusoidun hydrolyyttisen kondensaation avulla (tunnetaan nimellä "Unger" -menetelmä). Hydrolyyttinen kondensaatio aiheuttaa laajan silloituksen pinnan silanolilajien kautta. Tämän jälkeen hydrogeelipallot kalsinoidaan kserogeelin tuottamiseksi. Erittäin huokoisen piidioksidikserogeelin (sol-geeli) vaikuttavat pH-arvo, lämpötila, käytetty katalyytti ja liuottimet sekä piidioksidisolin pitoisuus.
Ei-huokoiset vs. huokoiset hiukkaset
Sekä ei-huokoisia että huokoisia piidioksidimikropalloja käytetään stationäärifaasina HPLC-kolonneissa. Pienten ei-huokoisten hiukkasten erotus tapahtuu hiukkasten pinnalla ja kaistan laajeneminen helpottuu lyhyen diffuusioreitin vuoksi, jolloin tapahtuu nopeampi massansiirto. Pieni pinta-ala johtaa kuitenkin epätarkempiin tuloksiin, koska retentio, retentioaika, selektiivisyys ja siten resoluutio ovat rajalliset. Myös lastauskapasiteetti on kriittinen tekijä. Huokoiset piidioksidimikropallot tarjoavat hiukkaspinnan lisäksi huokospinnan, joka tarjoaa enemmän kosketuspintaa vuorovaikutukseen analyyttien kanssa. Riittävän massakuljetuksen varmistamiseksi nestefaasin erotuksen aikana huokoskokojen on oltava yli ∼7 nm. Suurten biomolekyylien erottamiseksi tarvitaan jopa 100 nm: n huokoskoot tehokkaan erottelun saavuttamiseksi.
Kirjallisuus/viitteet
- Czaplicki, Sylwester (2013): Kromatografia yhdisteiden bioaktiivisuusanalyysissä. Julkaisussa: Column Chromatography, Dr. Dean Martin (toim.), InTech, DOI: 10.5772/55620.
- Hayes, Richard; Ahmeda, Adham; Edge, Tony; Zhang, Haifei (2014): Ydin-kuorihiukkaset: Valmistus, perusteet ja sovellukset korkean suorituskyvyn nestekromatografiassa. J. Kromatogr. A 1357, 2014. 36–52.
- Sharma, SD; Singh, Shailandra (2013): Erittäin tehokkaan nanosulfatoidun zirkoniumoksidin synteesi ja karakterisointi piidioksidin päällä: ydinkuorikatalyytti ultraäänisäteilytyksellä. American Journal of Chemistry 3(4), 2013. 96-104