Ultrahangos részecskemódosítás HPLC oszlopokhoz
A HPLC kihívásai a minták széles körének gyors és hatékony szétválasztása. A szonikálás lehetővé teszi a nanorészecskék, pl. szilícium-dioxid vagy cirkónia mikrogömbök módosítását és funkcionalizálását. Az ultrahangos kezelés nagyon sikeres technika a mag-héj szilícium-dioxid részecskék szintetizálására, különösen a HPLC oszlopok esetében.
A szilícium-dioxid részecskék ultrahangos módosítása
A részecskeszerkezet és a részecskeméret, valamint a pórusméret és a szivattyúnyomás a HPLC-elemzést befolyásoló legfontosabb paraméterek.
A legtöbb HPLC-rendszer úgy működik, hogy az aktív állófázis a kis gömb alakú szilícium-dioxid részecskék külsejéhez kapcsolódik. A részecskék nagyon kicsi gyöngyök a mikro- és nanotartományban. A gyöngyök szemcsemérete változó, de a kb. 5 μm-es szemcseméret a leggyakoribb. A kisebb részecskék nagyobb felületet és jobb elválasztást biztosítanak, de az optimális lineáris sebességhez szükséges nyomás a részecskeátmérő négyzetének inverzével nő. Ez azt jelenti, hogy a fele méretű és azonos oszlopméretű részecskék használata megduplázza a teljesítményt, ugyanakkor a szükséges nyomás megnégyszereződik.
A teljesítmény ultrahang egy jól ismert és bevált eszköz a mikro- és nanorészecskék, például a szilícium-dioxid módosítására / funkcionalizálására és diszperziójára. A részecskefeldolgozás egységes és rendkívül megbízható eredményei miatt az ultrahangos kezelés az előnyben részesített módszer a funkcionalizált részecskék (pl. Maghéj részecskék) előállítására. A teljesítmény ultrahang rezgést, kavitációt hoz létre és energiát indukál a szonokémiai reakciókhoz. Ezáltal a nagy teljesítményű ultrahangos készülékeket sikeresen használják részecskekezelésekhez, beleértve funkcionalizálás / módosítás, Méretcsökkentés & diszperzió valamint a nanorészecskék esetében szintézis (pl. Sol-Gel útvonalak).
Az ultrahangos részecskemódosítás / funkcionalizálás előnyei
- A szemcsék méretének és módosításának egyszerű szabályozása
- teljes ellenőrzés a folyamatparaméterek felett
- lineáris méretezhetőség
- nagyon kicsitől nagyon nagy mennyiségig alkalmazható
- biztonságos, felhasználó- & környezetbarát
Szonda típusú szonikátor UP400St szilícium-dioxid nanorészecskék diszpergálása és funkcionalizálása
A mag-héj szilícium-dioxid részecskék ultrahangos előkészítése
Maghéj szilícium-dioxid részecskék (tömör mag porózus héjjal vagy felületesen porózus) egyre gyakrabban használják a rendkívül hatékony elválasztáshoz, gyors áramlási sebességgel és viszonylag alacsony ellennyomással. Az előnyök a szilárd magban és a porózus héjban rejlenek: A teljes maghéj részecske nagyobb részecskét képez, és lehetővé teszi a HPLC alacsonyabb ellennyomáson történő működtetését, míg maga a porózus héj és a kis szilárd mag nagyobb felületet biztosít az elválasztási folyamathoz. A maghéj részecskék HPLC-oszlopok csomagolóanyagaként való felhasználásának előnye, hogy a kisebb pórustérfogat csökkenti a longitudinális diffúzióból származó tágulás térfogatát. A részecskeméret és a porózus héj vastagsága közvetlenül befolyásolja az elválasztási paramétereket. (vö. Hayes et al. 2014)
A töltött HPLC-oszlopok leggyakrabban használt csomagolóanyagai a hagyományos szilícium-dioxid mikrogömbök. A kromatográfiához használt maghéjrészecskék általában szintén szilícium-dioxidból készülnek, de szilárd maggal és porózus héjjal. A kromatográfiás alkalmazásokban használt maghéj-szilícium-dioxid részecskéket olvasztott magnak, szilárd magnak vagy felületesen porózus részecskéknek is nevezik.
szilikagélek Sonokémiai szol-gél úton szintetizálható. A szilikagélek a leggyakrabban használt vékonyrétegek a hatóanyagok vékonyréteg-kromatográfiával (TLC) történő elválasztására.
Kattintson ide, ha többet szeretne megtudni a szol-gél folyamatok szonokémiai útvonaláról!
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.
További információ a HPLC oszlopok nanorészecske-funkcionalizálására szolgáló szonikátorokról
A nanorészecskék ultrahangos diszperziója
A részecskék finom méretű diszperziója és deagglomerációja különösen fontos az anyag teljes teljesítményének eléréséhez. Így a nagy teljesítményű elválasztáshoz kisebb átmérőjű monodiszperz szilícium-dioxid részecskéket használnak csomagoló részecskékként. A szonikálás hatékonyabbnak bizonyult a szilícium-dioxid diszpergálásában, mint más nagy nyírási keverési módszerek.
Az alábbi ábra a füstölt szilícium-dioxid vízben történő ultrahangos diszpergálásának eredményét mutatja. A méréseket Malvern Mastersizer 2000 segítségével végeztük.
Szonikálás előtt és után: A zöld görbe a részecskeméretet mutatja az ultrahangos kezelés előtt, a piros görbe az ultrahanggal diszpergált szilícium-dioxid részecskeméret-eloszlása.
Kattintson ide, ha többet szeretne megtudni a szilícium-dioxid ultrahangos diszpergálásáról (SiO2)!
