Modificação ultra-sónica de partículas para colunas de HPLC
Os desafios em HPLC são uma separação rápida e eficiente para uma vasta gama de amostras. Sonicação permite modificar e funcionalizar nano partículas, por exemplo, sílica ou zirkonia microesferas. Ultrasonication é uma técnica muito bem sucedida para sintetizar partículas de sílica core-shell, particularmente para colunas de HPLC.
Modificação ultra-sónica de partículas de sílica
A estrutura e o tamanho das partículas, bem como o tamanho dos poros e a pressão da bomba, são os parâmetros mais importantes que influenciam a análise por HPLC.
A maioria dos sistemas de HPLC funciona com a fase estacionária ativa ligada ao exterior de pequenas partículas esféricas de sílica. As partículas são pérolas muito pequenas na gama micro e nano. Os tamanhos das partículas das esferas variam, mas o mais comum é um tamanho de partícula de cerca de 5µm. As partículas mais pequenas proporcionam uma maior área de superfície e uma melhor separação, mas a pressão necessária para uma velocidade linear óptima aumenta com o inverso do quadrado do diâmetro da partícula. Isto significa que a utilização de partículas com metade do tamanho e com o mesmo tamanho de coluna duplica o desempenho, mas ao mesmo tempo a pressão necessária é quadruplicada.
Ultra-sons de energia é uma ferramenta bem conhecida e comprovada para a modificação / funcionalização e dispersão de micro e nano-partículas, tais como sílica. Devido aos seus resultados uniformes e altamente fiáveis no processamento de partículas, a sonicação é o método preferido para produzir partículas funcionalizadas (por exemplo, partículas core-shell). O ultrassom de potência cria vibração, cavitação e induz energia para reações sonoquímicas. Assim, ultrasonicators de alta potência são utilizados com sucesso para tratamentos de partículas, incluindo funcionalização / modificação, Redução de Tamanho & Dispersão bem como para nanopartículas Síntese (por exemplo. rotas sol-gel).
Vantagens da modificação / funcionalização de partículas por ultra-sons
- controlo fácil do tamanho e da modificação das partículas
- controlo total dos parâmetros do processo
- escalabilidade linear
- aplicável de volumes muito pequenos a muito grandes
- seguro, de fácil utilização & Amigo do ambiente
Sonicador de tipo sonda UP400St dispersão e funcionalização de nanopartículas de sílica
Preparação ultra-sônica de partículas de sílica Core-Shell
Partículas de sílica com casca (núcleo sólido com invólucro poroso ou superficialmente poroso) têm sido cada vez mais utilizados para uma separação altamente eficiente com caudal rápido e contrapressão relativamente baixa. As vantagens residem no seu núcleo sólido e no invólucro poroso: A partícula completa núcleo-casca forma uma partícula maior e permite operar o HPLC a uma contrapressão mais baixa, enquanto a casca porosa e o pequeno núcleo sólido proporcionam uma maior área de superfície para o processo de separação. As vantagens da utilização de partículas núcleo-casca como material de enchimento para colunas de HPLC residem no facto de o menor volume de poros reduzir o volume presente para alargamento da difusão longitudinal. O tamanho das partículas e a espessura do invólucro poroso têm influência direta nos parâmetros de separação. (cf. Hayes et al. 2014)
Os materiais de enchimento mais frequentemente utilizados nas colunas de HPLC são as microesferas de sílica convencionais. As partículas core-shell utilizadas para cromatografia também são normalmente feitas de sílica, mas com um núcleo sólido e um invólucro poroso. As partículas de sílica core-shell utilizadas em aplicações cromatográficas são também conhecidas como partículas com núcleo fundido, núcleo sólido ou partículas superficialmente porosas.
Géis de sílica podem ser sintetizados por via sol-gel sonoquímica. Os géis de sílica são a camada fina mais frequentemente utilizada para a separação de substâncias activas por cromatografia em camada fina (CCF).
Clique aqui para saber mais sobre a via sonoquímica para processos sol-gel!
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.
Leia mais sobre sonicadores para a funcionalização de nanopartículas para colunas de HPLC
Dispersão ultra-sónica de nanopartículas
Uma dispersão e desaglomeração de partículas de tamanho fino é particularmente importante para obter o desempenho total do material. Assim, para uma separação de elevado desempenho, são utilizadas partículas de sílica monodispersas com diâmetros mais pequenos como partículas de embalagem. A sonicação provou ser mais eficaz na dispersão da sílica do que outros métodos de mistura de alto cisalhamento.
O gráfico abaixo mostra o resultado da dispersão ultra-sónica de sílica pirogénica em água. As medições foram obtidas utilizando um Malvern Mastersizer 2000.
Antes e depois da sonicação: A curva verde mostra o tamanho das partículas antes da sonicação, a curva vermelha é a distribuição do tamanho das partículas da sílica dispersa por ultra-sons.
Clique aqui para ler mais sobre a dispersão ultra-sónica de sílica (SiO2)!
