Մասնիկների ուլտրաձայնային փոփոխում HPLC սյունակների համար
HPLC մեթոդի խնդիրներից է նմուշների լայն շրջանակի արագ և արդյունավետ բաժանումը։ Ուլտրաձայնային մշակումը թույլ է տալիս փոփոխել և ֆունկցիոնալացնել նանոմասնիկները, օրինակ՝ սիլիցիումի երկօքսիդի կամ ցիրկոնիումի երկօքսիդի միկրոգնդերը։ Ուլտրաձայնային մշակումը շատ հաջող տեխնիկա է միջուկ–թաղանթ կառուցվածքով սիլիցիումի երկօքսիդի մասնիկների սինթեզի համար, հատկապես՝ HPLC սյունակների համար։
Սիլիցիումի երկօքսիդի մասնիկների ուլտրաձայնային փոփոխում
Մասնիկների կառուցվածքն ու չափը, ինչպես նաև ծակոտիների չափը և պոմպի ճնշումը HPLC վերլուծության վրա ազդող ամենակարևոր պարամետրերն են։
HPLC համակարգերի մեծ մասն աշխատում է ակտիվ անշարժ ֆազով, որն ամրացված է սիլիցիումի երկօքսիդի փոքր գնդաձև մասնիկների արտաքին մակերեսին։ Մասնիկները միկրո- և նանոտիրույթում գտնվող շատ փոքր գնդիկներ են։ Գնդիկների չափերը տարբեր են, սակայն ամենատարածվածը մոտ 5µm չափն է։ Ավելի փոքր մասնիկներն ապահովում են ավելի մեծ մակերես և ավելի լավ բաժանում, սակայն օպտիմալ գծային արագության համար պահանջվող ճնշումն աճում է մասնիկի տրամագծի քառակուսուն հակադարձ համեմատական։ Սա նշանակում է, որ կիսով չափ փոքր մասնիկների օգտագործումը սյունակի նույն չափի դեպքում կրկնապատկում է արդյունավետությունը, բայց միաժամանակ պահանջվող ճնշումը քառապատկվում է։
Բարձր հզորության ուլտրաձայնը լավ հայտնի և փորձված գործիք է միկրո- և նանոմասնիկների, օրինակ՝ սիլիցիումի երկօքսիդի մասնիկների փոփոխման / ֆունկցիոնալացման և դիսպերսման համար։ Մասնիկների մշակման ընթացքում ստացվող համասեռ և խիստ հուսալի արդյունքների շնորհիվ ուլտրաձայնային մշակումը ֆունկցիոնալացված մասնիկների (օրինակ՝ միջուկ–թաղանթ կառուցվածքով մասնիկների) ստացման նախընտրելի մեթոդն է։ Բարձր հզորության ուլտրաձայնը ստեղծում է տատանումներ, կավիտացիա և էներգիա է հաղորդում սոնոքիմիական ռեակցիաներին։ Այդպիսով, բարձր հզորության ուլտրաձայնային սարքերը հաջողությամբ օգտագործվում են մասնիկների մշակման համար՝ ներառյալ ֆունկցիոնալացումը / փոփոխումը, չափերի փոքրացումն ու դիսպերսումը ինչպես նաև նանոմասնիկների սինթեզը (օրինակ՝ զոլ–գելային ուղիներով).
