Ultrazvočna modifikacija delcev za HPLC kolone
Izzivi v HPLC so hitro in učinkovito ločevanje širokega spektra vzorcev. Sonication omogoča spreminjanje in funkcionalizacijo nano delcev, npr. kremenovih ali cirkonijevih mikrosfer. Ultrasonication je zelo uspešna tehnika za sintezo delcev silicijevega dioksida jedro-lupina, zlasti za HPLC kolone.
Ultrazvočna modifikacija delcev silicijevega dioksida
Struktura delcev in velikost delcev ter velikost por in tlak črpalke so najpomembnejši parametri, ki vplivajo na analizo HPLC.
Večina sistemov HPLC deluje z aktivno stacionarno fazo, ki je pritrjena na zunanjo stran majhnih sferičnih delcev silicijevega dioksida. Delci so zelo majhne kroglice v mikro- in nano-območju. Velikosti delcev kroglic se razlikujejo, najpogostejša pa je velikost delcev približno 5 μm. Manjši delci zagotavljajo večjo površino in boljšo ločevanje, vendar se tlak, potreben za optimalno linearno hitrost, poveča za obratno premer delcev na kvadrat. To pomeni, da uporaba delcev polovice velikosti in enake velikosti stolpca podvoji zmogljivost, hkrati pa se zahtevani tlak štirikrat poveča.
Ultrazvok moči je dobro znano in dokazano orodje za modifikacijo / funkcionalizacijo in disperzijo mikro- in nanodelcev, kot je silicijev dioksid. Zaradi enotnih in zelo zanesljivih rezultatov pri obdelavi delcev je ultrazvočna razbijanje najprimernejša metoda za proizvodnjo funkcionaliziranih delcev (npr. delcev jedra-lupine). Močni ultrazvok ustvarja vibracije, kavitacijo in inducira energijo za sonokemične reakcije. S tem se ultrazvočni aparati z visoko močjo uspešno uporabljajo za obdelavo delcev, vključno z funkcionalizacija / modifikacija, Zmanjšanje velikosti & disperzija kot tudi za nanodelce Sintezo (npr. Sol-gel poti).
Prednosti ultrazvočne modifikacije / funkcionalizacije delcev
- Enostaven nadzor nad velikostjo delcev in modifikacijo
- popoln nadzor nad procesnimi parametri
- linearna razširljivost
- uporabno od zelo majhnih do zelo velikih količin
- varno, uporabnik- & okolju prijazen
Sondni zvočnik UP400St disperzija in funkcionalizacija nanodelcev silicijevega dioksida
Ultrazvočna priprava delcev silicijevega dioksida v jedru in lupini
Delci silicijevega dioksida jedro-lupina (trdno jedro s porozno lupino ali površinsko porozno) se vse pogosteje uporabljajo za visoko učinkovito ločevanje s hitrim pretokom in relativno nizkim protitlakom. Prednosti so v njihovem trdnem jedru in porozni lupini: celotni delci jedra tvorijo večji delec in omogočajo delovanje HPLC pri nižjem protitlaku, medtem ko porozna lupina in majhno trdno jedro sama zagotavljata večjo površino za postopek ločevanja. Prednosti uporabe delcev jedra kot pakirnega materiala za HPLC kolone so, da manjši volumen por zmanjša prostornino, ki je prisotna za razširitev iz vzdolžne difuzije. Velikost delcev in debelina porozne lupine neposredno vplivata na parametre ločevanja. (prim. Hayes et al. 2014)
Najpogosteje uporabljeni pakirni materiali za pakirane HPLC kolone so običajne kremenove mikrosfere. Delci jedra-lupine, ki se uporabljajo za kromatografijo, so običajno narejeni tudi iz silicijevega dioksida, vendar s trdnim jedrom in porozno lupino. Delci silicijevega dioksida, ki se uporabljajo za kromatografske aplikacije, so znani tudi kot taljeno jedro, trdno jedro ali površinsko porozni delci.
silikageli Lahko se sintetizira s sonokemično sol-gelom. Silikageli so najpogosteje uporabljena tanka plast za ločevanje zdravilnih učinkovin s tankoplastno kromatografijo (TLC).
Kliknite tukaj, če želite izvedeti več o sonokemični poti za procese 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.
Preberite več o sonikatorjih za funkcionalizacijo nanodelcev za HPLC kolone
Ultrazvočna disperzija nanodelcev
Drobna disperzija in deaglomeracija delcev je še posebej pomembna za doseganje polne zmogljivosti materiala. Tako se za visoko zmogljivo ločevanje uporabljajo monodisperzni delci silicijevega dioksida z manjšim premerom kot delci embalaže. Ultrazvočno razglašanje se je izkazalo za učinkovitejše pri razprševanju silicijevega dioksida kot druge metode mešanja z visokim strižjem.
Spodnja ploskev prikazuje rezultat ultrazvočne disperzije dimljenega silicijevega dioksida v vodi. Meritve so bile pridobljene z uporabo Malvern Mastersizer 2000.
Pred in po ultrazvočnem razbijanju: Zelena krivulja prikazuje velikost delcev pred ultrazvočno razpršenim silicijevim dioksidom, rdeča krivulja je porazdelitev velikosti delcev ultrazvočno razpršenega silicijevega dioksida.
Kliknite tukaj, če želite prebrati več o ultrazvočni disperziji silicijevega dioksida (SiO2)!
