שינוי חלקיקים קולי עבור עמודות HPLC
האתגרים ב-HPLC הם הפרדה מהירה ויעילה למגוון רחב של דגימות. סוניקציה מאפשרת לשנות ולתפקד ננו-חלקיקים, למשל מיקרוספרות סיליקה או זירקוניה. אולטרה-סוניקציה היא טכניקה מוצלחת מאוד לסנתז חלקיקי סיליקה של מעטפת הליבה, במיוחד עבור עמודות HPLC.
שינוי קולי של חלקיקי סיליקה
מבנה החלקיקים וגודל החלקיקים, כמו גם גודל הנקבוביות ולחץ המשאבה הם הפרמטרים החשובים ביותר המשפיעים על ניתוח HPLC.
רוב מערכות HPLC פועלות עם הפאזה הנייחת הפעילה המחוברת לחלק החיצוני של חלקיקי סיליקה כדוריים קטנים. החלקיקים הם חרוזים קטנים מאוד בתחום המיקרו והננו. גודל החלקיקים של החרוזים משתנה, אך גודל חלקיקים של כ-5μm הוא הנפוץ ביותר. חלקיקים קטנים יותר מספקים שטח פנים גדול יותר והפרדה טובה יותר, אך הלחץ הדרוש למהירות ליניארית אופטימלית גדל בהופכי קוטר החלקיק בריבוע. משמעות הדבר היא כי באמצעות חלקיקים של מחצית בגודל באותו גודל עמודה, מכפיל את הביצועים, אבל באותו זמן את הלחץ הנדרש הוא מרובע.
אולטרסאונד כוח הוא כלי ידוע ומוכח לשינוי / פונקציונליות ופיזור של מיקרו וננו-חלקיקים כגון סיליקה. בשל התוצאות האחידות והאמינות ביותר שלה בעיבוד חלקיקים, סוניקציה היא השיטה המועדפת לייצור חלקיקים פונקציונליים (למשל חלקיקי מעטפת הליבה). אולטרסאונד כוח יוצר רטט, קוויטציה ומשרה אנרגיה לתגובות סונוכימיות. בכך, אולטרסאונד בהספק גבוה משמש בהצלחה לטיפולי חלקיקים כולל: פונקציונאליזציה / שינוי, הקטנת גודל & פיזור כמו גם עבור ננו-חלקיקים סינתזה (למשל. מסלולי סול-ג'ל).
היתרונות של שינוי חלקיקים קוליים / פונקציונליזציה
- שליטה קלה בגודל החלקיקים ובשינוים
- שליטה מלאה בפרמטרים של התהליך
- מדרגיות ליניארית
- החל מנפחים קטנים מאוד ועד גדולים מאוד
- בטוח, משתמש- & ידידותי לסביבה
סוניק מסוג בדיקה UP400St פיזור ותפקוד ננו-חלקיקי סיליקה
הכנה על-קולית של חלקיקי סיליקה מסוג Core-Shell
חלקיקי סיליקה מסוג ליבה-מעטפת (ליבה מוצקה עם מעטפת נקבובית או נקבובית שטחית) שימשו יותר ויותר להפרדה יעילה ביותר עם קצב זרימה מהיר ולחץ גב נמוך יחסית. היתרונות טמונים בליבה המוצקה שלהם ובקליפה הנקבובית: חלקיק מעטפת הליבה המלא יוצר חלקיק גדול יותר ומאפשר להפעיל את HPLC בלחץ גב תחתון בעוד שהמעטפת הנקבובית והליבה המוצקה הקטנה עצמה מספקות שטח פנים גבוה יותר לתהליך ההפרדה. היתרונות של שימוש בחלקיקי ליבה-מעטפת כחומר אריזה עבור עמודות HPLC הוא שנפח הנקבוביות הקטן יותר מפחית את הנפח הקיים להרחבה מדיפוזיה אורכית. גודל החלקיקים ועובי הקליפה הנקבובית משפיעים ישירות על פרמטרי ההפרדה. (ראה: Hayes et al. 2014)
חומרי האריזה הנפוצים ביותר עבור עמודות HPLC ארוזות הם מיקרוספרות סיליקה קונבנציונליות. חלקיקי הליבה-מעטפת המשמשים לכרומטוגרפיה עשויים בדרך כלל גם הם מסיליקה, אך עם ליבה מוצקה וקליפה נקבובית. חלקיקי סיליקה מסוג ליבה-מעטפת המשמשים ליישומים כרומטוגרפיים ידועים גם כחלקיקי ליבה מאוחים, ליבה מוצקה או חלקיקים נקבוביים באופן שטחי.
