ულტრაბგერითი ნაწილაკების მოდიფიკაცია HPLC კოლონებისთვის
HPLC-ის გამოწვევებია სწრაფი და ეფექტური განცალკევება ნიმუშების ფართო სპექტრისთვის. ულტრაბგერითი დამუშავება იძლევა ნანონაწილაკების, მაგალითად, სილიციუმის ან ცირკონიუმის მიკროსფეროების, მოდიფიცირებისა და ფუნქციონალიზაციის საშუალებას. ულტრაბგერითი დამუშავება არის ძალიან წარმატებული ტექნიკა გული–გარსი ტიპის სილიციუმის ნაწილაკების სინთეზისთვის, განსაკუთრებით HPLC კოლონებისთვის.
სილიციუმის ნაწილაკების ულტრაბგერითი მოდიფიკაცია
ნაწილაკების სტრუქტურა და ნაწილაკების ზომა, ასევე ფორების ზომა და ტუმბოს წნევა არის HPLC ანალიზზე გავლენა მქონე ყველაზე მნიშვნელოვანი პარამეტრები.
HPLC სისტემების უმეტესობა მუშაობს აქტიური სტაციონარული ფაზით, რომელიც მიმაგრებულია მცირე სფერული სილიციუმის ნაწილაკების გარე ზედაპირზე. ნაწილაკები არის ძალიან მცირე მარცვლები მიკრო- და ნანო-დიაპაზონში. მარცვლების ნაწილაკების ზომები მერყეობს, მაგრამ დაახლოებით 5µm ნაწილაკების ზომა ყველაზე გავრცელებულია. მცირე ნაწილაკები უზრუნველყოფენ უფრო დიდ ზედაპირის ფართობს და უკეთეს განცალკევებას, მაგრამ ოპტიმალური წრფივი სიჩქარისთვის საჭირო წნევა იზრდება ნაწილაკის დიამეტრის კვადრატის უკუპროპორციულად. ეს ნიშნავს, რომ ნახევარი ზომის ნაწილაკების გამოყენება იმავე ზომის კოლონაში ორჯერ ზრდის წარმადობას, მაგრამ ამავდროულად საჭირო წნევა ოთხმაგდება.
ძლიერი ულტრაბგერა არის კარგად ცნობილი და დადასტურებული ინსტრუმენტი მიკრო- და ნანონაწილაკების, როგორიცაა სილიციუმი, მოდიფიკაციის / ფუნქციონალიზაციისა და დისპერსიისთვის. ნაწილაკების დამუშავებაში მისი ერთგვაროვანი და მაღალსაიმედო შედეგების გამო, ულტრაბგერითი დამუშავება არის პრეფერენტული მეთოდი ფუნქციონალიზებული ნაწილაკების (მაგ. გული-გარსი ნაწილაკები) წარმოებისთვის. ძლიერი ულტრაბგერა ქმნის ვიბრაციას, კავიტაციას და იწვევს ენერგიას სონოქიმიური რეაქციებისთვის. ამრიგად, მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი აპარატები წარმატებით გამოიყენება ნაწილაკების დამუშავებისთვის, მათ შორის ფუნქციონალიზაცია / მოდიფიკაცია, ზომის შემცირება და დისპერსია ასევე ნანონაწილაკების სინთეზისთვის (მაგ. ზოლ-გელ გზები).
