Ultrazvuková modifikácia častíc pre HPLC kolóny
Výzvou v HPLC je rýchla a efektívna separácia širokej škály vzoriek. Sonikácia umožňuje modifikovať a funkcionalizovať nanočastice, napr. mikroguľôčky oxidu kremičitého alebo zirkónu. Ultrazvuk je veľmi úspešná technika na syntézu častíc oxidu kremičitého jadro-plášť, najmä pre HPLC kolóny.
Ultrazvuková modifikácia častíc oxidu kremičitého
Štruktúra častíc a veľkosť častíc, ako aj veľkosť pórov a tlak čerpadla sú najdôležitejšími parametrami ovplyvňujúcimi analýzu HPLC.
Väčšina systémov HPLC beží s aktívnou stacionárnou fázou pripojenou k vonkajšej strane malých sférických častíc oxidu kremičitého. Častice sú veľmi malé guľôčky v mikro- a nanorozsahu. Veľkosti častíc guľôčok sa líšia, ale najbežnejšia je veľkosť častíc cca. 5 μm. Menšie častice poskytujú väčší povrch a lepšiu separáciu, ale tlak potrebný na optimálnu lineárnu rýchlosť sa zvyšuje o inverznú časť druhého priemeru častíc. To znamená, že použitie častíc polovičnej veľkosti a rovnakej veľkosti stĺpca zdvojnásobí výkon, ale zároveň sa požadovaný tlak štvornásobne zvýši.
Výkonové ultrazvuky sú dobre známym a osvedčeným nástrojom na modifikáciu / funkcionalizáciu a disperziu mikro- a nanočastíc, ako je oxid kremičitý. Vďaka svojim jednotným a vysoko spoľahlivým výsledkom pri spracovaní častíc je sonikácia preferovanou metódou na výrobu funkcionalizovaných častíc (napr. častíc jadro-obal). Výkonový ultrazvuk vytvára vibrácie, kavitáciu a indukuje energiu pre sonochemické reakcie. Vysokovýkonné ultrazvukové prístroje sa tak úspešne používajú na ošetrenie častíc vrátane Funkcionalizácia / modifikácia, Zmenšenie veľkosti & rozptyl ako aj pre nanočastice syntéza (napr. Trasy sol-gel).
Výhody ultrazvukovej modifikácie / funkcionalizácie častíc
- Jednoduchá kontrola veľkosti a úpravy častíc
- plná kontrola nad parametrami procesu
- lineárna škálovateľnosť
- použiteľné od veľmi malých až po veľmi veľké objemy
- bezpečný, užívateľsky & šetrné k životnému prostrediu
Sondový sonikátor UP400St dispergácia a funkcionalizácia nanočastíc oxidu kremičitého
Ultrazvuková príprava častíc oxidu kremičitého jadro-škrupina
Častice oxidu kremičitého jadro-plášť (pevné jadro s pórovitým plášťom alebo povrchovo pórovité) sa čoraz častejšie používajú na vysoko účinnú separáciu s rýchlym prietokom a relatívne nízkym protitlakom. Výhody spočívajú v ich pevnom jadre a pórovitom obale: Kompletná častica jadra-obal tvorí väčšiu časticu a umožňuje prevádzku HPLC pri nižšom protitlaku, zatiaľ čo porézny obal a samotné malé pevné jadro poskytujú väčšiu plochu pre proces separácie. Výhodou použitia častíc jadro-plášť ako tesniaceho materiálu pre HPLC kolóny je, že menší objem pórov znižuje objem prítomný na rozšírenie z pozdĺžnej difúzie. Veľkosť častíc a hrúbka porézneho obalu majú priamy vplyv na separačné parametre. (porovnaj Hayes et al. 2014)
Najčastejšie používaným obalovým materiálom pre balené HPLC kolóny sú bežné kremičité mikroguľôčky. Častice jadro-obal používané na chromatografiu sú zvyčajne tiež vyrobené z oxidu kremičitého, ale s pevným jadrom a pórovitým plášťom. Častice oxidu kremičitého jadro-plášť, ktoré sa používajú v chromatografických aplikáciách, sú tiež známe ako tavené jadro, pevné jadro alebo povrchovo porézne častice.
silikagély Môže byť syntetizovaný sonochemickou cestou sol-gél. Silikagély sú najčastejšie používanou tenkou vrstvou na separáciu účinných látok pomocou tenkovrstvovej chromatografie (TLC).
Kliknite sem a dozviete sa viac o sonochemickej ceste pre procesy 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.
Prečítajte si viac o sonikátoroch na funkcionalizáciu nanočastíc pre HPLC kolóny
Ultrazvuková disperzia nanočastíc
Jemná disperzia a deaglomerácia častíc je obzvlášť dôležitá na dosiahnutie plného výkonu materiálu. Preto sa na vysokovýkonnú separáciu používajú ako tesniace častice monodisperzné častice oxidu kremičitého s menšími priemermi. Ukázalo sa, že sonikácia je účinnejšia pri rozptyľovaní oxidu kremičitého ako iné metódy miešania s vysokým šmykom.
Nižšie uvedený graf ukazuje výsledok ultrazvukového rozptýlenia dymového oxidu kremičitého vo vode. Merania boli získané pomocou Malvern Mastersizer 2000.
Pred a po sonikácii: Zelená krivka ukazuje veľkosť častíc pred sonikáciou, červená krivka je distribúcia veľkosti častíc ultrazvukovo dispergovaného oxidu kremičitého.
Kliknite sem a prečítajte si viac o ultrazvukovej dispergácii oxidu kremičitého (SiO2)!
