Modificarea particulelor cu ultrasunete pentru coloanele HPLC
Provocările HPLC reprezintă o separare rapidă și eficientă pentru o gamă largă de probe. Sonicare permite modificarea și funcționalizarea nanoparticulelor, de exemplu microsfere de siliciu sau zirconiu. Ultrasonication este o tehnică foarte reușită pentru a sintetiza particulele de siliciu de bază-coajă, în special pentru coloanele HPLC.
Modificarea cu ultrasunete a particulelor de siliciu
Structura particulelor și dimensiunea particulelor, precum și dimensiunea porilor și presiunea pompei sunt cei mai importanți parametri care influențează analiza HPLC.
Majoritatea sistemelor HPLC funcționează cu faza staționară activă atașată la exteriorul particulelor mici de silice sferică. Particulele sunt mărgele foarte mici în gama micro și nano. Dimensiunile particulelor mărgelelor variază, dar o dimensiune a particulelor de aproximativ 5μm este cea mai comună. Particulele mai mici asigură o suprafață mai mare și o separare mai bună, dar presiunea necesară pentru viteza liniară optimă crește cu inversul diametrului particulelor la pătrat. Aceasta înseamnă că utilizarea particulelor de jumătate din dimensiune și la aceeași dimensiune a coloanei dublează performanța, dar în același timp presiunea necesară este de patru ori.
Ultrasunetele de putere sunt un instrument bine cunoscut și dovedit pentru modificarea / funcționalizarea și dispersia micro și nanoparticulelor, cum ar fi siliciul. Datorită rezultatelor sale uniforme și extrem de fiabile în prelucrarea particulelor, sonicarea este metoda preferată pentru a produce particule funcționalizate (de exemplu, particule miez-înveliș). Ultrasunetele de putere creează vibrații, cavitație și induc energie pentru reacții sonochimice. Astfel, ultrasunetele de mare putere sunt utilizate cu succes pentru tratamente cu particule, inclusiv functionalizare / modificare, Reducerea dimensiunii & dispersie precum și pentru nanoparticule sinteză (de ex. Căile sol-gel).
Avantajele modificării / funcționalității particulelor cu ultrasunete
- Control ușor asupra dimensiunii și modificării particulelor
- Control deplin asupra parametrilor procesului
- scalabilitate liniară
- aplicabil de la volume foarte mici la volume foarte mari
- sigur, utilizator- & ecologic
Sondă tip sonicator UP400St dispersarea și funcționalizarea nanoparticulelor de siliciu
Pregătirea cu ultrasunete a particulelor de siliciu miez-coajă
Particule de siliciu miez-coajă (miez solid cu carcasă poroasă sau superficial poros) au fost utilizate din ce în ce mai mult pentru o separare extrem de eficientă, cu debit rapid și contrapresiune relativ scăzută. Avantajele constau în miezul lor solid și în învelișul poros: particula completă a miezului formează o particulă mai mare și permite operarea HPLC la o contrapresiune mai mică, în timp ce învelișul poros și miezul solid mic oferă o suprafață mai mare pentru procesul de separare. Avantajele utilizării particulelor miez-înveliș ca material de ambalare pentru coloanele HPLC constau în faptul că volumul mai mic al porilor reduce volumul prezent pentru lărgirea de la difuzia longitudinală. Dimensiunea particulelor și grosimea carcasei poroase au o influență directă asupra parametrilor de separare. (cf. Hayes et al. 2014)
Cele mai frecvent utilizate materiale de ambalare pentru coloanele HPLC ambalate sunt microsferele convenționale de silice. Particulele miez-înveliș utilizate pentru cromatografie sunt de obicei fabricate tot din silice, dar cu un miez solid și un înveliș poros. Particulele de siliciu din miez-înveliș, utilizate pentru aplicații cromatografice, sunt, de asemenea, cunoscute sub denumirea de miez fuzionat, miez solid sau particule superficial poroase.
geluri de siliciu Poate fi sintetizat prin calea sol-gel sonochimic. Silicagelurile sunt stratul subțire cel mai frecvent utilizat pentru separarea substanțelor active prin cromatografie în strat subțire (TLC).
Faceți clic aici pentru a afla mai multe despre calea sonochimică pentru procesele 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.
Citiți mai multe despre sonicatoare pentru funcționalizarea nanoparticulelor pentru coloane HPLC
Dispersia cu ultrasunete a nanoparticulelor
O dispersie și o dezaglomerare a particulelor de dimensiuni fine este deosebit de importantă pentru a obține performanța completă a materialului. Astfel, pentru separarea de înaltă performanță, particulele de silice monodisperse cu diametre mai mici sunt utilizate ca particule de ambalare. Sonicare sa dovedit a fi mai eficient în dispersarea siliciului decât alte metode de amestecare cu forfecare mare.
Graficul de mai jos arată rezultatul dispersării cu ultrasunete a siliciului fumed în apă. Măsurătorile au fost obținute folosind un Malvern Mastersizer 2000.
Înainte și după sonicare: Curba verde arată dimensiunea particulelor înainte de sonicare, curba roșie este distribuția dimensiunii particulelor de silice dispersate ultrasonically.
Click aici pentru a citi mai multe despre dispersarea cu ultrasunete de silice (SiO2)!
