Modifica delle particelle ad ultrasuoni per colonne HPLC
- Le sfide dell'HPLC sono una separazione rapida ed efficiente per una vasta gamma di campioni.
- L'sonicazione permette di modificare e funzionalizzare le nano particelle, come ad esempio le microsfere di silice o di zirkonia.
- L'ultrasonicazione è una tecnica di grande successo per sintetizzare particelle di silice a conchiglia, in particolare per colonne HPLC.
Modifica ad ultrasuoni delle particelle di silice
La struttura e la dimensione delle particelle, così come la dimensione dei pori e la pressione della pompa sono i parametri più importanti che influenzano l'analisi HPLC.
La maggior parte dei sistemi HPLC funziona con la fase stazionaria attiva collegata all'esterno di piccole particelle sferiche di silice. Le particelle sono perle molto piccole nel micro e nano-gamma. Le dimensioni delle particelle delle perle variano, ma la dimensione delle particelle di circa 5 µm è la più comune. Le particelle più piccole forniscono una superficie più ampia e una migliore separazione, ma la pressione richiesta per una velocità lineare ottimale aumenta all'inverso del diametro delle particelle al quadrato. Ciò significa che utilizzando particelle della metà delle dimensioni e alla stessa dimensione della colonna, le prestazioni raddoppiano, ma allo stesso tempo la pressione richiesta viene quadruplicata.
Potenza ultrasuoni è uno strumento ben noto e collaudato per la modifica / funzionalizzazione e dispersione di micro e nano-particelle come la silice. Grazie ai suoi risultati uniformi e altamente affidabili nel trattamento delle particelle, la sonicazione è il metodo preferito per produrre particelle funzionalizzate (ad es. particelle a conchiglia). L'ultrasuono di potenza crea vibrazioni, cavitazione e induce energia per reazioni chimico-sonore. In questo modo, gli ultrasuoni ad alta potenza sono utilizzati con successo per il trattamento delle particelle, tra cui funzionalizzazione/modifica, Riduzione delle dimensioni & dispersione così come per Sintesi (ad esempio percorsi sol-gel).
Vantaggi della modifica / funzionalizzazione delle particelle ad ultrasuoni
- facile controllo sulla dimensione e la modifica delle particelle
- controllo completo dei parametri di processo
- Scalabilità lineare
- applicabile da volumi molto piccoli a volumi molto grandi
- sicuro, utente- & Rispettoso dell'ambiente
Le colonne HPLC sono per lo più imballate con silice.
Sistema industriale ad ultrasuoni per processi in linea
Preparazione ad ultrasuoni di particelle di silice a conchiglia centrale
Particelle di silice del guscio del nocciolo (nucleo solido con guscio poroso o superficialmente poroso) sono stati sempre più utilizzati per una separazione ad alta efficienza con portate rapide e contropressione relativamente bassa. I vantaggi risiedono nel loro nucleo solido e nel guscio poroso: La particella completa del guscio dell'anima forma una particella più grande e permette di azionare l'HPLC ad una minore contropressione, mentre il guscio poroso e il piccolo nucleo solido stesso forniscono una maggiore superficie per il processo di separazione. Il vantaggio dell'utilizzo di particelle di conchiglia come materiale di imballaggio per colonne HPLC è che il minor volume dei pori riduce il volume presente per l'allargamento dalla diffusione longitudinale. La dimensione delle particelle e lo spessore del guscio poroso hanno un'influenza diretta sui parametri di separazione. (cfr. Hayes et al. 2014)
I materiali di imballaggio più frequentemente utilizzati per le colonne HPLC imballate sono le tradizionali microsfere di silice. Anche le particelle del guscio del nucleo utilizzate per la cromatografia sono di solito fatte di silice, ma con un nucleo solido e un guscio poroso. Le particelle di silice del nucleo del guscio del nucleo, utilizzate per le applicazioni cromatografiche, sono note anche come particelle fused-core, solid core o superficialmente porose.
Gel di silice può essere sintetizzato attraverso il percorso sono-chimico sol-gel. I gel di silice sono lo strato sottile più frequentemente utilizzato per la separazione di sostanze attive mediante cromatografia a strato sottile (TLC).
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La sintesi ultrasonica (sono-sintesi) può essere facilmente applicata alla sintesi di altri metalli supportati dal silicio o ossidi metallici, come il TiO2/SiO2, CuO/SiO2, Pt/SiO2, Au/SiO2 e molti altri, ed è utilizzato non solo per la modificazione della silice per cartucce cromatografiche, ma anche per varie reazioni catalitiche industriali.
Dispersione ultrasonica
Una dispersione fine e un deagglomerato di particelle è particolarmente importante per ottenere le massime prestazioni del materiale. Così, per una separazione ad alte prestazioni, come particelle di silice monodisperse di diametro inferiore vengono utilizzate come particelle di imballaggio. La sonicazione si è dimostrata più efficace nella dispersione della silice rispetto ad altri metodi di miscelazione ad alto taglio.
