Ултразвучна модификација честица за HPLC колоне
Изазови у HPLC су брзо и ефикасно раздвајање широког спектра узорака. Соникација омогућава модификацију и функционализацију наночестица, нпр. микросфера силицијум-диоксида или цирконијум-диоксида. Ултразвучна обрада је веома успешна техника за синтезу честица силицијум-диоксида са структуром језгро–омотач, посебно за HPLC колоне.
Ултразвучна модификација честица силицијум-диоксида
Структура и величина честица, као и величина пора и притисак пумпе, најважнији су параметри који утичу на HPLC анализу.
Већина HPLC система ради са активном стационарном фазом везаном за спољашњу површину малих сферних честица силицијум-диоксида. Честице су веома мале куглице микрометарских и нанометарских димензија. Величине куглица варирају, али најчешћа величина честица је приближно 5µm. Мање честице обезбеђују већу површину и боље раздвајање, али притисак потребан за оптималну линеарну брзину расте обрнуто пропорционално квадрату пречника честица. То значи да употреба упола мањих честица при истој величини колоне удвостручује учинак, али истовремено учетворостручује потребан притисак.
Ултразвук велике снаге је добро познато и доказано средство за модификацију / функционализацију и дисперговање микрочестица и наночестица, попут честица силицијум-диоксида. Због уједначених и веома поузданих резултата у обради честица, соникација је пожељна метода за производњу функционализованих честица (нпр. честица са структуром језгро–омотач). Ултразвук велике снаге ствара вибрације и кавитацију и уноси енергију за сонохемијске реакције. Стога се ултразвучни процесори велике снаге успешно користе за обраду честица, укључујући функционализацију / модификацију, смањење величине и дисперговање као и за синтезу наночестица (нпр. сол–гел поступцима).
Предности ултразвучне модификације / функционализације честица
- лака контрола величине и модификације честица
- потпуна контрола параметара процеса
- линеарно повећање размера процеса
- применљиво на веома мале до веома велике запремине
- безбедно, погодно за корисника и нешкодљиво за животну средину
Соникатор са сондом UP400ST диспергује и функционализује наночестице силицијум-диоксида
Ултразвучна припрема честица силицијум-диоксида са структуром језгро–омотач
Честице силицијум-диоксида са структуром језгро–омотач (чврсто језгро са порозним омотачем или површински порозне честице) све се више користе за високоефикасно раздвајање при великом протоку и релативно ниском повратном притиску. Предности леже у њиховом чврстом језгру и порозном омотачу: целокупна честица са структуром језгро–омотач чини већу честицу и омогућава рад HPLC при нижем повратном притиску, док порозни омотач и само мало чврсто језгро обезбеђују већу површину за процес раздвајања. Предност употребе честица са структуром језгро–омотач као материјала за пуњење HPLC колона јесте то што мања запремина пора смањује запремину у којој долази до ширења услед уздужне дифузије. Величина честица и дебљина порозног омотача директно утичу на параметре раздвајања. (уп. Hayes и сар. 2014)
Најчешће коришћени материјали за пуњење пакованих HPLC колона су конвенционалне микросфере силицијум-диоксида. Честице са структуром језгро–омотач које се користе у хроматографији обично су такође направљене од силицијум-диоксида, али са чврстим језгром и порозним омотачем. Честице силицијум-диоксида са структуром језгро–омотач које се користе у хроматографским применама познате су и као честице са фузионисаним језгром, честице са чврстим језгром или површински порозне честице.
Силика-гелови могу се синтетисати сонохемијским сол–гел поступком. Силика-гелови су најчешће коришћени танки слој за раздвајање активних супстанци танкослојном хроматографијом (TLC).
Кликните овде да сазнате више о сонохемијском поступку за сол–гел процесе!
Ултразвучна синтеза (соносинтеза) може се лако применити на синтезу других метала или металних оксида на носачу од силицијум-диоксида, као што су TiO2/SiO2, CuO/SiO2, Pt/SiO2>, Au/SiO2 и многи други, и користи се не само за модификацију силицијум-диоксида за хроматографске кертриџе већ и за различите индустријске каталитичке реакције.
Прочитајте више о соникаторима за функционализацију наночестица за HPLC колоне
Ултразвучно дисперговање наночестица
Фино дисперговање и деагломерација честица посебно су важни за постизање пуних перформанси материјала. Зато се за сепарацију високе ефикасности као честице пуњења користе монодисперзне честице силицијум-диоксида мањих пречника. Доказано је да је соникација ефикаснија у дисперговању силицијум-диоксида од других метода мешања са високим смицањем.
Графикон испод приказује резултат ултразвучног дисперговања пирогеног силицијум-диоксида у води. Мерења су обављена помоћу уређаја Malvern Mastersizer 2000.
Пре и после соникације: Зелена крива приказује величину честица пре соникације, а црвена крива представља расподелу величине честица ултразвучно диспергованог силицијум-диоксида.