Մասնիկների ուլտրաձայնային փոփոխման / ֆունկցիոնալացման առավելությունները
- մասնիկների չափի և փոփոխման հեշտ վերահսկում
- գործընթացի պարամետրերի լիակատար վերահսկում
- մասշտաբի գծային մեծացման հնարավորություն
- կիրառելի է շատ փոքրից մինչև շատ մեծ ծավալների համար
- անվտանգ, օգտագործողի համար հարմար և շրջակա միջավայրի նկատմամբ բարենպաստ
UP400ST զոնդային տիպի ուլտրաձայնային սարքը դիսպերսում և ֆունկցիոնալացնում է սիլիցիումի երկօքսիդի նանոմասնիկները
Միջուկ–թաղանթ կառուցվածքով սիլիցիումի երկօքսիդի մասնիկների ուլտրաձայնային պատրաստում
Միջուկ–թաղանթ կառուցվածքով սիլիցիումի երկօքսիդի մասնիկները (հոծ միջուկով և ծակոտկեն թաղանթով կամ մակերեսորեն ծակոտկեն) ավելի ու ավելի հաճախ են օգտագործվում հոսքի մեծ ծախսով և համեմատաբար ցածր հակաճնշմամբ բարձր արդյունավետությամբ բաժանման համար։ Առավելությունները պայմանավորված են դրանց հոծ միջուկով և ծակոտկեն թաղանթով. միջուկ–թաղանթ կառուցվածքով ամբողջական մասնիկը կազմում է ավելի մեծ մասնիկ և թույլ է տալիս HPLC համակարգն աշխատեցնել ավելի ցածր հակաճնշմամբ, մինչդեռ ծակոտկեն թաղանթն ու հենց փոքր հոծ միջուկն ապահովում են բաժանման գործընթացի համար ավելի մեծ մակերես։ HPLC սյունակների լցանյութի համար միջուկ–թաղանթ կառուցվածքով մասնիկների օգտագործման առավելությունն այն է, որ ծակոտիների ավելի փոքր ծավալը նվազեցնում է երկայնական դիֆուզիայից առաջացող լայնացման համար առկա ծավալը։ Մասնիկների չափը և ծակոտկեն թաղանթի հաստությունն ուղղակիորեն ազդում են բաժանման պարամետրերի վրա։ (Տե՛ս Hayes և համահեղինակներ, 2014)
Լցված HPLC սյունակների համար առավել հաճախ օգտագործվող լցանյութերը սիլիցիումի երկօքսիդի սովորական միկրոգնդերն են։ Քրոմատագրության համար օգտագործվող միջուկ–թաղանթ կառուցվածքով մասնիկները նույնպես սովորաբար պատրաստված են սիլիցիումի երկօքսիդից, սակայն ունեն հոծ միջուկ և ծակոտկեն թաղանթ։ Քրոմատագրական կիրառություններում օգտագործվող՝ միջուկ–թաղանթ կառուցվածքով սիլիցիումի երկօքսիդի մասնիկները հայտնի են նաև որպես միաձուլված միջուկով, հոծ միջուկով կամ մակերեսորեն ծակոտկեն մասնիկներ։
Սիլիցիումի երկօքսիդի գելերը կարող են սինթեզվել սոնոքիմիական զոլ–գելային ուղիով։ Սիլիցիումի երկօքսիդի գելերն առավել հաճախ օգտագործվող բարակ շերտն են՝ բարակաշերտ քրոմատագրությամբ (TLC) ակտիվ նյութերի բաժանման համար։
Սեղմեք այստեղ՝ զոլ–գելային գործընթացների սոնոքիմիական ուղու մասին ավելին իմանալու համար։
Ուլտրաձայնային սինթեզը (սոնոսինթեզը) կարող է հեշտությամբ կիրառվել նաև սիլիցիումի երկօքսիդի կրիչի վրա այլ մետաղների կամ մետաղների օքսիդների սինթեզի համար, օրինակ՝ TiO2/SiO2, CuO/SiO2, Pt/SiO2>, Au/SiO2 և շատ այլ նյութերի, և օգտագործվում է ոչ միայն քրոմատագրական քարթրիջների համար սիլիցիումի երկօքսիդի փոփոխման, այլև արդյունաբերական տարբեր կատալիտիկ ռեակցիաների համար։
Կարդացեք ավելին HPLC սյունակների համար նանոմասնիկների ֆունկցիոնալացման նպատակով օգտագործվող ուլտրաձայնային սարքերի մասին
Նանոմասնիկների ուլտրաձայնային դիսպերսում
Նյութի լիարժեք արդյունավետությունն ապահովելու համար հատկապես կարևոր են մասնիկների մանրաչափ դիսպերսումը և դեագլոմերացումը։ Ուստի բարձր արդյունավետությամբ բաժանման համար որպես լցանյութի մասնիկներ օգտագործվում են ավելի փոքր տրամագծերով սիլիցիումի երկօքսիդի մոնոդիսպերս մասնիկներ։ Ապացուցված է, որ սիլիցիումի երկօքսիդի դիսպերսման համար ուլտրաձայնային մշակումն ավելի արդյունավետ է, քան բարձր սահքային ազդեցությամբ խառնման այլ մեթոդները։
