Ultraskaņas daļiņu modifikācija HPLC kolonnām
HPLC izaicinājumi ir ātra un efektīva atdalīšana plašam paraugu klāstam. Ultraskaņas apstrāde ļauj modificēt un funkcionalizēt nano daļiņas, piemēram, silīcija dioksīda vai zirkonijas mikrosfēras. Ultrasonication ir ļoti veiksmīga metode, lai sintezētu kodola-čaulas silīcija dioksīda daļiņas, īpaši HPLC kolonnām.
Silīcija dioksīda daļiņu ultraskaņas modifikācija
Daļiņu struktūra un daļiņu izmērs, kā arī poru izmērs un sūkņa spiediens ir vissvarīgākie parametri, kas ietekmē HPLC analīzi.
Lielākā daļa HPLC sistēmu darbojas ar aktīvo stacionāro fāzi, kas pievienota mazu sfērisku silīcija dioksīda daļiņu ārpusei. Daļiņas ir ļoti mazas lodītes mikro- un nano diapazonā. Pērlīšu daļiņu izmēri ir dažādi, bet daļiņu izmērs ir aptuveni 5 μm. Mazākas daļiņas nodrošina lielāku virsmas laukumu un labāku atdalīšanu, bet spiediens, kas nepieciešams optimālam lineārajam ātrumam, palielinās par apgriezto daļiņu diametru kvadrātā. Tas nozīmē, ka, izmantojot daļiņas, kuru izmērs ir puse no izmēra un ar tādu pašu kolonnas izmēru, dubultojas veiktspēja, bet tajā pašā laikā nepieciešamais spiediens tiek četrkāršots.
Jaudas ultrasonics ir labi zināms un pierādīts instruments mikro- un nano-daļiņu, piemēram, silīcija dioksīda, modificēšanai? funkcionalizācijai un dispersijai. Sakarā ar tās vienveidīgajiem un ļoti ticamajiem daļiņu apstrādes rezultātiem, ultraskaņas apstrāde ir vēlamā metode, lai ražotu funkcionālas daļiņas (piemēram, kodola apvalka daļiņas). Jaudas ultraskaņa rada vibrāciju, kavitāciju un izraisa enerģiju sonochemiskām reakcijām. Tādējādi lieljaudas ultrasonikatori tiek veiksmīgi izmantoti daļiņu apstrādei, ieskaitot funkcionalizācija? modifikācija, Izmēru samazināšana & Dispersijas kā arī nanodaļiņām sintēze (piem. Sol-Gel maršruti).
Ultraskaņas daļiņu modifikācijas? funkcionalizācijas priekšrocības
- viegla daļiņu izmēra un modifikācijas kontrole
- pilnīga kontrole pār procesa parametriem
- lineārā mērogojamība
- piemērojams no ļoti maziem līdz ļoti lieliem apjomiem
- droši, lietotāji- & videi draudzīgs
Zondes tipa sonikators UP400St silīcija dioksīda nanodaļiņu izkliedēšana un funkcionalizācija
Kodola–apvalka silīcija dioksīda daļiņu ultraskaņas sagatavošana
Silīcija dioksīda kodola daļiņas (cietais kodols ar porainu apvalku vai virspusēji porains) arvien vairāk tiek izmantots ļoti efektīvai atdalīšanai ar ātru plūsmas ātrumu un salīdzinoši zemu pretspiedienu. Priekšrocības ir to cietais kodols un porainais apvalks: Pilna serdes apvalka daļiņa veido lielāku daļiņu un ļauj darbināt HPLC ar zemāku pretspiedienu, savukārt porainais apvalks un mazais cietais kodols pats par sevi nodrošina lielāku virsmas laukumu atdalīšanas procesam. Priekšrocības, izmantojot kodola čaulas daļiņas kā iepakojuma materiālu HPLC kolonnām, ir tādas, ka mazāks poru tilpums samazina tilpumu, kas atrodas paplašināšanai no garenvirziena difūzijas. Daļiņu izmēram un porainā apvalka biezumam ir tieša ietekme uz atdalīšanas parametriem. (sal. ar Hayes et al. 2014)
Visbiežāk izmantotie iepakojuma materiāli iepakotām HPLC kolonnām ir parastās silīcija dioksīda mikrosfēras. Kodola čaulas daļiņas, ko izmanto hromatogrāfijā, parasti ir izgatavotas arī no silīcija dioksīda, bet ar cietu serdi un porainu apvalku. Kodola–čaulas silīcija dioksīda daļiņas, ko izmanto hromatogrāfijai, sauc arī par kausētām kodola, cietā kodola vai virspusēji porainām daļiņām.