Stiskanje prahu z uporabo ultrazvočnega razbijanja
Gostota prahu v HPLC kolonah je bistvenega pomena za doseganje visoke učinkovitosti ločevanja, stabilne zmogljivosti kolone, doslednih značilnosti pretoka, natančnih retencijskih časov, izboljšane ločljivosti in podaljšane življenjske dobe kolone. Zagotavljanje ustrezne in enakomerne gostote pakiranja je temeljnega pomena za zanesljivo in učinkovito delovanje sistemov HPLC. Ultrazvočno stiskanje prahu lahko pomaga učinkovito polniti HPLC kolone in kartuše z optimalno gostoto prahu.
Preberite več o ultrazvočnem stiskanju prahu!
Industrijski sonikatorji za visoko zmogljivo disperzijo nanodelcev
Dejstva, ki jih je vredno vedeti
Kaj je tekočinska kromatografija visoke ločljivosti (HPLC)?
Kromatografijo lahko opišemo kot postopek prenosa mase, ki vključuje adsorpcijo. Tekočinska kromatografija visoke ločljivosti (prej znana tudi kot visokotlačna tekočinska kromatografija) je tehnika analize, s katero se lahko vsaka sestavina zmesi loči, identificira in kvantificira. Druga možnost je preparativna kromatografija, ki se uporablja za čiščenje velikih serij materiala v proizvodnem obsegu. Tipični analiti so organske molekule, biomolekule, ioni in polimeri.
Načelo ločevanja HPLC temelji na tem, da mobilna faza (voda, organska topila itd.) prehaja skozi stacionarno fazo (pakiranja iz silicijevega dioksida, monoliti itd.) v koloni. To pomeni, da se tekoče topilo pod tlakom, ki vsebuje raztopljene spojine (raztopina vzorca), črpa skozi kolono, napolnjeno s trdnim adsorbatorskim materialom (npr. modificiranimi delci silicijevega dioksida). Ker vsaka komponenta v vzorcu nekoliko drugače vpliva na adsorbentni material, se hitrosti pretoka za različne komponente razlikujejo in s tem vodijo do ločevanja komponent, ko tečejo iz kolone. Sestava in temperatura mobilne faze sta zelo pomembna parametra za proces ločevanja, ki vplivata na interakcije, ki se dogajajo med komponentami vzorca in adsorbentom. Ločevanje temelji na porazdelitvi spojin na stacionarno in mobilno fazo.
Rezultati analize HPLC so prikazani kot kromatogram. Kromatogram je dvodimenzionalni diagram z ordinato (os y), ki daje koncentracijo v smislu odziva detektorja, abscisa (os x) pa predstavlja čas.
Delci silicijevega dioksida za pakirane kartuše
Delci silicijevega dioksida za kromatografsko uporabo temeljijo na sintetičnih silicijevih polimerih. Večinoma so narejeni iz tetraetoksisilana, ki se delno hidrolizirajo v polietoksisiloksane, da tvorijo viskozno tekočino, ki jo je mogoče emulgirati v mešanici etanolne vode pri neprekinjenem ultrazvočnem razbijanju. Ultrazvočno mešanje ustvarja sferične delce, ki se s katalitsko inducirano hidrolitsko kondenzacijo (znano kot "Unger" metoda pretvorijo v silikatne hidrogele). Hidrolitska kondenzacija povzroča obsežno povezovanje prek površinskih vrst silanola. Nato se hidrogelne kroglice kalcinirajo, da nastane kserogel. Velikost delcev in por zelo poroznega silicijevega kserogela (Sol-gel) vplivajo pH vrednost, temperatura, uporabljeni katalizator in topila ter koncentracija silicijevega sola.
Neporozni v primerjavi s poroznimi delci
Tako neporozne kot porozne mikrosfere silicijevega dioksida se uporabljajo kot stacionarna faza v HPLC kolonah. Pri majhnih neporoznih delcih pride do ločevanja na površini delcev in razširitev pasu se ublaži zaradi kratke difuzijske poti, s čimer pride do hitrejšega prenosa mase. Vendar pa majhna površina povzroči bolj nenatančne rezultate, saj so zadrževanje, zadrževalni čas, selektivnost in zato ločljivost omejeni. Kritični dejavnik je tudi nosilnost. Porozne mikrosfere silicijevega dioksida poleg površine delcev zagotavljajo dodatno površino pora, ki ponuja več kontaktne površine za interakcijo z analiti. Da bi zagotovili zadosten prenos mase med ločevanjem tekoče faze, morajo biti velikosti por večje od ∼7nm. Za ločevanje velikih biomolekul so potrebne pore velikosti do 100 nm, da se doseže učinkovito ločevanje.
Literatura/Reference
- Czaplicki, Sylwester (2013): Kromatografija v analizi bioaktivnosti spojin. V: Kolonska kromatografija, dr. Dean Martin (ur.), InTech, DOI: 10.5772/55620.
- Hayes, Richard; Ahmeda, Adham; Edge, Tony; Zhang, Haifei (2014): Delci jedra-lupine: Priprava, osnove in aplikacije v tekočinski kromatografiji visoke ločljivosti. J. Chromatogr. A 1357, 2014. 36–52.
- Sharma, S.D.; Singh, Shailandra (2013): Sinteza in karakterizacija visoko učinkovitega nano sulfatnega cirkonija nad silicijevim dioksidom: katalizator jedrne lupine z ultrazvočnim obsevanjem. Ameriški časopis za kemijo 3(4), 2013. 96-104