Ultraljudspartikelmodifiering för HPLC-kolonner
Utmaningarna med HPLC är en snabb och effektiv separation för ett brett spektrum av prover. Ultraljudsbehandling gör det möjligt att modifiera och funktionalisera nanopartiklar, t.ex. kiseldioxid eller zirkonia mikrosfärer. Ultraljud är en mycket framgångsrik teknik för att syntetisera kärna-skal kiseldioxidpartiklar, särskilt för HPLC-kolonner.
Ultraljudsmodifiering av kiseldioxidpartiklar
Partikelstruktur och partikelstorlek samt porstorlek och pumptryck är de viktigaste parametrarna som påverkar HPLC-analysen.
De flesta HPLC-system körs med den aktiva stationära fasen fäst på utsidan av små sfäriska kiseldioxidpartiklar. Partiklarna är mycket små kulor i mikro- och nanoområdet. Partikelstorlekarna på pärlorna varierar, men en partikelstorlek på ca 5 μm är vanligast. Mindre partiklar ger en större yta och en bättre separation, men det tryck som krävs för optimal linjär hastighet ökar med inversen av partikeldiametern i kvadrat. Detta innebär att användning av partiklar av halva storleken och med samma kolonnstorlek fördubblar prestandan, men samtidigt fyrdubblas det nödvändiga trycket.
Power ultrasonics är ett välkänt och beprövat verktyg för modifiering / funktionalisering och dispersion av mikro- och nanopartiklar som kiseldioxid. På grund av dess enhetliga och mycket tillförlitliga resultat vid partikelbehandling, ultraljudsbehandling är den föredragna metoden för att producera funktionaliserade partiklar (t.ex. kärnskalpartiklar). Power ultraljud skapar vibrationer, kavitation och inducerar energi för sonokemiska reaktioner. Därigenom används ultraljudsapparater med hög effekt framgångsrikt för partikelbehandlingar, inklusive Funktionalisering / modifiering, Storlek Minskning & spridning samt för nanopartiklar syntes (t.ex. Sol-Gel rutter).
Fördelar med ultraljudspartikelmodifiering / funktionalisering
- Enkel kontroll över partikelstorlek och modifiering
- Full kontroll över processparametrarna
- Linjär skalbarhet
- Kan användas från mycket små till mycket stora volymer
- säker, användar- & miljövänlig

Sond-typ sonchester UP400St Dispersion och funktionalisering av kiseldioxidnanopartiklar
Ultraljudsberedning av kiseldioxidpartiklar med kärna–skal
Kärna–skal kiseldioxidpartiklar (solid kärna med poröst skal eller ytligt poröst) har i allt högre grad använts för högeffektiv separation med snabb flödeshastighet och relativt lågt mottryck. Fördelarna ligger i deras solida kärna och det porösa skalet: Den kompletta kärnskalpartikeln bildar en större partikel och gör det möjligt att driva HPLC vid ett lägre mottryck, medan det porösa skalet och den lilla fasta kärnan i sig ger en högre yta för separationsprocessen. Fördelarna med att använda kärnskalpartiklar som förpackningsmaterial för HPLC-kolonner är att den mindre porvolymen minskar volymen som finns för breddning från longitudinell diffusion. Partikelstorleken och tjockleken på det porösa skalet har direkt inverkan på separationsparametrarna. (jfr Hayes et al. 2014)
De mest använda förpackningsmaterialen för packade HPLC-kolonner är konventionella kiseldioxidmikrosfärer. Partiklarna i kärnskalet som används för kromatografi är vanligtvis också gjorda av kiseldioxid, men med en fast kärna och ett poröst skal. Kiseldioxidpartiklar med kärnskal som används för kromatografiska tillämpningar är också kända som smält kärna, fast kärna eller ytligt porösa partiklar.
Geler av kiseldioxid Kan syntetiseras via sonokemisk sol-gel-väg. Kiselgeler är det mest använda tunna skiktet för separation av aktiva substanser via tunnskiktskromatografi (TLC).
Klicka här för att lära dig mer om den sonokemiska vägen för sol-gel-processer!
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.
Läs mer om ultraljudsmätare för funktionalisering av nanopartiklar för HPLC-kolonner
Ultraljudsdispersion av nanopartiklar
En finstor dispersion och deagglomerering av partiklar är särskilt viktig för att uppnå full prestanda hos materialet. Således, för högpresterande separation, används monodispersiva kiseldioxidpartiklar med mindre diametrar som packningspartiklar. Ultraljudsbehandling har visat sig vara mer effektiv vid dispergering av kiseldioxid än andra blandningsmetoder med hög skjuvning.
Diagrammet nedan visar resultatet av ultraljudsdispersion av rökt kiseldioxid i vatten. Mätningarna gjordes med hjälp av en Malvern Mastersizer 2000.