Compactarea pulberii folosind sonicare
Densitatea pulberilor în coloanele HPLC este esențială pentru obținerea unei eficiențe ridicate de separare, a unei performanțe stabile a coloanei, a unor caracteristici de curgere consecvente, a unor timpi de retenție exacți, a unei rezoluții îmbunătățite și a unei durate de viață extinse a coloanei. Asigurarea unei densități de ambalare adecvate și uniforme este fundamentală pentru funcționarea fiabilă și eficientă a sistemelor HPLC. Compactarea pulberii cu ultrasunete poate ajuta la umplerea eficientă a coloanelor și cartușelor HPLC cu o densitate optimă a pulberii.
Aflați mai multe despre compactarea pulberii cu ultrasunete!
Sonicatoare industriale pentru dispersia cu randament ridicat a nanoparticulelor
Fapte care merită știute
Ce este cromatografia lichidă de înaltă performanță (HPLC)?
Cromatografia poate fi descrisă ca un proces de transfer de masă care implică adsorbție. Cromatografia lichidă de înaltă performanță (cunoscută anterior și sub denumirea de cromatografie lichidă la presiune înaltă) este o tehnică de analiză prin care fiecare component al unui amestec poate fi separat, identificat și cuantificat. Alternativ, cromatografia preparativă la scară utilizată pentru purificarea loturilor mari de material la scară de producție. Analiții tipici sunt molecule organice, biomolecule, ioni și polimeri.
Principiul separării HPLC se bazează pe trecerea unei faze mobile (apă, solvenți organici etc.) printr-o fază staționară (particule de siliciu, monoliți etc.) într-o coloană. Aceasta înseamnă că un solvent lichid sub presiune, care conține compușii dizolvați (soluție de probă), este pompat printr-o coloană umplută cu un material adsorbant solid (de exemplu, particule de silice modificate). Deoarece fiecare component din eșantion interacționează ușor diferit cu materialul adsorbant, debitele diferitelor componente variază și conduc astfel la separarea componentelor pe măsură ce acestea ies din coloană. Compoziția și temperatura fazei mobile sunt parametri foarte importanți pentru procesul de separare, influențând interacțiunile care au loc între componentele probei și adsorbant. Separarea se bazează pe împărțirea compușilor spre faza staționară și mobilă.
Rezultatele analizei HPLC sunt vizualizate ca o cromatogramă. O cromatogramă este o diagramă bidimensională cu ordonata (axa y) care dă concentrația în termeni de răspuns al detectorului, iar abscisa (axa x) reprezintă timpul.
Particule de siliciu pentru cartușe ambalate
Particulele de siliciu pentru aplicații cromatografice se bazează pe polimeri sintetici de silice. În cea mai mare parte, ele sunt fabricate din tetraetoxisilan care sunt parțial hidrolizate la polietoxisiloxani pentru a forma un lichid vâscos care poate fi emulsionat într-un amestec de apă etanol sub sonicare continuă. Agitația cu ultrasunete creează particule sferice, care sunt transformate în hidrogeluri de siliciu printr-o condensare hidrolitică indusă catalitic (cunoscută sub numele de metoda "Unger"). Condensarea hidrolitică provoacă reticulare extinsă prin intermediul speciilor de silanol de suprafață. Ulterior, sferele de hidrogel sunt calcinate pentru a produce un xerogel. Dimensiunea particulelor și dimensiunea porilor xerogelului de siliciu foarte poros (sol-gel) sunt influențate de valoarea pH-ului, temperatură, catalizatorul și solvenții utilizați, precum și de concentrația de siliciu sol.
Particule neporoase vs poroase
Atât microsferele de siliciu neporoase, cât și cele poroase sunt utilizate ca fază staționară în coloanele HPLC. Pentru particulele mici neporoase, separarea are loc pe suprafața particulelor și lărgirea benzii este atenuată din cauza căii scurte de difuzie, producând astfel un transfer de masă mai rapid. Cu toate acestea, suprafața redusă are ca rezultat rezultate mai inexacte, deoarece retenția, timpul de retenție, selectivitatea și, prin urmare, rezoluția sunt limitate. Capacitatea de încărcare este, de asemenea, un factor critic. Microsferele poroase de siliciu furnizează pe lângă suprafața particulelor suprafața porilor, care oferă mai multă zonă de contact pentru a interacționa cu analiții. Pentru a asigura un transport suficient de masă în timpul separării fazei lichide, dimensiunile porilor trebuie să aibă o dimensiune mai mare de ∼7nm. Pentru a separa biomoleculele mari, sunt necesare dimensiuni ale porilor de până la 100 nm pentru a obține o separare eficientă.
Literatură/Referințe
- Czaplicki, Sylwester (2013): Cromatografia în analiza bioactivității compușilor. În: Cromatografia în coloană, Dr. Dean Martin (Ed.), InTech, DOI: 10.5772/55620.
- Hayes, Richard; Ahmeda, Adham; Margine, Tony; Zhang, Haifei (2014): Particule miez-coajă: Pregătire, fundamente și aplicații în cromatografia lichidă de înaltă performanță. J. Cromatogr. A 1357, 2014. 36–52.
- Sharma, S.D.; Singh, Shailandra (2013): Sinteza și caracterizarea nanosulfatului de zirconiu foarte eficient peste silice: catalizator miez-coajă prin iradiere cu ultrasunete. Jurnalul American de Chimie 3 (4), 2013. 96-104