ულტრაბგერითი ნაწილაკების მოდიფიკაციის / ფუნქციონალიზაციის უპირატესობები
- მარტივი კონტროლი ნაწილაკების ზომასა და მოდიფიკაციაზე
- სრული კონტროლი პროცესის პარამეტრებზე
- წრფივი მასშტაბირებადი
- გამოყენებადი ძალიან მცირედან ძალიან დიდ მოცულობებამდე
- უსაფრთხო, მომხმარებლისა და გარემოსთვის ეკოლოგიურად სუფთა
პრობის ტიპის ულტრაბგერითი აპარატი UP400ST სილიციუმის ნანონაწილაკების დისპერსია და ფუნქციონალიზაცია
გული–გარსი ტიპის სილიციუმის ნაწილაკების ულტრაბგერითი მომზადება
გული–გარსი ტიპის სილიციუმის ნაწილაკები (მყარი გული ფოროვანი გარსით ან ზედაპირულად ფოროვანი) უფრო და უფრო ხშირად გამოიყენება მაღალეფექტური განცალკევებისთვის სწრაფი მოცულობითი ხარჯით და შედარებით დაბალი უკუწნევით. უპირატესობა მდგომარეობს მათ მყარ გულსა და ფოროვან გარსში: მთლიანი გული-გარსი ნაწილაკი ქმნის უფრო დიდ ნაწილაკს და საშუალებას აძლევს HPLC-ს მუშაობა დაბალ უკუწნევაზე, მაშინ როცა ფოროვანი გარსი და მცირე მყარი გული თავად უზრუნველყოფენ უფრო მაღალ ზედაპირის ფართობს განცალკევების პროცესისთვის. გული–გარსი ტიპის ნაწილაკების გამოყენების სარგებელი HPLC კოლონების შევსების მასალად არის ის, რომ მცირე ფორების მოცულობა ამცირებს მოცულობას, რომელიც არსებობს გრძივი დიფუზიით გაფართოებისთვის. ნაწილაკების ზომას და ფოროვანი გარსის სისქეს პირდაპირი გავლენა აქვს განცალკევების პარამეტრებზე. (იხ. Hayes et al. 2014)
შევსებული HPLC კოლონებისთვის ყველაზე ხშირად გამოყენებული შევსების მასალებია ტრადიციული სილიციუმის მიკროსფეროები. ქრომატოგრაფიისთვის გამოყენებული გული–გარსი ტიპის ნაწილაკები ჩვეულებრივ ასევე სილიციუმისგან არის დამზადებული, მაგრამ მყარი გულით და ფოროვანი გარსით. ქრომატოგრაფიული გამოყენებისთვის გამოყენებული გული–გარსი ტიპის სილიციუმის ნაწილაკები ასევე ცნობილია როგორც შერწყმული გულის (fused-core), მყარგულიანი ან ზედაპირულად ფოროვანი ნაწილაკები.
სილიციუმის ჟელეები შეიძლება სინთეზდეს სონოქიმიური ზოლ-გელ გზით. სილიციუმის ჟელეები არის ყველაზე ხშირად გამოყენებული თხელი ფენა აქტიური ნივთიერებების განცალკევებისთვის თხელფენიანი ქრომატოგრაფიის (TLC) საშუალებით.
დააწკაპუნეთ აქ, რომ მეტი გაიგოთ ზოლ-გელ პროცესების სონოქიმიური გზის შესახებ!
ულტრაბგერითი სინთეზი (სონო-სინთეზი) მარტივად შეიძლება გამოყენებულ იქნას სხვა სილიციუმზე დამაგრებული ლითონების ან ლითონის ოქსიდების სინთეზისთვის, როგორიცაა TiO2/SiO2, CuO/SiO2, Pt/SiO2, Au/SiO2 და ბევრი სხვა, და გამოიყენება არა მხოლოდ ქრომატოგრაფიული კარტრიჯებისთვის სილიციუმის მოდიფიკაციისთვის, არამედ სხვადასხვა სამრეწველო კატალიზური რეაქციებისთვის.
გაიგეთ მეტი ნანონაწილაკების ფუნქციონალიზაციისთვის HPLC კოლონებში გამოყენებული სონიკატორების შესახებ
ნანონაწილაკების ულტრაბგერითი დისპერგირება
ნაწილაკების წვრილი დისპერსიული ზომის მიღება და დეაგლომერაცია განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია მასალის სრული ეფექტურობის მისაღწევად. ამიტომ, მაღალი ეფექტურობის მქონე სეპარაციისთვის, როგორც შევსების ნაწილაკები, გამოიყენება მონოდისპერსიული სილიციუმის ნაწილაკები უფრო მცირე დიამეტრით. ულტრაბგერითი დამუშავება დადასტურდა, როგორც სილიციუმის დისპერგირების სხვა მაღალი ძვრის შერევის მეთოდებთან შედარებით უფრო ეფექტური მეთოდი.
ქვემოთ მოცემული გრაფიკი აჩვენებს ულტრაბგერითი დისპერგირების შედეგს წყალში პიროგენული სილიციუმისთვის. გაზომვები მიღებულია Malvern Mastersizer 2000-ის გამოყენებით.
ულტრაბგერითი დამუშავების წინ და შემდეგ: მწვანე მრუდი აჩვენებს ნაწილაკების ზომას ულტრაბგერითი დამუშავების წინ, წითელი მრუდი არის ულტრაბგერითად დისპერგირებული სილიციუმის ნაწილაკების ზომის განაწილება.
