Modification ultrasonique des particules pour les colonnes HPLC
Les défis de l'HPLC sont une séparation rapide et efficace pour une large gamme d'échantillons. La sonication permet de modifier et de fonctionnaliser les nanoparticules, par exemple les microsphères de silice ou de zircone. L'ultrasonication est une technique très efficace pour synthétiser des particules de silice core-shell, en particulier pour les colonnes HPLC.
Modification des particules de silice par ultrasons
La structure et la taille des particules ainsi que la taille des pores et la pression de la pompe sont les paramètres les plus importants qui influencent l'analyse CLHP.
La plupart des systèmes CLHP fonctionnent avec la phase stationnaire active fixée à l'extérieur de petites particules de silice sphériques. Les particules sont de très petites billes de l'ordre du micro et du nanomètre. La taille des particules varie, mais une taille d'environ 5 µm est la plus courante. Les petites particules offrent une plus grande surface et une meilleure séparation, mais la pression requise pour une vitesse linéaire optimale augmente en fonction de l'inverse du carré du diamètre de la particule. Cela signifie qu'en utilisant des particules deux fois plus petites et à la même taille de colonne, on double les performances, mais en même temps la pression requise est quadruplée.
Les ultrasons de puissance sont un outil bien connu et éprouvé pour la modification, la fonctionnalisation et la dispersion de micro et nanoparticules telles que la silice. En raison de ses résultats uniformes et très fiables dans le traitement des particules, la sonication est la méthode préférée pour produire des particules fonctionnalisées (par exemple, des particules cœur-coquille). Les ultrasons de puissance créent des vibrations, de la cavitation et induisent de l'énergie pour les réactions sonochimiques. Les ultrasons de forte puissance sont donc utilisés avec succès pour le traitement des particules, notamment pour fonctionnalisation? modification, Réduction de la Taille & dispersion ainsi que pour les nanoparticules synthèse (par exemple Procédé Sol-Gel).
Avantages de la modification? fonctionnalisation des particules par ultrasons
- contrôle aisé de la taille et de la modification des particules
- contrôle total des paramètres du processus
- évolutivité linéaire
- applicable de très petits à très grands volumes
- sûre, utilisable par l'utilisateur & respectueux de l'environnement
Sonicateur à sonde UP400St dispersion et fonctionnalisation de nanoparticules de silice
Préparation par ultrasons de particules de silice à noyau et à coquille
Particules de silice core-shell (noyau solide avec enveloppe poreuse ou superficiellement poreuse) sont de plus en plus utilisés pour une séparation très efficace avec un débit rapide et une contre-pression relativement faible. L'avantage réside dans le noyau solide et l'enveloppe poreuse : La particule cœur-coquille complète forme une particule plus grande et permet de faire fonctionner la CLHP à une contre-pression plus faible, tandis que la coquille poreuse et le petit cœur solide lui-même fournissent une surface plus élevée pour le processus de séparation. L'avantage d'utiliser des particules cœur-coquille comme matériau d'emballage pour les colonnes CLHP est que le volume de pore plus petit réduit le volume présent pour l'élargissement dû à la diffusion longitudinale. La taille des particules et l'épaisseur de la coquille poreuse ont une influence directe sur les paramètres de séparation. (cf. Hayes et al. 2014)
Les matériaux d'emballage les plus fréquemment utilisés pour les colonnes HPLC sont les microsphères de silice conventionnelles. Les particules cœur-coquille utilisées pour la chromatographie sont généralement constituées de silice également, mais avec un noyau solide et une coquille poreuse. Les particules de silice noyau-coquille utilisées pour les applications chromatographiques sont également connues sous le nom de particules à noyau fusionné, à noyau solide ou à porosité superficielle.
Gels de silice peuvent être synthétisés par voie sonochimique sol-gel. Les gels de silice sont les couches minces les plus fréquemment utilisées pour la séparation des substances actives par chromatographie sur couche mince (CCM).
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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.
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Dispersion ultrasonique des nanoparticules
Une dispersion et une désagglomération fines des particules sont particulièrement importantes pour obtenir toutes les performances du matériau. Ainsi, pour une séparation performante, des particules de silice monodisperses de diamètre réduit sont utilisées comme particules de garnissage. La sonication s'est avérée plus efficace dans la dispersion de la silice que d'autres méthodes de mélange à cisaillement élevé.
Le graphique ci-dessous montre le résultat de la dispersion ultrasonique de la silice pyrogénée dans l'eau. Les mesures ont été effectuées à l'aide d'un Mastersizer 2000 de Malvern.
Avant et après la sonication : La courbe verte montre la taille des particules avant la sonication, la courbe rouge est la distribution de la taille des particules de silice dispersée par ultrasons.
