Modificação ultrassônica de partículas para colunas de HPLC
Os desafios da HPLC são uma separação rápida e eficiente para uma ampla gama de amostras. A sonicação permite modificar e funcionalizar nanopartículas, por exemplo, microesferas de sílica ou zirkonia. A ultrassonografia é uma técnica muito bem-sucedida para sintetizar partículas de sílica núcleo-casca, particularmente para colunas de HPLC.
Modificação ultrassônica 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 à parte externa de pequenas partículas esféricas de sílica. As partículas são grânulos muito pequenos na faixa micro e nano. Os tamanhos de partícula dos grânulos variam, mas um tamanho de partícula de aprox. 5μm é o mais comum. Partículas menores fornecem uma área de superfície maior e uma melhor separação, mas a pressão necessária para a velocidade linear ideal aumenta pelo inverso do diâmetro da partícula ao quadrado. Isso significa que o uso de partículas com metade do tamanho e com o mesmo tamanho de coluna dobra o desempenho, mas ao mesmo tempo a pressão necessária é quadruplicada.
O ultrassom de potência é uma ferramenta bem conhecida e comprovada para a modificação / funcionalização e dispersão de micro e nanopartículas como a sílica. Devido aos seus resultados uniformes e altamente confiáveis no processamento de partículas, a sonicação é o método preferido para produzir partículas funcionalizadas (por exemplo, partículas núcleo-casca). O ultrassom de potência cria vibração, cavitação e induz energia para reações sonoquímicas. Assim, os ultrassônicos de alta potência são usados 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 ultrassônica de partículas
- Fácil controle sobre o tamanho e modificação das partículas
- Controle total sobre os parâmetros do processo
- escalabilidade linear
- aplicável de volumes muito pequenos a muito grandes
- seguro, usuário- & Ambientalmente amigável
Sonicador tipo sonda UP400St Dispersão e funcionalização de nanopartículas de sílica
Preparação ultrassônica de partículas de sílica Core-Shell
Partículas de sílica núcleo-casca (núcleo sólido com casca porosa ou superficialmente porosa) têm sido cada vez mais usados para separação altamente eficiente com vazão rápida e contrapressão relativamente baixa. As vantagens estão em seu núcleo sólido e na casca porosa: A partícula completa da casca do núcleo forma uma partícula maior e permite operar a HPLC com uma contrapressão mais baixa, enquanto a casca porosa e o pequeno núcleo sólido fornecem uma área de superfície maior para o processo de separação. Os benefícios do uso de partículas núcleo-casca como material de embalagem para colunas de HPLC é que o menor volume de poros reduz o volume presente para alargamento da difusão longitudinal. O tamanho das partículas e a espessura da casca porosa têm influência direta nos parâmetros de separação. (cf. Hayes et al. 2014)
Os materiais de embalagem mais frequentemente usados para colunas de HPLC embaladas são microesferas de sílica convencionais. As partículas núcleo-casca usadas para cromatografia geralmente são feitas de sílica também, mas com um núcleo sólido e uma casca porosa. As partículas de sílica de núcleo-casca usadas para aplicações cromatográficas também são conhecidas como partículas de núcleo fundido, núcleo sólido ou superficialmente porosas.
Géis de sílica pode ser sintetizado por via sonoquímica sol-gel. Os géis de sílica são a camada fina mais frequentemente usada para a separação de substâncias ativas por cromatografia em camada fina (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.
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Dispersão ultrassônica de nanopartículas
Uma dispersão e desaglomeração de partículas em tamanho fino é particularmente importante para obter o desempenho total do material. Assim, para separação de alto desempenho, partículas de sílica monodispersas com diâmetros menores são usadas como partículas de embalagem. A sonicação provou ser mais eficaz na dispersão de sílica do que outros métodos de mistura de alto cisalhamento.
O gráfico abaixo mostra o resultado da dispersão ultrassônica de sílica pirogênica em água. As medidas foram obtidas usando um Malvern Mastersizer 2000.
Antes e depois da sonicação: A curva verde mostra o tamanho da partícula antes da sonicação, a curva vermelha é a distribuição do tamanho da partícula da sílica dispersa por ultrassom.
