Ultrazvučna modifikacija čestica za HPLC kolone
Izazovi u HPLC-u su brzo i učinkovito odvajanje za širok raspon uzoraka. Sonikacija omogućuje modifikaciju i funkcionalizaciju nano čestica, npr. mikrosfera silicijevog dioksida ili cirkonijevog oksida. Ultrasonication je vrlo uspješna tehnika za sintetizirati core-shell čestice silicijevog dioksida, posebno za HPLC kolone.
Ultrazvučna modifikacija čestica silicija
Struktura i veličina čestica kao i veličina pora i tlak pumpe najvažniji su parametri koji utječu na HPLC analizu.
Većina HPLC sustava radi s aktivnom stacionarnom fazom pričvršćenom s vanjske strane malih sferičnih čestica silicija. Čestice su vrlo male kuglice u mikro- i nano-rasponu. Veličine čestica kuglica variraju, ali veličina čestica od cca. 5µm je najčešći. Manje čestice daju veću površinu i bolje odvajanje, ali tlak potreban za optimalnu linearnu brzinu povećava se obrnuto od kvadrata promjera čestice. To znači da korištenje čestica upola manjih i iste veličine stupca udvostručuje učinak, ali se u isto vrijeme učetverostručuje potreban tlak.
Power ultrasonics dobro je poznat i dokazan alat za modifikaciju/funkcionalizaciju i disperziju mikro- i nano-čestica kao što je silicij. Zbog ujednačenih i vrlo pouzdanih rezultata u obradi čestica, sonikacija je poželjna metoda za proizvodnju funkcionaliziranih čestica (npr. čestica jezgre i ljuske). Snažni ultrazvuk stvara vibracije, kavitaciju i potiče energiju za sonokemijske reakcije. Stoga se ultrazvučni uređaji velike snage uspješno koriste za tretmane česticama, uključujući funkcionalizacija / modifikacija, Smanjenje veličine & disperzija kao i za nanočestice sinteza (npr sol-gel rute).
Prednosti ultrazvučne modifikacije / funkcionalizacije čestica
- jednostavna kontrola veličine i modifikacije čestica
- punu kontrolu nad parametrima procesa
- linearna skalabilnost
- primjenjivo od vrlo malih do vrlo velikih količina
- sigurno, korisnik- & ekološki prihvatljivo
Sonikator UP400St dispergiranje i funkcionaliziranje nanočestica silicija
Ultrazvučna priprema čestica jezgre i ljuske silicijevog dioksida
Silika čestice jezgra-ljuska (čvrsta jezgra s poroznom ljuskom ili površinski porozni) sve se više koriste za visoko učinkovito odvajanje s velikom brzinom protoka i relativno niskim povratnim tlakom. Prednosti leže u njihovoj čvrstoj jezgri i poroznoj ljusci: kompletna čestica jezgre i ljuske čini veću česticu i omogućuje rad HPLC-a pri nižem povratnom tlaku, dok sama porozna ljuska i mala čvrsta jezgra pružaju veću površinu za odvajanje postupak. Prednosti korištenja čestica jezgre i ljuske kao materijala za pakiranje za HPLC stupce su u tome što manji volumen pora smanjuje volumen prisutan za širenje od uzdužne difuzije. Veličina čestica i debljina porozne ljuske izravno utječu na parametre separacije. (usp. Hayes et al. 2014.)
Najčešće korišteni materijali za pakiranje za pakirane HPLC kolone su konvencionalne mikrosfere silicija. Čestice jezgra-ljuska koje se koriste za kromatografiju obično su također izrađene od silicija, ali s čvrstom jezgrom i poroznom ljuskom. Čestice jezgre i ljuske silicijevog dioksida koje se koriste za kromatografske primjene također su poznate kao čestice sa spojenom jezgrom, čvrste jezgre ili površinski porozne čestice.
silika gelovi može se sintetizirati sonokemijskim sol-gel putem. Silikagelovi su najčešće korišteni tankoslojni za odvajanje aktivnih tvari tankoslojnom kromatografijom (TLC).
Kliknite ovdje da saznate više o sonokemijskom putu za sol-gel procese!
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.
Pročitajte više o sonikatorima za funkcionalizaciju nanočestica za HPLC kolone
Ultrazvučna disperzija nanočestica
Fina disperzija i deaglomeracija čestica je posebno važna za postizanje pune učinkovitosti materijala. Stoga se za visokoučinkovito odvajanje monodisperzne čestice silicijevog dioksida s manjim promjerom koriste kao čestice pakiranja. Sonikacija se pokazala učinkovitijom u raspršivanju silicijevog dioksida od drugih metoda miješanja s velikim smicanjem.
Grafikon u nastavku prikazuje rezultat ultrazvučnog raspršivanja dimljenog silicija u vodi. Mjerenja su dobivena pomoću Malvern Mastersizer 2000.
Prije i poslije sonikacije: Zelena krivulja pokazuje veličinu čestica prije sonikacije, crvena krivulja je distribucija veličine čestica ultrazvučno raspršenog silicija.
Kliknite ovdje da biste pročitali više o ultrazvučnom raspršivanju silicija (SiO2)!