silikageli var sintezēt, izmantojot sonochemical sol-gel ceļu. Silikageli ir visbiežāk izmantotais plānais slānis aktīvo vielu atdalīšanai plānslāņa hromatogrāfijā.
Noklikšķiniet šeit, lai uzzinātu vairāk par sonoķīmisko ceļu sol-gel procesiem!
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.
Lasiet vairāk par ultraskaņas aparātiem nanodaļiņu funkcionalizācijai HPLC kolonnām
Nanodaļiņu ultraskaņas dispersija
Smalka izmēra daļiņu dispersija un deagglomerācija ir īpaši svarīga, lai iegūtu pilnīgu materiāla veiktspēju. Tādējādi augstas veiktspējas atdalīšanai kā iepakojuma daļiņas tiek izmantotas monodispersas silīcija dioksīda daļiņas ar mazāku diametru. Ultraskaņas apstrāde ir izrādījusies efektīvāka silīcija dioksīda izkliedēšanā nekā citas augstas bīdes sajaukšanas metodes.
Zemāk redzamajā parauglaukumā parādīts kūpināta silīcija dioksīda ultraskaņas izkliedēšanas rezultāts ūdenī. Mērījumi tika iegūti, izmantojot Malvern Mastersizer 2000.
Pirms un pēc ultraskaņas apstrādes: Zaļā līkne parāda daļiņu izmēru pirms ultraskaņas apstrādes, sarkanā līkne ir ultrasoniski izkliedētā silīcija dioksīda daļiņu izmēra sadalījums.
Noklikšķiniet šeit, lai uzzinātu vairāk par silīcija dioksīda (SiO2) ultraskaņas izkliedēšanu!
Pulvera blīvēšana, izmantojot ultraskaņu
Pulvera blīvums HPLC kolonnās ir būtisks, lai sasniegtu augstu atdalīšanas efektivitāti, stabilu kolonnas veiktspēju, konsekventus plūsmas raksturlielumus, precīzu aiztures laiku, uzlabotu izšķirtspēju un pagarinātu kolonnas kalpošanas laiku. Atbilstoša un vienmērīga iepakojuma blīvuma nodrošināšana ir būtiska HPLC sistēmu uzticamai un efektīvai darbībai. Ultraskaņas pulvera blīvēšana var palīdzēt efektīvi piepildīt HPLC kolonnas un kārtridžus ar optimālu pulvera blīvumu.
Uzziniet vairāk par ultraskaņas pulvera blīvēšanu!
Rūpnieciskie sonicatori nanodaļiņu augstas caurlaidspējas dispersijai
Fakti, kurus ir vērts zināt
Kas ir augstas izšķirtspējas šķidruma hromatogrāfija (HPLC)?
Hromatogrāfiju var raksturot kā masas pārneses procesu, kas ietver adsorbciju. Augstas izšķirtspējas šķidruma hromatogrāfija (agrāk pazīstama arī kā augstspiediena šķidruma hromatogrāfija) ir analīzes metode, ar kuras palīdzību var atdalīt, identificēt un kvantitatīvi noteikt katru maisījuma sastāvdaļu. Alternatīvi, preparatīvās skalas hromatogrāfija, ko izmanto, lai attīrītu lielas materiāla partijas ražošanas mērogā. Tipiski analīti ir organiskas molekulas, biomolekulas, joni un polimēri.
