Modificazione delle particelle a ultrasuoni per le colonne HPLC
Le sfide dell'HPLC sono una separazione rapida ed efficiente per un'ampia gamma di campioni. La sonicazione consente di modificare e funzionalizzare le nano particelle, ad esempio le microsfere di silice o di zirconio. L'ultrasonicazione è una tecnica di grande successo per sintetizzare particelle di silice core-shell, in particolare per le colonne HPLC.
Modifica a ultrasuoni delle particelle di silice
La struttura e la dimensione delle particelle, nonché 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 attaccata all'esterno di piccole particelle sferiche di silice. Le particelle sono microsfere molto piccole, di dimensioni micro e nano. Le dimensioni delle particelle delle microsfere variano, ma la dimensione più comune è di circa 5µm. Le particelle più piccole offrono una superficie maggiore e una migliore separazione, ma la pressione necessaria per ottenere una velocità lineare ottimale aumenta dell'inverso del diametro delle particelle al quadrato. Ciò significa che utilizzando particelle di dimensioni dimezzate e con la stessa dimensione della colonna, si raddoppiano le prestazioni, ma allo stesso tempo si quadruplica la pressione richiesta.
Gli ultrasuoni di potenza sono uno strumento ben noto e collaudato per la modifica/funzionalizzazione e la dispersione di micro e nano particelle come la silice. Grazie ai suoi risultati uniformi e altamente affidabili nella lavorazione delle particelle, la sonicazione è il metodo preferito per produrre particelle funzionalizzate (ad esempio particelle core-shell). Gli ultrasuoni di potenza creano vibrazioni, cavitazione e inducono energia per le reazioni sicochimiche. Pertanto, gli ultrasuonatori ad alta potenza sono utilizzati con successo per il trattamento delle particelle, tra cui funzionalizzazione / modifica, Riduzione delle dimensioni & dispersione e per le nanoparticelle sintesi (ad es. percorsi sol-gel).
Vantaggi della modifica/funzionalizzazione delle particelle con gli ultrasuoni
- facile controllo della dimensione e della modifica delle particelle
- pieno controllo dei parametri di processo
- scalabilità lineare
- applicabile da volumi molto piccoli a molto grandi
- sicuro, di facile utilizzo. & Rispettoso dell'ambiente
Sonicatore a sonda UP400St dispersione e funzionalizzazione di nanoparticelle di silice
Preparazione ad ultrasuoni di particelle di silice a guscio centrale
Particelle di silice a guscio centrale (nucleo solido con guscio poroso o superficialmente poroso) sono stati sempre più utilizzati per una separazione altamente efficiente con una rapida portata e una contropressione relativamente bassa. I vantaggi risiedono nel nucleo solido e nel guscio poroso: La particella core-shell completa forma una particella più grande e consente di operare l'HPLC a una contropressione più bassa, mentre il guscio poroso e il piccolo nucleo solido stesso forniscono una maggiore area superficiale per il processo di separazione. I vantaggi dell'uso di particelle core-shell come materiale di riempimento per le colonne HPLC sono che il volume dei pori più piccolo 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 impaccate sono le tradizionali microsfere di silice. Anche le particelle core-shell utilizzate per la cromatografia sono solitamente costituite da silice, ma con un nucleo solido e un guscio poroso. Le particelle di silice core-shell utilizzate per le applicazioni cromatografiche sono note anche come particelle a nucleo fuso, a nucleo solido o superficialmente porose.
gel di silice possono essere sintetizzati attraverso la via sonochemica sol-gel. I gel di silice sono lo strato sottile più utilizzato per la separazione di sostanze attive mediante cromatografia su strato sottile (TLC).
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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.
Ulteriori informazioni sui sonicatori per la funzionalizzazione di nanoparticelle per colonne HPLC
dispersione ultrasonica di nanoparticelle
La dispersione e la deagglomerazione di particelle di dimensioni fini è particolarmente importante per ottenere tutte le prestazioni del materiale. Per questo motivo, per una separazione ad alte prestazioni si utilizzano particelle di silice monodisperse con diametri più piccoli come particelle di imballaggio. È stato dimostrato che la sonicazione è più efficace nella dispersione della silice rispetto ad altri metodi di miscelazione ad alto coefficiente di taglio.
Il grafico sottostante mostra il risultato della dispersione a ultrasuoni di silice pirogenica in acqua. Le misure sono state ottenute con un Malvern Mastersizer 2000.