Zbijanje praha pomoću sonikacije
Gustoća praha u HPLC kolonama ključna je za postizanje visoke učinkovitosti odvajanja, stabilne performanse kolone, dosljedne karakteristike protoka, točna vremena zadržavanja, poboljšanu rezoluciju i produljeni vijek trajanja kolone. Osiguravanje odgovarajuće i ujednačene gustoće pakiranja temeljno je za pouzdan i učinkovit rad HPLC sustava. Ultrazvučno zbijanje praha može pomoći u učinkovitom punjenju HPLC kolona i uložaka s optimalnom gustoćom praha.
Saznajte više o ultrazvučnom zbijanju praha!
Industrijski sonikatori za visokoučinkovitu disperziju nanočestica
Činjenice koje vrijedi znati
Što je tekućinska kromatografija visoke učinkovitosti (HPLC)?
Kromatografija se može opisati kao proces prijenosa mase koji uključuje adsorpciju. Tekućinska kromatografija visoke učinkovitosti (ranije poznata i kao visokotlačna tekućinska kromatografija) je tehnika analize kojom se svaka komponenta smjese može odvojiti, identificirati i kvantificirati. Alternativno, preparativna kromatografija koja se koristi za pročišćavanje velikih serija materijala u proizvodnom mjerilu. Tipični analiti su organske molekule, biomolekule, ioni i polimeri.
Načelo HPLC odvajanja oslanja se na mobilnu fazu (voda, organska otapala itd.) koja prolazi kroz stacionarnu fazu (čestice silicijevog dioksida, monoliti itd.) u koloni. To znači da se tekuće otapalo pod tlakom, koje sadrži otopljene spojeve (otopina uzorka), pumpa kroz kolonu ispunjenu krutim adsorpcijskim materijalom (npr. modificirane čestice silicija). Budući da svaka komponenta u uzorku malo drugačije stupa u interakciju s adsorpcijskim materijalom, brzine protoka za različite komponente variraju i time dovode do odvajanja komponenti dok istječu iz kolone. Sastav i temperatura mobilne faze vrlo su važni parametri za proces separacije koji utječu na interakcije koje se događaju između komponenti uzorka i adsorbensa. Razdvajanje se temelji na podjeli spojeva na stacionarnu i mobilnu fazu.
Rezultati analize HPLC-a vizualiziraju se kao kromatogram. Kromatogram je dvodimenzionalni dijagram s ordinatom (y-os) koja daje koncentraciju u smislu odziva detektora, a apscisa (x-os) predstavlja vrijeme.
Čestice silicijevog dioksida za pakirane uloške
Čestice silicijevog dioksida za kromatografske primjene temelje se na sintetskim polimerima silicijevog dioksida. Uglavnom se izrađuju od tetraetoksisilana koji se djelomično hidrolizira u polietoksisiloksane kako bi se stvorila viskozna tekućina koja se može emulgirati u mješavini etanola i vode pod kontinuiranom sonikacijom. Ultrazvučno miješanje stvara sferne čestice, koje se transformiraju u silika-hidrogelove kroz katalitički induciranu hidrolitičku kondenzaciju (poznatu kao 'Unger' metoda). Hidrolitička kondenzacija uzrokuje opsežno umrežavanje putem površinskih silanolnih vrsta. Nakon toga se kuglice hidrogela kalciniraju kako bi se proizveo kserogel. Veličina čestica i veličina pora visoko poroznog silika kserogela (sol-gel) utječu pH vrijednost, temperatura, korišteni katalizator i otapala kao i koncentracija silikasola.
Neporozne vs porozne čestice
I neporozne i porozne mikrosfere silicija koriste se kao stacionarna faza u HPLC kolonama. Za male neporozne čestice, odvajanje se događa na površini čestice, a širenje vrpce je ublaženo zbog kratkog puta difuzije, čime dolazi do bržeg prijenosa mase. Međutim, mala površina rezultira netočnijim rezultatima, budući da su zadržavanje, vrijeme zadržavanja, selektivnost i stoga rezolucija ograničeni. Nosivost je također kritičan faktor. Porozne mikrosfere silicijevog dioksida osim površine čestica pružaju i površinu pora, što nudi više kontaktnog područja za interakciju s analitima. Kako bi se osigurao dovoljan prijenos mase tijekom odvajanja tekuće faze, veličine pora moraju biti veće od ~7 nm. Za odvajanje velikih biomolekula potrebne su veličine pora do 100 nm kako bi se postiglo učinkovito odvajanje.
Literatura/Reference
- Czaplicki, Sylwester (2013.): Kromatografija u analizi bioaktivnosti spojeva. U: Kromatografija na stupcu, Dr. Dean Martin (ur.), InTech, DOI: 10.5772/55620.
- Hayes, Richard; Ahmeda, Adham; Edge, Tony; Zhang, Haifei (2014.): Čestice jezgre i ljuske: priprema, osnove i primjene u tekućinskoj kromatografiji visoke učinkovitosti. J. Chromatogr. A 1357, 2014. 36–52.
- Sharma, SD; Singh, Shailandra (2013.): Sinteza i karakterizacija visokoučinkovitog nanosulfiranog cirkonijevog oksida preko silicijevog dioksida: katalizator jezgre i ljuske ultrazvučnim zračenjem. American Journal of Chemistry 3(4), 2013. 96-104