Il grafico sottostante mostra il risultato della dispersione ad ultrasuoni di silice piumata in acqua. Le misure sono state ottenute utilizzando un Malvern Mastersizer 2000.
Prima e dopo la sonicazione: La curva verde mostra la dimensione delle particelle prima della sonicazione, la curva rossa è la distribuzione granulometrica della silice ultrasonicamente dispersa.
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Dispersore ad ultrasuoni UIP1500hdT (1500W)
Letteratura/riferimenti
- Czaplicki, Sylwester (2013): Cromatografia nell'analisi della bioattività dei composti. Dentro: Colonna Cromatografia, Dr. Dean Martin (Ed.), InTech, DOI: 10.5772/55620.
- Hayes, Richard; Ahmeda, Adham; Edge, Tony; Zhang, Haifei (2014): Particelle del guscio del nucleo: Preparazione, fondamenti e applicazioni nella cromatografia liquida ad alte prestazioni. J. Chromatogr. A 1357, 2014. 36–52.
- Sharma, S.D.; Singh, Shailandra (2013): Sintesi e caratterizzazione di Zirconia Nano Solfato Nano altamente efficace su Silice: Catalizzatore a conchiglia a ultrasuoni per irraggiamento ad ultrasuoni. American Journal of Chemistry 3(4), 2013. 96-104
Particolarità / Cose da sapere
Informazioni su HPLC
La cromatografia può essere descritta come un processo di trasferimento di massa che comporta l'adsorbimento. La cromatografia liquida ad alte prestazioni (precedentemente nota anche come cromatografia liquida ad alta pressione) è una tecnica di analisi con la quale ogni componente di una miscela può essere separato, identificato e quantificato. In alternativa, cromatografia su scala preparatoria utilizzata per la purificazione di grandi lotti di materiale su scala di produzione. Gli analiti tipici sono molecole organiche, biomolecole, ioni e polimeri.
Il principio della separazione HPLC si basa su una fase mobile (acqua, solventi organici, ecc.) che passa attraverso una fase stazionaria (particolato di silice, monoliti, ecc.) in una colonna. Ciò significa che un solvente liquido pressurizzato, che contiene i composti disciolti (soluzione campione), viene pompato attraverso una colonna riempita con un materiale adsorbente solido (ad es. particelle di silice modificata). Poiché ogni componente del campione interagisce in modo leggermente diverso con il materiale adsorbente, le portate dei diversi componenti variano e portano alla separazione dei componenti che fuoriescono dalla colonna. La composizione e la temperatura della fase mobile sono parametri molto importanti per il processo di separazione che influenzano le interazioni che avvengono tra i componenti del campione e l'adsorbente. La separazione si basa sulla suddivisione dei composti verso la fase stazionaria e mobile.
I risultati delle analisi dell'HPLC sono visualizzati sotto forma di cromatogramma. Un cromatogramma è un diagramma bidimensionale con l'ordinata (asse y) che dà la concentrazione in termini di risposta del rivelatore e l'ascissa (asse x) rappresenta il tempo.
Particelle di silice per cartucce imballate
Le particelle di silice per applicazioni cromatografiche si basano su polimeri di silice sintetica. Sono costituiti principalmente da tetraetossisilano, parzialmente idrolizzato in poliethoxysiloxani per formare un liquido viscoso che può essere emulsionato in una miscela di acqua etilenica con sonicazione continua. L'agitazione ultrasonica crea particelle sferiche, che vengono trasformate in idrogel di silice attraverso una condensazione idrolitica indotta cataliticamente (noto come metodo "Unger"). La condensazione idrolitica provoca un'estesa reticolazione attraverso le specie di silanolo in superficie. Successivamente, le sfere dell'idrogel vengono calcinate per produrre uno xerogel. Le dimensioni delle particelle e dei pori del silice xerogel altamente poroso (gel-sol) sono influenzati dal valore di pH, dalla temperatura, dal catalizzatore e dai solventi utilizzati, nonché dalla concentrazione di sol di silice.
Particelle non porose o particelle porose
Sia le microsfere di silice non porose che quelle porose sono utilizzate come fase stazionaria nelle colonne HPLC. Per le piccole particelle non porose, la separazione avviene sulla superficie della particella e la fasciatura è alleviata a causa del breve percorso di diffusione, il che consente un trasferimento di massa più veloce. Tuttavia, la bassa superficie risulta in risultati più imprecisi, poiché la ritenzione, il tempo di ritenzione, la selettività e quindi la risoluzione sono limitati. Anche la capacità di carico è un fattore critico. Microsfere di silice porosa forniscono oltre alla superficie delle particelle anche la superficie dei pori, che offre una maggiore area di contatto per interagire con gli analiti. Per garantire un sufficiente trasporto di massa durante la separazione della fase liquida, le dimensioni dei pori devono avere una dimensione superiore a ∼7nm . Per separare biomolecole di grandi dimensioni, sono necessari pori fino a 100 nm per ottenere una separazione efficiente.