ג'ל סיליקה ניתן לסנתז באמצעות מסלול סול-ג'ל סונוכימי. ג'ל סיליקה הוא השכבה הדקה הנפוצה ביותר להפרדת חומרים פעילים באמצעות כרומטוגרפיה בשכבה דקה (TLC).
לחצו כאן כדי ללמוד עוד על המסלול הסונוכימי לתהליכי סול-ג'ל!
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.
קרא עוד אודות סוניקטורים לפונקציונליות ננו-חלקיקים עבור עמודות HPLC
פיזור על-קולי של ננו-חלקיקים
פיזור בגודל עדין ופירוק חלקיקים חשוב במיוחד כדי להשיג את הביצועים המלאים של החומר. לכן, עבור הפרדה ביצועים גבוהים monodisperse חלקיקי סיליקה עם קטרים קטנים יותר משמשים חלקיקי אריזה. סוניקציה הוכחה כיעילה יותר בפיזור סיליקה מאשר שיטות ערבוב אחרות בעלות גזירה גבוהה.
העלילה שלהלן מראה את התוצאה של פיזור קולי של סיליקה fumed במים. המדידות התקבלו באמצעות Malvern Mastersizer 2000.
לפני ואחרי סוניקציה: העקומה הירוקה מראה את גודל החלקיקים לפני סוניקציה, העקומה האדומה היא התפלגות גודל החלקיקים של סיליקה מפוזרת באולטרה-סאונד.
דחיסת אבקה באמצעות סוניקציה
צפיפות האבקה בעמודות HPLC חיונית להשגת יעילות הפרדה גבוהה, ביצועי עמודות יציבים, מאפייני זרימה עקביים, זמני שמירה מדויקים, רזולוציה משופרת ותוחלת חיים ארוכה יותר. הבטחת צפיפות אריזה מתאימה ואחידה היא בסיסית לפעולה אמינה ויעילה של מערכות HPLC. דחיסת אבקה על-קולית יכולה לסייע במילוי עמודות ומחסניות HPLC ביעילות עם צפיפות אבקה אופטימלית.
למידע נוסף על דחיסת אבקה קולית!
סוניקטורים תעשייתיים לפיזור תפוקה גבוהה של ננו-חלקיקים
עובדות שכדאי לדעת
מהי כרומטוגרפיה נוזלית בעלת ביצועים גבוהים (HPLC)?
כרומטוגרפיה יכולה להיות מתוארת כתהליך העברה המוני הכולל ספיחה. כרומטוגרפיה נוזלית בעלת ביצועים גבוהים (בעבר נקראה גם כרומטוגרפיה נוזלית בלחץ גבוה) היא טכניקת ניתוח שבאמצעותה ניתן להפריד, לזהות ולכמת כל רכיב בתערובת. לחלופין, כרומטוגרפיה בקנה מידה מכין המשמש לטיהור של אצוות גדולות של חומר בקנה מידה הייצור. אנליטים טיפוסיים הם מולקולות אורגניות, ביומולקולות, יונים ופולימרים.
עקרון הפרדת HPLC מסתמך על פאזה ניידת (מים, ממיסים אורגניים וכו') המועברת דרך פאזה נייחת (אריזות סיליקה חלקיקיות, מונוליתים וכו') בטור. כלומר, ממס נוזלי בלחץ, המכיל את התרכובות המומסות (תמיסת דגימה), נשאב דרך עמוד מלא בחומר סופג מוצק (למשל חלקיקי סיליקה מותאמים). מכיוון שכל רכיב במדגם מקיים אינטראקציה מעט שונה עם חומר הספיגה, קצבי הזרימה של הרכיבים השונים משתנים ומובילים בכך להפרדת הרכיבים כשהם זורמים החוצה מהעמודה. הרכב וטמפרטורה של הפאזה הניידת הם פרמטרים חשובים מאוד לתהליך ההפרדה המשפיעים על האינטראקציות המתרחשות בין רכיבי הדגימה לספיגה. ההפרדה מבוססת על חלוקת המתחמים לקראת פאזה נייחת וניידת.