Кликните овде да бисте прочитали више о ултразвучном дисперговању силицијум-диоксида (SiO2)!
Сабијање праха помоћу соникације
Густина праха у HPLC колонама од суштинског је значаја за постизање високе ефикасности сепарације, стабилних перформанси колоне, уједначених карактеристика протока, тачних ретенционих времена, побољшане резолуције и продуженог радног века колоне. Обезбеђивање одговарајуће и уједначене густине паковања основа је поузданог и ефикасног рада HPLC система. Ултразвучно сабијање праха може помоћи да се HPLC колоне и кертриџи ефикасно напуне уз оптималну густину праха.
Сазнајте више о ултразвучном сабијању праха!
Индустријски соникатори за дисперговање наночестица са великим капацитетом обраде
Чињенице које вреди знати
Шта је течна хроматографија високих перформанси (HPLC)?
Хроматографија се може описати као процес преноса масе који укључује адсорпцију. Течна хроматографија високих перформанси (раније позната и као течна хроматографија под високим притиском) представља аналитичку технику којом се свака компонента смеше може раздвојити, идентификовати и квантитативно одредити. Алтернативно, препаративна хроматографија користи се за пречишћавање великих шаржи материјала у производним размерама. Типични аналити су органски молекули, биомолекули, јони и полимери.
Принцип HPLC сепарације заснива се на пропуштању мобилне фазе (воде, органских растварача итд.) кроз стационарну фазу (пуњења од честица силицијум-диоксида, монолите итд.) у колони. То значи да се течни растварач под притиском, који садржи растворена једињења (раствор узорка), пумпа кроз колону испуњену чврстим адсорбентом (нпр. модификованим честицама силицијум-диоксида). Пошто свака компонента узорка ступа у нешто другачију интеракцију са адсорбентом, брзине протицања различитих компоненти се разликују, што доводи до њиховог раздвајања при истицању из колоне. Састав и температура мобилне фазе веома су важни параметри процеса сепарације који утичу на интеракције између компоненти узорка и адсорбента. Сепарација се заснива на расподели једињења између стационарне и мобилне фазе.
Резултати HPLC анализе приказују се у виду хроматограма. Хроматограм је дводимензионални дијаграм чија ордината (y-оса) приказује концентрацију преко одзива детектора, док апсциса (x-оса) представља време.
Честице силицијум-диоксида за пуњене кертриџе
Честице силицијум-диоксида за хроматографске примене заснивају се на синтетичким полимерима силицијум-диоксида. Углавном се добијају од тетраетоксисилана, који се делимично хидролизује до полиетоксисилоксана како би се формирала вискозна течност која се може емулговати у смеши етанола и воде уз непрекидну соникацију. Ултразвучно мешање ствара сферне честице, које се каталитички индукованом хидролитичком кондензацијом (познатом као „Унгерова“ метода) претварају у хидрогелове силицијум-диоксида. Хидролитичка кондензација изазива обимно умрежавање преко површинских силанолних група. Након тога, сфере хидрогела се калцинишу да би се добио ксерогел. Величина честица и величина пора високопорозног ксерогела силицијум-диоксида (сол-гел) зависе од pH вредности, температуре, коришћеног катализатора и растварача, као и од концентрације сола силицијум-диоксида.
Непорозне и порозне честице
И непорозне и порозне микросфере силицијум-диоксида користе се као стационарна фаза у HPLC колонама. Код малих непорозних честица раздвајање се одвија на површини честица, а ширење зона је смањено због кратког дифузионог пута, што омогућава бржи пренос масе. Међутим, мала површина доводи до мање тачних резултата, јер су ретенција, ретенционо време, селективност, а тиме и резолуција, ограничени. Капацитет оптерећења је такође критичан фактор. Порозне микросфере силицијум-диоксида, поред површине честица, пружају и површину пора, која нуди већу контактну површину за интеракцију са аналитима. Да би се обезбедио довољан пренос масе током раздвајања у течној фази, величина пора мора бити већа од ∼7nm. За раздвајање великих биомолекула потребне су поре величине до 100nm како би се постигло ефикасно раздвајање.
Литература/Референце
- Czaplicki, Sylwester (2013): Хроматографија у анализи биоактивности једињења. У: Хроматографија на колони, др Dean Martin (ур.), InTech, DOI: 10.5772/55620.
- Hayes, Richard; Ahmeda, Adham; Edge, Tony; Zhang, Haifei (2014): Честице са језгром и омотачем: Припрема, основе и примене у течној хроматографији високих перформанси. J. Chromatogr. A 1357, 2014. 36–52.
- Sharma, S.D.; Singh, Shailandra (2013): Синтеза и карактеризација високоефикасног сулфатисаног наноцирконијум-диоксида на силицијум-диоксиду: Катализатор са језгром и омотачем добијен ултразвучним озрачивањем. Амерички часопис за хемију 3(4), 2013. 96–104