Modifikasi Partikel secara Ultrasonik untuk Kolom HPLC
Tantangan dalam HPLC adalah pemisahan yang cepat dan efisien untuk beragam sampel. Sonikasi memungkinkan modifikasi dan fungsionalisasi nanopartikel, misalnya mikrosfer silika atau zirkonia. Ultrasonikasi merupakan teknik yang sangat berhasil untuk menyintesis partikel silika inti–cangkang, khususnya untuk kolom HPLC.
Modifikasi Ultrasonik Partikel Silika
Struktur partikel dan ukuran partikel serta ukuran pori dan tekanan pompa merupakan parameter terpenting yang memengaruhi analisis HPLC.
Sebagian besar sistem HPLC beroperasi dengan fase diam aktif yang melekat pada bagian luar partikel silika berbentuk bola kecil. Partikel tersebut berupa manik-manik sangat kecil dalam rentang mikro dan nano. Ukuran partikel manik-manik tersebut bervariasi, tetapi ukuran partikel sekitar 5µm adalah yang paling umum. Partikel yang lebih kecil memberikan luas permukaan yang lebih besar dan pemisahan yang lebih baik, tetapi tekanan yang diperlukan untuk kecepatan linear optimal meningkat berbanding terbalik dengan kuadrat diameter partikel. Ini berarti bahwa penggunaan partikel berukuran setengahnya pada ukuran kolom yang sama menggandakan kinerja, tetapi pada saat yang sama tekanan yang diperlukan menjadi empat kali lipat.
Ultrasonik berdaya tinggi merupakan sarana yang dikenal luas dan telah terbukti untuk modifikasi / fungsionalisasi serta dispersi partikel mikro dan nano seperti silika. Karena memberikan hasil yang seragam dan sangat andal dalam pemrosesan partikel, sonikasi menjadi metode pilihan untuk menghasilkan partikel yang difungsionalisasi (misalnya partikel inti–cangkang). Ultrasonik berdaya tinggi menghasilkan getaran, kavitasi, dan memasok energi untuk reaksi sonokimia. Dengan demikian, ultrasonikator berdaya tinggi berhasil digunakan untuk perlakuan partikel yang mencakup fungsionalisasi / modifikasi, pengecilan ukuran & dispersi serta untuk sintesis nanopartikel (misalnya jalur sol-gel).
Keunggulan modifikasi / fungsionalisasi partikel secara ultrasonik
- pengendalian ukuran dan modifikasi partikel yang mudah
- kendali penuh atas parameter proses
- skalabilitas linear
- dapat diterapkan pada volume yang sangat kecil hingga sangat besar
- aman, ramah pengguna & ramah lingkungan
Sonikator tipe probe UP400ST yang mendispersikan dan memfungsionalisasi nanopartikel silika
Preparasi Ultrasonik Partikel Silika Inti–Cangkang
Partikel silika inti–cangkang (inti padat dengan cangkang berpori atau berpori pada lapisan permukaan) semakin banyak digunakan untuk pemisahan yang sangat efisien dengan laju alir tinggi dan tekanan balik yang relatif rendah. Keunggulannya terletak pada inti padat dan cangkang berporinya: Partikel inti–cangkang secara keseluruhan membentuk partikel yang lebih besar dan memungkinkan pengoperasian HPLC pada tekanan balik yang lebih rendah, sementara cangkang berpori dan inti padat kecil itu sendiri memberikan luas permukaan yang lebih besar untuk proses pemisahan. Manfaat penggunaan partikel inti–cangkang sebagai bahan pengisi kolom HPLC adalah volume pori yang lebih kecil mengurangi volume yang tersedia untuk pelebaran akibat difusi longitudinal. Ukuran partikel dan ketebalan cangkang berpori berpengaruh langsung terhadap parameter pemisahan. (bandingkan Hayes et al. 2014)
Bahan pengisi yang paling sering digunakan untuk kolom HPLC berkemas adalah mikrosfer silika konvensional. Partikel inti–cangkang yang digunakan untuk kromatografi biasanya juga terbuat dari silika, tetapi memiliki inti padat dan cangkang berpori. Partikel silika inti–cangkang yang digunakan untuk aplikasi kromatografi juga dikenal sebagai partikel fused-core, inti padat, atau berpori pada lapisan permukaan.