დააწკაპუნეთ აქ, რომ გაიგოთ მეტი სილიციუმის (SiO2) ულტრაბგერითი დისპერგირების შესახებ!
ფხვნილის კომპაქტირება ულტრაბგერითი დამუშავების გამოყენებით
ფხვნილის სიმკვრივე HPLC კოლონებში აუცილებელია მაღალი სეპარაციული ეფექტურობის, სტაბილური კოლონური წარმადობის, თანმიმდევრული ნაკადის მახასიათებლების, ზუსტი შეკავების დროების, გაუმჯობესებული გარჩევადობისა და კოლონის ექსპლუატაციის ვადის გახანგრძლივებისთვის. შესაბამისი და ერთგვაროვანი შევსების სიმკვრივის უზრუნველყოფა ფუნდამენტურია HPLC სისტემების საიმედო და ეფექტური ექსპლუატაციისთვის. ულტრაბგერითი ფხვნილის კომპაქტირება ხელს უწყობს HPLC კოლონებისა და კარტრიჯების ეფექტურად შევსებას ოპტიმალური ფხვნილის სიმკვრივით.
გაიგეთ მეტი ულტრაბგერითი ფხვნილის კომპაქტირების შესახებ!
სამრეწველო სონიკატორები ნანონაწილაკების მაღალი გამტარუნარიანობის დისპერგირებისთვის
ფაქტები, რომლებიც ღირს ცოდნა
რა არის მაღალეფექტური სითხური ქრომატოგრაფია (HPLC)?
ქრომატოგრაფია შეიძლება აღიწეროს, როგორც ადსორბციის ჩამოყალიბებით მიმდინარე მასათა გადატანის პროცესი. მაღალეფექტური სითხური ქრომატოგრაფია (რომელიც ადრე ასევე ცნობილი იყო, როგორც მაღალი წნევის სითხური ქრომატოგრაფია) არის ანალიზის ტექნიკა, რომლითაც ნარევის თითოეული კომპონენტის სეპარაცია, იდენტიფიცირება და რაოდენობრივი განსაზღვრა ხდება. ალტერნატიულად, საწარმოო მასშტაბზე მასალის დიდი პარტიების გასაწმენდად გამოიყენება პრეპარატიული მასშტაბის ქრომატოგრაფია. ტიპიური ანალიტებია ორგანული მოლეკულები, ბიომოლეკულები, იონები და პოლიმერები.
HPLC სეპარაციის პრინციპი ეფუძნება მოძრავი ფაზის (წყალი, ორგანული გამხსნელები და ა.შ.) გატარებას სტაციონარული ფაზის (ნაწილაკოვანი სილიციუმის შევსებები, მონოლითები და ა.შ.) გავლით კოლონაში. ეს ნიშნავს, რომ წნევის ქვეშ მყოფი თხევადი გამხსნელი, რომელიც შეიცავს გახსნილ ნაერთებს (ნიმუშის ხსნარი), ტუმბოვდება კოლონაში, რომელიც შევსებულია მყარი ადსორბენტური მასალით (მაგ. მოდიფიცირებული სილიციუმის ნაწილაკები). ვინაიდან ნიმუშში თითოეული კომპონენტი ადსორბენტურ მასალასთან ოდნავ განსხვავებულად ურთიერთქმედებს, სხვადასხვა კომპონენტისთვის მოცულობითი ხარჯები განსხვავებულია და ამით იწვევს კომპონენტების სეპარაციას, როდესაც ისინი კოლონიდან გამოდის. მოძრავი ფაზის შემადგენლობა და ტემპერატურა ძალიან მნიშვნელოვანი პარამეტრებია სეპარაციის პროცესისთვის, რომლებიც გავლენას ახდენენ ნიმუშის კომპონენტებსა და ადსორბენტს შორის მიმდინარე ურთიერთქმედებებზე. სეპარაცია ეფუძნება ნაერთების განაწილებას სტაციონარულ და მოძრავ ფაზებს შორის.
HPLC ანალიზის შედეგები ვიზუალიზდება ქრომატოგრამის სახით. ქრომატოგრამა არის ორგანზომილებიანი დიაგრამა, სადაც ორდინატა (y-ღერძი) აჩვენებს კონცენტრაციას დეტექტორის პასუხის სახით, ხოლო აბსცისა (x-ღერძი) წარმოადგენს დროს.