Ստորև բերված գրաֆիկը ցույց է տալիս ջրում պիրոգեն սիլիցիումի երկօքսիդի ուլտրաձայնային դիսպերսման արդյունքը։ Չափումները կատարվել են Malvern Mastersizer 2000 սարքի միջոցով։
Ուլտրաձայնային մշակումից առաջ և հետո. կանաչ կորը ցույց է տալիս մասնիկների չափը մինչև ուլտրաձայնային մշակումը, իսկ կարմիր կորը՝ ուլտրաձայնով դիսպերսված սիլիցիումի երկօքսիդի մասնիկների չափային բաշխումը։
Սեղմեք այստեղ՝ սիլիցիումի երկօքսիդի (SiO2) ուլտրաձայնային դիսպերսման մասին ավելին կարդալու համար։
Փոշու խտացում ուլտրաձայնային մշակման միջոցով
HPLC սյունակներում փոշու խտությունն էական նշանակություն ունի բաժանման բարձր արդյունավետության, սյունակի կայուն աշխատանքի, հոսքի հաստատուն բնութագրերի, պահման ճշգրիտ ժամանակների, բարելավված բաժանունակության և սյունակի երկարացված ծառայության ժամկետի ապահովման համար։ Լցանյութի պատշաճ և միատեսակ խտության ապահովումը հիմնարար նշանակություն ունի HPLC համակարգերի հուսալի և արդյունավետ աշխատանքի համար։ Փոշու ուլտրաձայնային խտացումը կարող է օգնել արդյունավետորեն լցնել HPLC սյունակներն ու քարթրիջները՝ ապահովելով փոշու օպտիմալ խտություն։
Իմացեք ավելին փոշու ուլտրաձայնային խտացման մասին։
Արդյունաբերական ուլտրաձայնային սարքեր՝ նանոմասնիկների բարձր արտադրողականությամբ դիսպերսման համար
Փաստեր, որոնք արժե իմանալ
Ի՞նչ է բարձր արդյունավետության հեղուկային քրոմատագրությունը (HPLC)։
Քրոմատագրությունը կարելի է նկարագրել որպես ադսորբցիա ներառող զանգվածափոխանակության գործընթաց։ Բարձր արդյունավետության հեղուկային քրոմատագրությունը (նախկինում հայտնի էր նաև որպես բարձր ճնշման հեղուկային քրոմատագրություն) վերլուծական մեթոդ է, որով կարելի է առանձնացնել, նույնականացնել և քանակապես որոշել խառնուրդի յուրաքանչյուր բաղադրիչը։ Որպես այլընտրանք՝ պրեպարատիվ մասշտաբի քրոմատագրությունն օգտագործվում է արտադրական մասշտաբով նյութի մեծ խմբաքանակների մաքրման համար։ Սովորաբար վերլուծվող նյութերն են օրգանական մոլեկուլները, կենսամոլեկուլները, իոնները և պոլիմերները։
HPLC մեթոդով բաժանման սկզբունքը հիմնված է սյունակում շարժուն ֆազը (ջուր, օրգանական լուծիչներ և այլն) անշարժ ֆազի (սիլիցիումի երկօքսիդի մասնիկներից կազմված լցանյութեր, մոնոլիտներ և այլն) միջով անցկացնելու վրա։ Սա նշանակում է, որ լուծված միացություններ պարունակող ճնշման տակ գտնվող հեղուկ լուծիչը (նմուշի լուծույթը) պոմպով մղվում է պինդ ադսորբենտ նյութով (օրինակ՝ սիլիցիումի երկօքսիդի ձևափոխված մասնիկներով) լցված սյունակի միջով։ Քանի որ նմուշի յուրաքանչյուր բաղադրիչ ադսորբենտ նյութի հետ փոքր-ինչ տարբեր կերպ է փոխազդում, տարբեր բաղադրիչների հոսքի ծախսերը տարբերվում են, ինչի արդյունքում բաղադրիչները բաժանվում են սյունակից դուրս հոսելիս։ Շարժուն ֆազի բաղադրությունը և ջերմաստիճանը բաժանման գործընթացի շատ կարևոր պարամետրեր են, որոնք ազդում են նմուշի բաղադրիչների և ադսորբենտի միջև տեղի ունեցող փոխազդեցությունների վրա։ Բաժանումը հիմնված է անշարժ և շարժուն ֆազերի միջև միացությունների բաշխման վրա։