Gel silika dapat disintesis melalui jalur sol-gel sonokimia. Gel silika merupakan lapisan tipis yang paling sering digunakan untuk pemisahan zat aktif melalui kromatografi lapis tipis (TLC).
Klik di sini untuk mempelajari lebih lanjut tentang jalur sonokimia untuk proses sol-gel!
Sintesis ultrasonik (sonosintesis) dapat dengan mudah diterapkan untuk sintesis logam atau oksida logam lain dengan penyangga silika, seperti TiO2/SiO2, CuO/SiO2, Pt/SiO2>, Au/SiO2 dan banyak lainnya, serta digunakan tidak hanya untuk modifikasi silika bagi kartrid kromatografi, tetapi juga untuk berbagai reaksi katalitik industri.
Baca lebih lanjut tentang sonikator untuk fungsionalisasi nanopartikel bagi kolom HPLC
Dispersi Ultrasonik Nanopartikel
Dispersi partikel hingga berukuran halus dan deaglomerasi partikel sangat penting untuk memperoleh kinerja penuh material. Oleh karena itu, untuk pemisahan berkinerja tinggi, partikel silika monodispersi dengan diameter lebih kecil digunakan sebagai partikel pengisi. Sonikasi telah terbukti lebih efektif dalam mendispersikan silika dibandingkan metode pencampuran bergeser tinggi lainnya.
Grafik di bawah menunjukkan hasil pendispersian ultrasonik silika pirogenik dalam air. Pengukuran diperoleh menggunakan Malvern Mastersizer 2000.
Sebelum dan sesudah sonikasi: Kurva hijau menunjukkan ukuran partikel sebelum sonikasi, sedangkan kurva merah menunjukkan distribusi ukuran partikel silika yang didispersikan secara ultrasonik.
Klik di sini untuk membaca lebih lanjut tentang pendispersian ultrasonik Silika (SiO2)!
Pemadatan Serbuk menggunakan Sonikasi
Densitas serbuk dalam kolom HPLC sangat penting untuk mencapai efisiensi pemisahan yang tinggi, kinerja kolom yang stabil, karakteristik aliran yang konsisten, waktu retensi yang akurat, resolusi yang lebih baik, dan masa pakai kolom yang lebih panjang. Memastikan densitas pengisian yang sesuai dan seragam merupakan dasar bagi pengoperasian sistem HPLC yang andal dan efektif. Pemadatan serbuk secara ultrasonik dapat membantu mengisi kolom dan kartrid HPLC secara efisien dengan densitas serbuk yang optimal.
Pelajari lebih lanjut tentang pemadatan serbuk secara ultrasonik!
Sonikator industri untuk dispersi nanopartikel dengan kapasitas pemrosesan yang tinggi
Fakta yang Perlu Diketahui
Apa itu Kromatografi Cair Kinerja Tinggi (HPLC)?
Kromatografi dapat dijelaskan sebagai proses perpindahan massa yang melibatkan adsorpsi. Kromatografi cair kinerja tinggi (sebelumnya juga dikenal sebagai kromatografi cair tekanan tinggi) merupakan teknik analisis yang memungkinkan setiap komponen suatu campuran dipisahkan, diidentifikasi, dan dikuantifikasi. Sebagai alternatif, kromatografi skala preparatif digunakan untuk pemurnian batch material dalam jumlah besar pada skala produksi. Analit yang umum adalah molekul organik, biomolekul, ion, dan polimer.