תוצאות הניתוח של HPLC מוצגות ככרומטוגרמה. כרומטוגרמה היא דיאגרמה דו-ממדית כאשר הקואורדינטה (ציר Y) נותנת ריכוז במונחים של תגובת הגלאי והאבסקיסה (ציר x) מייצגת את הזמן.
חלקיקי סיליקה למחסניות ארוזות
חלקיקי סיליקה ליישומים כרומטוגרפיים מבוססים על פולימרי סיליקה סינתטיים. לרוב, הם עשויים tetraethoxysilane אשר עוברים הידרוליזה חלקית לפוליאתוקסיסילוקסנים על מנת ליצור נוזל צמיג שניתן להתחלב בתערובת מי אתנול תחת סוניקציה רציפה. התסיסה העל-קולית יוצרת חלקיקים כדוריים, אשר הופכים להידרוג'ל סיליקה באמצעות עיבוי הידרוליטי המושרה באופן קטליטי (המכונה שיטת 'אונגר'). העיבוי ההידרוליטי גורם להצלבה נרחבת דרך מיני סילנול פני השטח. לאחר מכן, כדורי הידרוג'ל הם calcinated לייצר xerogel. גודל החלקיקים וגודל הנקבוביות של קסרוג'ל סיליקה נקבובי מאוד (סול-ג'ל) מושפעים מערך ה- pH, הטמפרטורה, הזרז המשומש והממסים וכן מריכוז סול הסיליקה.
חלקיקים לא נקבוביים לעומת נקבוביים
מיקרוספרות סיליקה לא נקבוביות ונקבוביות משמשות כפאזה נייחת בעמודות HPLC. עבור חלקיקים קטנים שאינם נקבוביים, ההפרדה מתרחשת על פני השטח של החלקיק והרחבת הפסים מקלה בגלל נתיב הדיפוזיה הקצר, ובכך מתרחשת העברת מסה מהירה יותר. עם זאת, שטח הפנים הנמוך מביא לתוצאות לא מדויקות יותר, שכן שמירה, זמן שמירה, סלקטיביות ולכן רזולוציה מוגבלים. גם קיבולת ההעמסה היא גורם קריטי. מיקרוספרות סיליקה נקבוביות מספקות מלבד משטח החלקיקים גם את משטח הנקבוביות, המציע שטח מגע רב יותר לאינטראקציה עם אנליטים. כדי להבטיח הובלה המונית מספקת במהלך הפרדת פאזה נוזלית, גודל הנקבוביות חייב להיות בגודל של יותר מ ∼7nm. כדי להפריד ביומולקולות גדולות, נדרשים גודל נקבוביות של עד 100nm כדי להשיג הפרדה יעילה.
ספרות/מקורות
- צ'פליצקי, סילווסטר (2013): כרומטוגרפיה בניתוח ביואקטיביות של תרכובות. בתוך: כרומטוגרפיית טורים, ד"ר דין מרטין (עורך), InTech, DOI: 10.5772/55620.
- הייז, ריצ'רד; אחמדה, אדהם; אדג', טוני; Zhang, Haifei (2014): חלקיקי ליבה-קליפה: הכנה, יסודות ויישומים בכרומטוגרפיה נוזלית בעלת ביצועים גבוהים. י. כרומטוגר. א 1357, 2014. 36–52.
- שארמה, ס"ד; סינג, שיילנדרה (2013): סינתזה ואפיון של זירקוניה ננו-סולפטד יעילה ביותר על סיליקה: זרז מעטפת ליבה על ידי קרינה קולית. כתב העת האמריקאי לכימיה 3(4), 2013. 96-104