სილიციუმის ნაწილაკები შევსებული კარტრიჯებისთვის
ქრომატოგრაფიული დანიშნულების სილიციუმის ნაწილაკები ეფუძნება სინთეზურ სილიციუმის პოლიმერებს. ძირითადად, ისინი მზადდება ტეტრაეთოქსისილანისგან, რომელიც ნაწილობრივ ჰიდროლიზდება პოლიეთოქსისილოქსანებად, რათა წარმოიქმნასბლანტი სითხე, რომელიც შეიძლება ემულსირდეს ეთანოლისა და წყლის ნარევში უწყვეტი ულტრაბგერითი დამუშავების პირობებში. ულტრაბგერითი აგიტაცია ქმნის სფერულ ნაწილაკებს, რომლებიც გარდაიქმნება სილიციუმის ჰიდროგელებად კატალიზურად ინდუცირებული ჰიდროლიზური კონდენსაციის გზით (ცნობილი, როგორც „უნგერის“ მეთოდი). ჰიდროლიზური კონდენსაცია იწვევს ფართო ჯვარედინ შეკავშირებას ზედაპირული სილანოლის სახეობების მეშვეობით. ამის შემდეგ, ჰიდროგელის სფეროები კალცინირდება ქსეროგელის მისაღებად. მაღალფოროვანი სილიციუმის ქსეროგელის (სოლ-გელი) ნაწილაკების ზომა და ფორების ზომა განისაზღვრება pH მნიშვნელობით, ტემპერატურით, გამოყენებული კატალიზატორითა და გამხსნელებით, ასევე სილიციუმის სოლის კონცენტრაციით.
არაფოროვანი ნაწილაკები ფოროვან ნაწილაკებთან შედარებით
როგორც არაფოროვანი, ისე ფოროვანი სილიციუმის მიკროსფეროები გამოიყენება HPLC კოლონებში უძრავი ფაზის სახით. მცირე ზომის არაფოროვანი ნაწილაკების შემთხვევაში, სეპარაცია ხდება ნაწილაკის ზედაპირზე და ზოლის გაფართოება შემცირებულია მოკლე დიფუზიური გზის გამო, რაც უფრო სწრაფ მასათა გადატანას უზრუნველყოფს. თუმცა, დაბალი ზედაპირის ფართობი იწვევს ნაკლებად ზუსტ შედეგებს, რადგან შეკავება, შეკავების დრო, სელექციურობა და შესაბამისად, რეზოლუცია შეზღუდულია. დატვირთვის ტევადობაც კრიტიკული ფაქტორია. ფოროვანი სილიციუმის მიკროსფეროები ნაწილაკის ზედაპირის გარდა, დამატებით სთავაზობენ ფორის ზედაპირს, რაც უფრო მეტ კონტაქტის ფართობს უზრუნველყოფს ანალიტებთან ურთიერთქმედებისთვის. იმისათვის, რომ უზრუნველყოფილი იყოს საკმარისი მასათა გადატანა თხევადი ფაზის სეპარაციის დროს, ფორების ზომა უნდა აღემატებოდეს ∼7nm-ს. დიდი ბიომოლეკულების სეპარაციისთვის, ეფექტური სეპარაციის მისაღწევად საჭიროა ფორების ზომა 100nm-მდე.
ლიტერატურა/წყაროები
- Czaplicki, Sylwester (2013): ქრომატოგრაფია ნაერთების ბიოაქტივობის ანალიზში. In: Column Chromatography, Dr. Dean Martin (Ed.), InTech, DOI: 10.5772/55620.
- ჰეისი, რიჩარდ; აჰმედა, ადჰამი; ეჯი, ტონი; Zhang, Haifei (2014): ბირთვის გარსის ნაწილაკები: მომზადება, საფუძვლები და გამოყენება მაღალი ხარისხის თხევადი ქრომატოგრაფიაში. J. ქრომატოგრ. A 1357, 2014. 36–52.
- Sharma, S.D.; Singh, Shailandra (2013): სილიციუმზე დატანილი მაღალეფექტური ნანო სულფატირებული ზირკონიას სინთეზი და დახასიათება: ბირთვ-გარსიანი კატალიზატორი ულტრაბგერითი დასხივებით. ამერიკული ჟურნალი ქიმიის 3 (4), 2013. 96-104