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Compactação de pó usando sonicação
A densidade do pó em colunas de HPLC é essencial para alcançar alta eficiência de separação, desempenho estável da coluna, características de fluxo consistentes, tempos de retenção precisos, resolução aprimorada e vida útil prolongada da coluna. Garantir a densidade de empacotamento apropriada e uniforme é fundamental para a operação confiável e eficaz dos sistemas de HPLC. A compactação ultrassônica de pó pode ajudar a encher colunas e cartuchos de HPLC de forma eficiente com densidade de pó ideal.
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Sonicadores industriais para a dispersão de nanopartículas de alto rendimento
Fatos, vale a pena conhecer
O que é cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC)?
A cromatografia pode ser descrita como um processo de transferência de massa envolvendo adsorção. A cromatografia líquida de alta eficiência (anteriormente também conhecida como cromatografia líquida de alta pressão) é uma técnica de análise pela qual cada componente de uma mistura pode ser separado, identificado e quantificado. Alternativamente, cromatografia em escala preparativa usada para a purificação de grandes lotes de material em escala de produção. Os analitos típicos são moléculas orgânicas, biomoléculas, íons 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 (embalagens de sílica particulada, monólitos, etc.) numa coluna. Isso significa que um solvente líquido pressurizado, que contém os compostos dissolvidos (solução de amostra), é bombeado através de uma coluna preenchida com um material adsorvente sólido (por exemplo, partículas de sílica modificadas). Como cada componente da amostra interage de maneira ligeiramente diferente com o material adsorvente, as taxas de fluxo para os diferentes componentes variam e, assim, levam à separação dos componentes à medida que 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 é baseada na partição dos compostos em fase estacionária e móvel.
Os resultados da análise de HPLC são visualizados como um cromatograma. Um cromatograma é um diagrama bidimensional com a ordenada (eixo y) dando concentração em termos de resposta do detector e a abscissa (eixo x) representa o tempo.
Partículas de sílica para cartuchos embalados
As partículas de sílica para aplicações cromatográficas são baseadas em polímeros de sílica sintética. Principalmente, eles são feitos de tetraetoxissilano, que são parcialmente hidrolisados em polietoxisiloxanos, a fim de formar um líquido viscoso que pode ser emulsionado em uma mistura de etanol e água sob sonicação contínua. A agitação ultrassônica cria partículas esféricas, que são transformadas em hidrogéis de sílica por meio de uma condensação hidrolítica induzida cataliticamente (conhecida como método 'Unger'). A condensação hidrolítica causa reticulação extensiva através das espécies de silanol de superfície. Em seguida, as esferas de hidrogel são calcinadas para produzir um xerogel. A dimensão das partículas e a dimensão dos poros do xerogel de sílica altamente poroso (sol-gel) são influenciados pelo valor de pH, temperatura, catalisador e solventes usados, bem como pela concentração de sílica sol.
Partículas não porosas vs porosas
As microesferas de sílica não porosas e porosas são usadas como fase estacionária em colunas de HPLC. Para pequenas partículas não porosas, a separação ocorre na superfície da partícula e o alargamento da banda é aliviado devido ao curto caminho de difusão, ocorrendo assim uma transferência de massa mais rápida. No entanto, a baixa área de superfície resulta em resultados mais inexatos, uma vez que a retenção, o tempo de retenção, a seletividade e, portanto, a resolução são limitados. A capacidade de carga também é um fator crítico. As microesferas de sílica porosa fornecem, além da superfície da partícula, a superfície dos poros, que oferece mais área de contato para interagir com os analitos. Para garantir transporte de massa suficiente durante a separação da fase líquida, os tamanhos dos poros devem ter um tamanho superior a ∼7 nm. Para separar grandes biomoléculas, são necessários poros de até 100 nm para obter uma separação eficiente.
Literatura/Referências
- Czaplicki, Sylwester (2013): Cromatografia na Análise de Bioatividade de Compostos. In: Cromatografia em Coluna, Dr. Dean Martin (Ed.), InTech, DOI: 10.5772/55620.
- Hayes, Ricardo; Ahmeda, Adham; Borda, Tony; Zhang, Haifei (2014): Partículas núcleo-casca: Preparação, fundamentos e aplicações em cromatografia líquida de alto desempenho. J. Cromatogr. A 1357, 2014. 36–52.
- Sharma, S.D.; Singh, Shailandra (2013): Síntese e Caracterização de Zircônia Nano Sulfatada Altamente Eficaz sobre Sílica: Catalisador Core-Shell por Irradiação Ultrassônica. Revista Americana de Química 3(4), 2013. 96-104