Prima e dopo la sonicazione: La curva verde mostra la dimensione delle particelle prima della sonicazione, mentre la curva rossa è la distribuzione delle dimensioni delle particelle di silice dispersa ad ultrasuoni.
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Compattazione della polvere mediante sonicazione
La densità della polvere nelle colonne HPLC è essenziale per ottenere un'elevata efficienza di separazione, prestazioni stabili della colonna, caratteristiche di flusso costanti, tempi di ritenzione accurati, una migliore risoluzione e una maggiore durata della colonna. Garantire una densità di riempimento appropriata e uniforme è fondamentale per il funzionamento affidabile ed efficace dei sistemi HPLC. La compattazione della polvere a ultrasuoni può aiutare a riempire in modo efficiente le colonne e le cartucce HPLC con una densità di polvere ottimale.
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Sonicatori industriali per la dispersione ad alta produttività di nanoparticelle
Particolarità / Cose da sapere
Che cos'è la cromatografia liquida ad alta prestazione (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 che consente di separare, identificare e quantificare ciascun componente di una miscela. In alternativa, la cromatografia su scala preparativa è 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 sul passaggio di una fase mobile (acqua, solventi organici, ecc.) attraverso una fase stazionaria (particelle di silice, monoliti, ecc.) in una colonna. Ciò significa che un solvente liquido pressurizzato, che contiene i composti disciolti (soluzione del campione), viene pompato attraverso una colonna riempita con un materiale adsorbente solido (ad esempio, particelle di silice modificata). Poiché ogni componente del campione interagisce in modo leggermente diverso con il materiale adsorbente, le velocità di flusso per i diversi componenti variano e portano quindi alla separazione dei componenti mentre escono dalla colonna. La composizione e la temperatura della fase mobile sono parametri molto importanti per il processo di separazione e influenzano le interazioni che avvengono tra i componenti del campione e l'adsorbente. La separazione si basa sulla partizione dei composti verso la fase stazionaria e mobile.
I risultati dell'analisi HPLC vengono visualizzati sotto forma di cromatogramma. Un cromatogramma è un diagramma bidimensionale in cui l'ordinata (asse y) indica la concentrazione in termini di risposta del rivelatore e l'ascissa (asse x) rappresenta il tempo.
Particelle di silice per cartucce confezionate
Le particelle di silice per applicazioni cromatografiche sono basate su polimeri di silice sintetici. Nella maggior parte dei casi sono costituite da tetraetossisilano che viene parzialmente idrolizzato a polietossisilossano per formare un liquido viscoso che può essere emulsionato in una miscela di etanolo e acqua sotto continua sonicazione. L'agitazione a ultrasuoni crea particelle sferiche, che vengono trasformate in idrogeli di silice attraverso una condensazione idrolitica catalitica (nota come metodo "Unger"). La condensazione idrolitica provoca una reticolazione estesa attraverso le specie silanoliche di superficie. Successivamente, le sfere di idrogel vengono calcinate per produrre uno xerogel. La dimensione delle particelle e dei pori dello xerogel di silice altamente poroso (sol-gel) sono influenzati dal valore del pH, dalla temperatura, dal catalizzatore e dai solventi utilizzati, nonché dalla concentrazione di sol di silice.
Particelle non porose e 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 l'allargamento delle bande è attenuato dal breve percorso di diffusione, con un trasferimento di massa più rapido. Tuttavia, la bassa area superficiale porta a risultati più inesatti, poiché ritenzione, tempo di ritenzione, selettività e quindi risoluzione sono limitati. Anche la capacità di carico è un fattore critico. Le microsfere di silice porosa forniscono, oltre alla superficie della particella, 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 in fase liquida, i pori devono avere una dimensione superiore a ∼7nm. Per separare biomolecole di grandi dimensioni, sono necessarie dimensioni dei pori fino a 100 nm per ottenere una separazione efficiente.
Letteratura/riferimenti
- Czaplicki, Sylwester (2013): La cromatografia nell'analisi della bioattività dei composti. In: Column Chromatography, Dr. Dean Martin (Ed.), InTech, DOI: 10.5772/55620.
- Hayes, Richard; Ahmeda, Adham; Edge, Tony; Zhang, Haifei (2014): Particelle core-shell: Preparation, fundamentals and applications in high performance liquid chromatography. J. Chromatogr. A 1357, 2014. 36-52.
- Sharma, S.D.; Singh, Shailandra (2013): Sintesi e caratterizzazione di zirconia nano-solfatata altamente efficace su silice: Catalizzatore Core-Shell mediante irradiazione ultrasonica. American Journal of Chemistry 3(4), 2013. 96-104