HPLC վերլուծության արդյունքները ներկայացվում են քրոմատագրի տեսքով։ Քրոմատագիրը երկչափ գծապատկեր է, որի օրդինատը (y առանցքը) ցույց է տալիս կոնցենտրացիան՝ արտահայտված դետեկտորի արձագանքով, իսկ աբսցիսը (x առանցքը) ներկայացնում է ժամանակը։
Սիլիցիումի երկօքսիդի մասնիկներ՝ լցոնված քարթրիջների համար
Քրոմատագրական կիրառությունների համար նախատեսված սիլիցիումի երկօքսիդի մասնիկների հիմքը սիլիցիումի երկօքսիդի սինթետիկ պոլիմերներն են։ Դրանք հիմնականում պատրաստվում են տետրաէթօքսիսիլանից, որը մասնակիորեն հիդրոլիզվում է՝ վերածվելով պոլիէթօքսիսիլօքսանների՝ մածուցիկ հեղուկ ստանալու համար, որը շարունակական ուլտրաձայնային մշակման պայմաններում կարելի է էմուլգացնել էթանոլի և ջրի խառնուրդում։ Ուլտրաձայնային խառնումը ստեղծում է գնդաձև մասնիկներ, որոնք կատալիզով հարուցված հիդրոլիտիկ կոնդենսացման միջոցով վերածվում են սիլիցիումի երկօքսիդի հիդրոգելների (հայտնի է որպես «Ունգերի մեթոդ»)։ Հիդրոլիտիկ կոնդենսացումը մակերևութային սիլանոլային խմբերի միջոցով առաջացնում է լայնածավալ խաչաձև կապակցում։ Այնուհետև հիդրոգելի գնդիկները կալցինացվում են՝ քսերոգել ստանալու համար։ Բարձր ծակոտկենությամբ սիլիցիումի երկօքսիդի քսերոգելի մասնիկների չափը և ծակոտիների չափը (զոլ–գել) կախված են pH-ի արժեքից, ջերմաստիճանից, օգտագործվող կատալիզատորից և լուծիչներից, ինչպես նաև սիլիցիումի երկօքսիդի զոլի կոնցենտրացիայից։
Ոչ ծակոտկեն և ծակոտկեն մասնիկների համեմատություն
HPLC սյունակներում որպես անշարժ ֆազ օգտագործվում են սիլիցիումի երկօքսիդի թե՛ ոչ ծակոտկեն, թե՛ ծակոտկեն միկրոգնդիկներ։ Փոքր ոչ ծակոտկեն մասնիկների դեպքում բաժանումը տեղի է ունենում մասնիկի մակերևույթին, իսկ դիֆուզիայի կարճ ուղու շնորհիվ գոտու լայնացումը նվազում է՝ ապահովելով ավելի արագ զանգվածափոխանակություն։ Սակայն մակերևույթի փոքր մակերեսը հանգեցնում է ավելի ոչ ճշգրիտ արդյունքների, քանի որ պահումը, պահման ժամանակը, ընտրողականությունը և, հետևաբար, բաժանման լուծունակությունը սահմանափակ են։ Բեռնման տարողությունը նույնպես վճռորոշ գործոն է։ Սիլիցիումի երկօքսիդի ծակոտկեն միկրոգնդիկները, բացի մասնիկի մակերևույթից, տրամադրում են նաև ծակոտիների մակերևույթը, որն անալիտների հետ փոխազդելու համար ապահովում է շփման ավելի մեծ մակերես։ Հեղուկ ֆազում բաժանման ընթացքում բավարար զանգվածափոխադրում ապահովելու համար ծակոտիների չափերը պետք է լինեն ∼7nm-ից մեծ։ Խոշոր կենսամոլեկուլների արդյունավետ բաժանման համար անհրաժեշտ են մինչև 100nm չափերով ծակոտիներ։
Գրականություն/Հղումներ
- Czaplicki, Sylwester (2013): Քրոմատագրությունը միացությունների կենսաակտիվության վերլուծության մեջ։ Հրատարակված է՝ «Սյունակային քրոմատագրություն», դոկտոր Dean Martin (խմբ.), InTech, DOI: 10.5772/55620.
- Hayes, Richard; Ahmeda, Adham; Edge, Tony; Zhang, Haifei (2014): Միջուկ–թաղանթ կառուցվածքով մասնիկներ. պատրաստումը, հիմունքները և կիրառությունները բարձր արդյունավետության հեղուկային քրոմատագրության մեջ։ J. Chromatogr. A 1357, 2014. 36–52.
- Sharma, S.D.; Singh, Shailandra (2013): Սիլիցիումի երկօքսիդի կրիչի վրա բարձր արդյունավետության նանոսուլֆատացված ցիրկոնիումի երկօքսիդի սինթեզն ու բնութագրումը. միջուկ–թաղանթ կառուցվածքով կատալիզատոր՝ ուլտրաձայնային ճառագայթմամբ. American Journal of Chemistry 3(4), 2013. 96–104