Prinsip pemisahan HPLC bergantung pada fase gerak (air, pelarut organik, dll.) yang dialirkan melalui fase diam (bahan pengisi berupa partikel silika, monolit, dll.) di dalam kolom. Ini berarti pelarut cair bertekanan yang mengandung senyawa terlarut (larutan sampel) dipompa melalui kolom yang diisi dengan bahan adsorben padat (misalnya partikel silika termodifikasi). Karena setiap komponen dalam sampel berinteraksi sedikit berbeda dengan bahan adsorben, laju alir berbagai komponen berbeda-beda sehingga komponen tersebut terpisah saat mengalir keluar dari kolom. Komposisi dan suhu fase gerak merupakan parameter yang sangat penting bagi proses pemisahan, yang memengaruhi interaksi antara komponen sampel dan adsorben. Pemisahan didasarkan pada partisi senyawa antara fase diam dan fase gerak.
Hasil analisis HPLC divisualisasikan sebagai kromatogram. Kromatogram merupakan diagram dua dimensi dengan ordinat (sumbu y) yang menunjukkan konsentrasi berdasarkan respons detektor dan absis (sumbu x) yang mewakili waktu.
Partikel Silika untuk Kartrid Berkemas
Partikel silika untuk aplikasi kromatografi berbasis polimer silika sintetis. Sebagian besar dibuat dari tetraetoksisilana yang dihidrolisis sebagian menjadi polietoksisiloksana untuk membentuk cairan kental yang dapat diemulsikan dalam campuran etanol dan air dengan sonikasi kontinu. Agitasi ultrasonik menghasilkan partikel berbentuk bola, yang diubah menjadi hidrogel silika melalui kondensasi hidrolitik yang diinduksi secara katalitik (dikenal sebagai metode ‘Unger’). Kondensasi hidrolitik menyebabkan pembentukan ikatan silang yang luas melalui spesies silanol pada permukaan. Setelah itu, bola-bola hidrogel dikalsinasi untuk menghasilkan xerogel. Ukuran partikel dan ukuran pori xerogel silika yang sangat berpori (sol-gel) dipengaruhi oleh nilai pH, suhu, katalis dan pelarut yang digunakan, serta konsentrasi sol silika.
Partikel Tidak Berpori vs Berpori
Mikrosfer silika tidak berpori maupun berpori digunakan sebagai fase diam dalam kolom HPLC. Untuk partikel kecil yang tidak berpori, pemisahan terjadi pada permukaan partikel dan pelebaran pita berkurang karena jalur difusi yang pendek, sehingga perpindahan massa berlangsung lebih cepat. Namun, luas permukaan yang kecil menghasilkan hasil yang kurang tepat karena retensi, waktu retensi, selektivitas, dan akibatnya resolusi menjadi terbatas. Kapasitas pemuatan juga merupakan faktor penting. Selain permukaan partikel, mikrosfer silika berpori juga menyediakan permukaan pori, yang menawarkan area kontak lebih luas untuk berinteraksi dengan analit. Untuk memastikan perpindahan massa yang memadai selama pemisahan fase cair, ukuran pori harus lebih dari ∼7nm. Untuk memisahkan biomolekul besar, diperlukan ukuran pori hingga 100nm agar pemisahan berlangsung efisien.
Literatur/Referensi
- Czaplicki, Sylwester (2013): Kromatografi dalam Analisis Bioaktivitas Senyawa. Dalam: Column Chromatography, Dr. Dean Martin (Ed.), InTech, DOI: 10.5772/55620.
- Hayes, Richard; Ahmeda, Adham; Tepi, Tony; Zhang, Haifei (2014): Partikel inti-cangkang: Persiapan, dasar-dasar dan aplikasi dalam kromatografi cair kinerja tinggi. J. Kromatografi. A 1357, 2014. 36–52.
- Sharma, S.D.; Singh, Shailandra (2013): Sintesis dan Karakterisasi Zirkonia Nano Sulfat yang Sangat Efektif di atas Silika: Katalis Core-Shell dengan Iradiasi Ultrasonik. American Journal of Chemistry 3(4), 2013. 96–104