Compactação de pós por Sonicação
A densidade do pó nas colunas de HPLC é essencial para obter uma elevada eficiência de separação, um desempenho estável da coluna, caraterísticas de fluxo consistentes, tempos de retenção exactos, uma resolução melhorada e uma vida útil prolongada da coluna. Garantir a densidade de enchimento adequada e uniforme é fundamental para o funcionamento fiável e eficaz dos sistemas de HPLC. A compactação ultrassónica de pó pode ajudar a encher eficazmente as colunas e cartuchos de HPLC com uma densidade de pó ideal.
Saiba mais sobre a compactação de pó por ultra-sons!
Sonicadores industriais para a dispersão de alto rendimento de nanopartículas
Fatos, vale a pena conhecer
O que é a Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (HPLC)?
A cromatografia pode ser descrita como um processo de transferência de massa que envolve adsorção. A cromatografia líquida de alta eficiência (anteriormente também conhecida como cromatografia líquida de alta pressão) é uma técnica de análise através da qual cada componente de uma mistura pode ser separado, identificado e quantificado. Alternativamente, a cromatografia à escala preparativa é utilizada para a purificação de grandes lotes de material à escala de produção. Os analitos típicos são moléculas orgânicas, biomoléculas, iões e polímeros.
O princípio da separação por HPLC baseia-se na passagem de uma fase móvel (água, solventes orgânicos, etc.) através de uma fase estacionária (pacotes de partículas de sílica, monólitos, etc.) numa coluna. Isto significa que um solvente líquido pressurizado, que contém os compostos dissolvidos (solução de amostra), é bombeado através de uma coluna cheia de um material adsorvente sólido (por exemplo, partículas de sílica modificadas). Uma vez que cada componente da amostra interage de forma ligeiramente diferente com o material adsorvente, os caudais dos diferentes componentes variam e conduzem, assim, à separação dos componentes à medida que estes fluem para fora da coluna. A composição e a temperatura da fase móvel são parâmetros muito importantes para o processo de separação, influenciando as interações que ocorrem entre os componentes da amostra e o adsorvente. A separação baseia-se na partição dos compostos na fase estacionária e na fase móvel.
Os resultados da análise por HPLC são visualizados sob a forma de um cromatograma. Um cromatograma é um diagrama bidimensional em que a ordenada (eixo y) indica a concentração em termos de resposta do detetor e a abcissa (eixo x) representa o tempo.
Partículas de sílica para cartuchos embalados
As partículas de sílica para aplicações cromatográficas baseiam-se em polímeros de sílica sintéticos. Na sua maioria, são fabricadas a partir de tetraetoxisilano, que é parcialmente hidrolisado em polietoxisiloxanos para formar um líquido viscoso que pode ser emulsionado numa mistura de etanol e água sob sonicação contínua. A agitação ultra-sónica cria partículas esféricas, que são transformadas em hidrogéis de sílica através de uma condensação hidrolítica induzida cataliticamente (conhecida como método "Unger"). A condensação hidrolítica provoca uma reticulação extensiva através das espécies de silanol de superfície. Posteriormente, as esferas de hidrogel são calcinadas para produzir um xerogel. O tamanho das partículas e dos poros do xerogel de sílica altamente poroso (sol-gel) são influenciadas pelo valor do pH, pela temperatura, pelo catalisador e solventes utilizados, bem como pela concentração do sol de sílica.
Partículas não porosas vs Porosas
Tanto as microesferas de sílica não porosas como as porosas são utilizadas como fase estacionária em colunas de HPLC. No caso de pequenas partículas não porosas, a separação ocorre na superfície da partícula e o alargamento das bandas é atenuado devido ao curto trajeto de difusão, ocorrendo assim uma transferência de massa mais rápida. No entanto, a baixa área superficial resulta em resultados mais inexactos, uma vez que a retenção, o tempo de retenção, a seletividade e, por conseguinte, a resolução são limitados. A capacidade de carga é também um fator crítico. As microesferas de sílica porosa fornecem, para além da superfície da partícula, a superfície do poro, que oferece mais área de contacto para interagir com os analitos. Para garantir um transporte de massa suficiente durante a separação da fase líquida, os poros devem ter um tamanho superior a ∼7nm. Para separar biomoléculas de grandes dimensões, são necessários poros de até 100 nm para conseguir uma separação eficiente.
Literatura/Referências
- Czaplicki, Sylwester (2013): Cromatografia na Análise de Bioatividade de Compostos. Em: Column Chromatography, Dr. Dean Martin (Ed.), InTech, DOI: 10.5772/55620.
- Hayes, Richard; Ahmeda, Adham; Edge, Tony; Zhang, Haifei (2014): Partículas core-shell: Preparação, fundamentos e aplicações em cromatografia líquida de alta eficiência. J. Chromatogr. A 1357, 2014. 36-52.
- Sharma, S.D.; Singh, Shailandra (2013): Síntese e Caracterização de Zircónia Nano Sulfatada Altamente Eficaz sobre Sílica: Core-Shell Catalisador por irradiação ultra-sônica. American Journal of Chemistry 3(4), 2013. 96-104