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Compactage des poudres par sonication
La densité des poudres dans les colonnes HPLC est essentielle pour obtenir une efficacité de séparation élevée, une performance stable de la colonne, des caractéristiques d'écoulement cohérentes, des temps de rétention précis, une résolution améliorée et une durée de vie prolongée de la colonne. La garantie d'une densité de remplissage appropriée et uniforme est fondamentale pour le fonctionnement fiable et efficace des systèmes HPLC. Le compactage ultrasonique des poudres peut aider à remplir efficacement les colonnes et les cartouches HPLC avec une densité de poudre optimale.
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Sonicateurs industriels pour la dispersion à haut débit de nanoparticules
Qu'il faut savoir
Qu'est-ce que la chromatographie liquide haute performance (CLHP) ?
La chromatographie peut être décrite comme un processus de transfert de masse impliquant l'adsorption. La chromatographie liquide à haute performance (anciennement connue sous le nom de chromatographie liquide à haute pression) est une technique d'analyse qui permet de séparer, d'identifier et de quantifier chaque composant d'un mélange. La chromatographie à l'échelle préparatoire est également utilisée pour la purification de grands lots de matériaux à l'échelle de la production. Les analytes typiques sont les molécules organiques, les biomolécules, les ions et les polymères.
Le principe de la séparation CLHP repose sur le passage d'une phase mobile (eau, solvants organiques, etc.) à travers une phase stationnaire (garnitures de silice particulaire, monolithes, etc.) dans une colonne. Cela signifie qu'un solvant liquide sous pression, qui contient les composés dissous (solution de l'échantillon), est pompé à travers une colonne remplie d'un matériau adsorbant solide (par exemple, des particules de silice modifiées). Comme chaque composant de l'échantillon interagit légèrement différemment avec le matériau adsorbant, les débits des différents composants varient et conduisent ainsi à la séparation des composants lorsqu'ils s'écoulent de la colonne. La composition et la température de la phase mobile sont des paramètres très importants pour le processus de séparation, car ils influencent les interactions entre les composants de l'échantillon et l'adsorbant. La séparation est basée sur la répartition des composés entre la phase stationnaire et la phase mobile.
Les résultats de l'analyse par CLHP sont visualisés sous la forme d'un chromatogramme. Un chromatogramme est un diagramme à deux dimensions dont l'ordonnée (axe des y) donne la concentration en termes de réponse du détecteur et l'abscisse (axe des x) représente le temps.
Particules de silice pour cartouches emballées
Les particules de silice pour les applications chromatographiques sont basées sur des polymères de silice synthétiques. La plupart du temps, ils sont fabriqués à partir de tétraéthoxysilane qui sont partiellement hydrolysés en polyéthoxysiloxanes afin de former un liquide visqueux qui peut être émulsionné dans un mélange d’éthanol et d’eau sous sonication continue. L’agitation ultrasonique crée des particules sphériques, qui sont transformées en hydrogels de silice par une condensation hydrolytique induite par catalyse (connue sous le nom d’Unger’ méthode). La condensation hydrolytique provoque une réticulation importante via les espèces de silanol de surface. Ensuite, les sphères d’hydrogel sont calcinées pour produire un xerogel. La taille des particules et la taille des pores du xérogel de silice très poreux (sol-gel) sont influencés par la valeur du pH, la température, le catalyseur et les solvants utilisés, ainsi que par la concentration de silice.
Particules non poreuses ou poreuses
Les microsphères de silice poreuses et non poreuses sont utilisées comme phase stationnaire dans les colonnes HPLC. Pour les petites particules non poreuses, la séparation se produit à la surface de la particule et l'élargissement de la bande est atténué en raison du court chemin de diffusion, ce qui entraîne un transfert de masse plus rapide. Cependant, la faible surface donne des résultats plus inexacts, car la rétention, le temps de rétention, la sélectivité et donc la résolution sont limités. La capacité de charge est également un facteur critique. Les microsphères de silice poreuse offrent, en plus de la surface des particules, la surface des pores, qui offre une plus grande surface de contact pour interagir avec les analytes. Pour assurer un transport de masse suffisant pendant la séparation des phases liquides, la taille des pores doit être supérieure à ∼7nm. Pour séparer des biomolécules de grande taille, des pores d'une taille allant jusqu'à 100 nm sont nécessaires pour obtenir une séparation efficace.
Littérature/références
- Czaplicki, Sylwester (2013) : La chromatographie dans l'analyse de la bioactivité des composés. In : Column Chromatography, Dr. Dean Martin (Ed.), InTech, DOI : 10.5772/55620.
- Hayes, Richard ; Ahmeda, Adham ; Edge, Tony ; Zhang, Haifei (2014) : Core-shell particles : Preparation, fundamentals and applications in high performance liquid chromatography. J. Chromatogr. A 1357, 2014. 36-52.
- Sharma, S.D. ; Singh, Shailandra (2013) : Synthèse et caractérisation de la nano zircone sulfatée très efficace sur la silice : Catalyseur Core-Shell par irradiation ultrasonique. American Journal of Chemistry 3(4), 2013. 96-104