Por tömörítése szonikálással
A HPLC-oszlopok porsűrűsége elengedhetetlen a magas elválasztási hatékonyság, a stabil oszlopteljesítmény, az egyenletes áramlási jellemzők, a pontos retenciós idők, a jobb felbontás és az oszlop hosszabb élettartamának eléréséhez. A megfelelő és egységes csomagolási sűrűség biztosítása alapvető fontosságú a HPLC-rendszerek megbízható és hatékony működéséhez. Az ultrahangos portömörítés segíthet a HPLC oszlopok és patronok hatékony feltöltésében optimális porsűrűséggel.
Tudjon meg többet az ultrahangos portömörítésről!
Ipari szonikátorok a nanorészecskék nagy áteresztőképességű diszperziójához
Tények, amelyeket érdemes tudni
Mi a nagy teljesítményű folyadékkromatográfia (HPLC)?
A kromatográfia adszorpciót magában foglaló tömegátadási folyamatként írható le. A nagynyomású folyadékkromatográfia (korábbi nevén nagynyomású folyadékkromatográfia) olyan elemzési technika, amellyel a keverék minden összetevője elkülöníthető, azonosítható és számszerűsíthető. Alternatív megoldásként preparatív skálakromatográfiát használnak nagy anyagtételek gyártási léptékű tisztítására. A tipikus analitok szerves molekulák, biomolekulák, ionok és polimerek.
A HPLC-szétválasztás elve azon alapul, hogy egy mozgófázist (víz, szerves oldószerek stb.) vezetünk át egy oszlopban lévő állófázison (részecske-dioxid-töltetek, monolitok stb.). Ez azt jelenti, hogy az oldott vegyületeket tartalmazó nyomás alatt álló folyékony oldószert (mintaoldatot) szilárd adszorbens anyaggal (pl. módosított szilícium-dioxid részecskékkel) töltött oszlopon szivattyúzzák át. Mivel a minta egyes komponensei kissé eltérő kölcsönhatásba lépnek az adszorbens anyaggal, a különböző komponensek áramlási sebessége változik, és ezáltal az oszlopból kiáramló komponensek elválasztásához vezet. A mozgó fázis összetétele és hőmérséklete nagyon fontos paraméterek az elválasztási folyamat szempontjából, amelyek befolyásolják a mintakomponensek és az adszorbens közötti kölcsönhatásokat. Az elválasztás a vegyületek álló és mozgó fázis felé történő megoszlásán alapul.
A HPLC elemzési eredményeit kromatogram formájában jelenítjük meg. A kromatogram egy kétdimenziós diagram, ahol az ordináta (y tengely) adja meg a koncentrációt a detektor válasza szempontjából, az abszcissza (x tengely) pedig az időt.
Szilícium-dioxid részecskék csomagolt patronokhoz
A kromatográfiás alkalmazásokhoz használt szilícium-dioxid részecskék szintetikus szilícium-dioxid polimereken alapulnak. Többnyire tetraetoxiszilánból készülnek, amelyek részlegesen hidrolizálódnak polietoxi-sziloxánokká annak érdekében, hogy viszkózus folyadékot képezzenek, amely folyamatos ultrahangos kezelés alatt etanol-víz keverékben emulgeálható. Az ultrahangos keverés gömb alakú részecskéket hoz létre, amelyek katalitikusan indukált hidrolitikus kondenzációval (úgynevezett "Unger" módszer) szilícium-dioxid-hidrogélekké alakulnak át. A hidrolitikus kondenzáció kiterjedt térhálósodást okoz a felszíni szilanol fajokon keresztül. Ezután a hidrogélgömböket kalcinálják, hogy xerogélt kapjanak. Az erősen porózus szilika-xerogél (szol-gél) befolyásolja a pH-érték, a hőmérséklet, a használt katalizátor és oldószerek, valamint a szilícium-dioxid-szol koncentrációja.
Nem porózus vs porózus részecskék
Mind a nemporózus, mind a porózus szilícium-dioxid mikrogömböket állófázisként használják a HPLC oszlopokban. Kisméretű, nem porózus részecskék esetében az elválasztás a részecske felületén történik, és a rövid diffúziós út miatt a sávszélesedés enyhül, ezáltal gyorsabb tömegátadás történik. Az alacsony felület azonban pontatlanabb eredményeket eredményez, mivel a retenció, a retenciós idő, a szelektivitás és ezáltal a felbontás korlátozott. A terhelhetőség szintén kritikus tényező. A porózus szilícium-dioxid mikrogömbök a részecske felületén kívül további pórusfelületet biztosítanak, amely nagyobb érintkezési területet biztosít az analitekkel való kölcsönhatáshoz. A folyadékfázis szétválasztása során a megfelelő tömegszállítás biztosítása érdekében a pórusméreteknek ∼7 nm-nél nagyobbnak kell lenniük. A nagy biomolekulák szétválasztásához akár 100 nm-es pórusméretek is szükségesek a hatékony elválasztás eléréséhez.
Irodalom/Hivatkozások
- Czaplicki, Sylwester (2013): Kromatográfia a vegyületek bioaktivitási elemzésében. In: Oszlopkromatográfia, Dr. Dean Martin (szerk.), InTech, DOI: 10.5772/55620.
- Hayes, Richard; Ahmeda, Adham; Edge, Tony; Zhang, Haifei (2014): Mag-héj részecskék: Előkészítés, alapok és alkalmazások a nagy teljesítményű folyadékkromatográfiában. J. Kromatogr. A 1357, 2014. 36–52.
- Sharma, S.D.; Singh, Shailandra (2013): A rendkívül hatékony nano-szulfátos cirkónium szintézise és jellemzése szilícium-dioxid felett: maghéj katalizátor ultrahangos besugárzással. American Journal of Chemistry 3(4), 2013. 96-104