Augstas izšķirtspējas šķidruma hromatogrāfijas atdalīšanas princips balstās uz to, ka kustīgo fāzi (ūdeni, organiskos šķīdinātājus u.c.) laiž caur stacionāro fāzi (daļiņu silīcija dioksīda iepakojumi, monolīti u.c.) kolonnā. Tas nozīmē, ka šķīdinātāju zem spiediena, kas satur izšķīdušos savienojumus (parauga šķīdums), sūknē caur kolonnu, kas piepildīta ar cietu adsorbentu materiālu (piemēram, modificētām silīcija dioksīda daļiņām). Tā kā katrs komponents paraugā nedaudz atšķirīgi mijiedarbojas ar adsorbenta materiālu, plūsmas ātrumi dažādiem komponentiem mainās un tādējādi noved pie komponentu atdalīšanas, kad tie izplūst no kolonnas. Kustīgās fāzes sastāvs un temperatūra ir ļoti svarīgi atdalīšanas procesa parametri, kas ietekmē mijiedarbību, kas notiek starp parauga komponentiem un adsorbentu. Atdalīšana pamatojas uz savienojumu sadalīšanu stacionārās un kustīgās fāzes virzienā.
HPLC analīžu rezultātus vizualizē kā hromatogrammu. Hromatogramma ir divdimensiju diagramma ar ordinātu (y asi), kas norāda koncentrāciju detektora reakcijas izteiksmē, un abscisa (x ass) attēlo laiku.
Silīcija dioksīda daļiņas iepakotām kārtridžiem
Silica particles for chromatographic applications are based on synthetic silica polymers. Mostly, they are made from tetraethoxysilane which are partially hydrolysed to polyethoxysiloxanes in order to form a viscous liquid that can be emulsified in an ethanol water mixture under continuous sonication. The ultrasonic agitation creates spherical particles, which are transformed into silica hydrogels through a catalytically induced hydrolytic condensation (known as ‘Unger’ method). The hydrolytic condensation causes extensive crosslinking via the surface silanol species. Afterwards, the hydrogel spheres are calcinated to produce a xerogel. The particle size and pore size of the highly porous silica xerogel (Sol-gēls), ietekmē pH vērtība, temperatūra, izmantotais katalizators un šķīdinātāji, kā arī silīcija dioksīda sola koncentrācija.
Neporainas vs porainas daļiņas
Gan neporainas, gan porainas silīcija dioksīda mikrosfēras izmanto kā stacionāro fāzi HPLC kolonnās. Mazām neporainām daļiņām atdalīšana notiek uz daļiņu virsmas, un joslas paplašināšana tiek atvieglota īsā difūzijas ceļa dēļ, tādējādi notiekot ātrākai masas pārnesei. Tomēr zemais virsmas laukums rada neprecīzākus rezultātus, jo saglabāšana, aiztures laiks, selektivitāte un līdz ar to izšķirtspēja ir ierobežota. Arī kravnesība ir kritisks faktors. Porainas silīcija dioksīda mikrosfēras papildus daļiņu virsmai nodrošina arī poru virsmu, kas piedāvā lielāku saskares laukumu, lai mijiedarbotos ar analītiem. Lai nodrošinātu pietiekamu masas transportēšanu šķidrās fāzes atdalīšanas laikā, poru izmēriem jābūt lielākiem par ∼7nm. Lai atdalītu lielas biomolekulas, ir nepieciešami poru izmēri līdz 100nm, lai panāktu efektīvu atdalīšanu.
Literatūra/Atsauces
- Czaplicki, Sylwester (2013): Hromatogrāfija savienojumu bioaktivitātes analīzē. In: Kolonnu hromatogrāfija, Dr. Dean Martin (Ed.), InTech, DOI: 10.5772/55620.
- Heiss, Ričards; Ahmeda, Adham; Malacis, Tonijs; Zhang, Haifei (2014): Kodola čaulas daļiņas: sagatavošana, pamati un pielietojumi augstas izšķirtspējas šķidruma hromatogrāfijā. J. Hromatogr. A 1357, 2014. 36–52.
- Sharma, S.D.; Singh, Shailandra (2013): Ļoti efektīva nanosulfāta cirkonija sintēze un raksturojums virs silīcija dioksīda: kodola apvalka katalizators ar ultraskaņas apstarošanu. Amerikas ķīmijas žurnāls 3(4), 2013. 96-104