Zhutňovanie prášku pomocou sonikácie
Hustota prášku v HPLC kolónach je nevyhnutná na dosiahnutie vysokej účinnosti separácie, stabilného výkonu kolóny, konzistentných prietokových charakteristík, presných retenčných časov, zlepšeného rozlíšenia a predĺženej životnosti kolóny. Zabezpečenie vhodnej a rovnomernej hustoty balenia je základom spoľahlivej a efektívnej prevádzky systémov HPLC. Ultrazvukové zhutňovanie prášku môže pomôcť efektívne plniť HPLC kolóny a kazety s optimálnou hustotou prášku.
Zistite viac o ultrazvukovom zhutňovaní prášku!
Priemyselné sonikátory pre vysokovýkonnú disperziu nanočastíc
Fakty, ktoré stoja za to vedieť
Čo je vysokoúčinná kvapalinová chromatografia (HPLC)?
Chromatografiu možno opísať ako proces prenosu hmoty zahŕňajúci adsorpciu. Vysokoúčinná kvapalinová chromatografia (predtým známa aj ako vysokotlaková kvapalinová chromatografia) je analytická technika, pomocou ktorej je možné každú zložku zmesi oddeliť, identifikovať a kvantifikovať. Alternatívne sa používa preparatívna chromatografia na čistenie veľkých dávok materiálu vo výrobnom meradle. Typickými analytmi sú organické molekuly, biomolekuly, ióny a polyméry.
Princíp separácie HPLC spočíva v tom, že mobilná fáza (voda, organické rozpúšťadlá atď.) prechádza stacionárnou fázou (častice oxidu kremičitého, monolity atď.) v kolóne. To znamená, že stlačené kvapalné rozpúšťadlo, ktoré obsahuje rozpustené zlúčeniny (roztok vzorky), sa prečerpáva cez kolónu naplnenú pevným adsorbčným materiálom (napr. modifikované častice oxidu kremičitého). Keďže každá zložka vo vzorke interaguje s adsorbčným materiálom mierne odlišne, prietoky pre rôzne zložky sa líšia a vedú tak k oddeleniu zložiek pri vytekaní kolóny. Zloženie a teplota mobilnej fázy sú veľmi dôležité parametre pre separačný proces, ktoré ovplyvňujú interakcie, ktoré prebiehajú medzi zložkami vzorky a adsorbentom. Separácia je založená na rozdelení zlúčenín smerom k stacionárnej a mobilnej fáze.
Výsledky analýzy HPLC sú vizualizované ako chromatogram. Chromatogram je dvojrozmerný diagram s ordinátou (os y) udáva koncentráciu z hľadiska odozvy detektora a abscisa (os x) predstavuje čas.
Častice oxidu kremičitého pre balené kazety
Častice oxidu kremičitého pre chromatografické aplikácie sú založené na syntetických polyméroch oxidu kremičitého. Väčšinou sú vyrobené z tetraetoxysilánu, ktorý je čiastočne hydrolyzovaný na polyetoxysiloxány, aby sa vytvorila viskózna kvapalina, ktorá sa môže emulgovať v zmesi etanolovej vody pri nepretržitej sonikácii. Ultrazvukové miešanie vytvára sférické častice, ktoré sa transformujú na silikahydrogély katalyticky indukovanou hydrolytickou kondenzáciou (známou ako "Ungerova" metóda). Hydrolytická kondenzácia spôsobuje rozsiahle zosieťovanie cez povrchové druhy silanolu. Potom sa hydrogélové guľôčky kalcinujú, aby sa vytvoril xerogél. Veľkosť častíc a veľkosť pórov vysoko porézneho xerogélu kremičitého (Sol-gél) sú ovplyvnené hodnotou pH, teplotou, použitým katalyzátorom a rozpúšťadlami, ako aj koncentráciou oxidu kremičitého.
Neporézne verzus pórovité častice
Neporézne aj pórovité kremičité mikroguľôčky sa používajú ako stacionárna fáza v HPLC kolónach. Pri malých neporéznych časticiach dochádza k separácii na povrchu častíc a rozšírenie pásu sa zmierňuje vďaka krátkej difúznej ceste, čím dochádza k rýchlejšiemu prenosu hmoty. Nízka plocha má však za následok nepresnejšie výsledky, pretože retencia, retenčný čas, selektivita a teda rozlíšenie sú obmedzené. Rozhodujúcim faktorom je aj nosnosť. Porézne kremičité mikroguľôčky poskytujú okrem povrchu častíc navyše povrch pórov, ktorý ponúka väčšiu kontaktnú plochu na interakciu s analytmi. Aby sa zabezpečil dostatočný transport hmoty počas separácie kvapalnej fázy, musia mať póry veľkosť väčšiu ako ∼7nm. Na oddelenie veľkých biomolekúl sú na dosiahnutie efektívnej separácie potrebné póry s veľkosťou až 100 nm.
Literatúra/Referencie
- Czaplicki, Sylwester (2013): Chromatografia v analýze bioaktivity zlúčenín. In: Stĺpcová chromatografia, Dr. Dean Martin (ed.), InTech, DOI: 10.5772/55620.
- Hayes, Richard; Ahmeda, Adham; Edge, Tony; Zhang, Haifei (2014): Častice jadro-obal: Príprava, základy a aplikácie vo vysokoúčinnej kvapalinovej chromatografii. J. Chromatogr. A 1357, 2014. 36–52.
- Sharma, S.D.; Singh, Shailandra (2013): Syntéza a charakterizácia vysoko účinného nanosulfátovaného zirkónu nad oxidom kremičitým: katalyzátor jadro-plášť ultrazvukovým ožarovaním. Americký časopis chémie 3(4), 2013. 96-104