Före och efter ultraljudsbehandling: Den gröna kurvan visar partikelstorleken före ultraljudsbehandling, den röda kurvan är partikelstorleksfördelningen av ultraljudsdispergerad kiseldioxid.
Klicka här för att läsa mer om ultraljudsdispergering av kiseldioxid (SiO2)!
Pulverkomprimering med hjälp av ultraljudsbehandling
Pulverdensitet i HPLC-kolonner är avgörande för att uppnå hög separationseffektivitet, stabil kolonnprestanda, konsekventa flödesegenskaper, exakta retentionstider, förbättrad upplösning och förlängd kolonnlivslängd. Att säkerställa lämplig och enhetlig packningsdensitet är grundläggande för tillförlitlig och effektiv drift av HPLC-system. Ultraljudspulverkomprimering kan hjälpa till att fylla HPLC-kolonner och patroner effektivt med optimal pulverdensitet.
Lär dig mer om ultraljudspulverkomprimering!
Fakta som är värda att veta
Vad är högpresterande vätskekromatografi (HPLC)?
Kromatografi kan beskrivas som en massöverföringsprocess som involverar adsorption. Högpresterande vätskekromatografi (tidigare även känd som högtrycksvätskekromatografi) är en analysteknik genom vilken varje komponent i en blandning kan separeras, identifieras och kvantifieras. Alternativt preparativ skalakromatografi som används för rening av stora partier av material i produktionsskala. Typiska analyter är organiska molekyler, biomolekyler, joner och polymerer.
Principen för HPLC-separation bygger på att en mobil fas (vatten, organiska lösningsmedel etc.) passerar genom en stationär fas (partikulära kiseldioxidpackningar, monoliter, etc.) i en kolonn. Detta innebär att ett trycksatt flytande lösningsmedel, som innehåller de upplösta föreningarna (provlösning), pumpas genom en kolonn fylld med ett fast adsorberande material (t.ex. modifierade kiseldioxidpartiklar). Eftersom varje komponent i provet interagerar något annorlunda med det adsorberande materialet, varierar flödeshastigheterna för de olika komponenterna och leder därmed till att komponenterna separeras när de strömmar ut genom kolonnen. Sammansättning och temperatur i den mobila fasen är mycket viktiga parametrar för separationsprocessen, vilket påverkar de interaktioner som sker mellan provkomponenter och adsorbent. Separationen är baserad på uppdelningen av föreningarna mot stationär och mobil fas.
Analysresultaten av HPLC visualiseras som ett kromatogram. Ett kromatogram är ett tvådimensionellt diagram där koordinaten (y-axeln) ger koncentration i termer av detektorrespons och abskissan (x-axeln) representerar tiden.
Kiseldioxidpartiklar för förpackade patroner
Kiseldioxidpartiklar för kromatografiska tillämpningar är baserade på syntetiska kiseldioxidpolymerer. För det mesta är de gjorda av tetraetoxisilan som delvis hydrolyseras till polyetoxisiloxaner för att bilda en viskös vätska som kan emulgeras i en etanolvattenblandning under kontinuerlig ultraljudsbehandling. Ultraljudsomrörningen skapar sfäriska partiklar, som omvandlas till kiseldioxidhydrogeler genom en katalytiskt inducerad hydrolytisk kondensation (känd som "Unger"-metoden). Den hydrolytiska kondensationen orsakar omfattande tvärbindning via ytsilanolerna. Därefter kalcineras hydrogelkulorna för att producera en xerogel. Partikel- och porstorleken för den mycket porösa kiseldioxiden xerogel (sol-gel) påverkas av pH-värdet, temperaturen, den katalysator och de lösningsmedel som används samt koncentrationen av kiseldioxidsol.
Icke-porösa vs porösa partiklar
Både icke-porösa och porösa kiseldioxidmikrosfärer används som stationär fas i HPLC-kolonner. För små icke-porösa partiklar sker separationen på partikelytan och bandbreddningen lindras på grund av den korta diffusionsvägen, vilket sker en snabbare massöverföring. Den låga ytan resulterar dock i mer inexakta resultat, eftersom retention, retentionstid, selektivitet och därmed upplösning är begränsade. Lastkapaciteten är också en kritisk faktor. Porösa kiseldioxidmikrosfärer ger förutom partikelytan dessutom porytan, vilket ger mer kontaktyta för att interagera med analyter. För att säkerställa tillräcklig masstransport under vätskefasseparation måste porstorlekarna ha en storlek på mer än ∼7 nm. För att separera stora biomolekyler krävs porstorlekar på upp till 100 nm för att uppnå en effektiv separation.
Litteratur/Referenser
- Czaplicki, Sylwester (2013): Kromatografi vid bioaktivitetsanalys av föreningar. I: Column Chromatography, Dr. Dean Martin (ed.), InTech, DOI: 10.5772/55620.
- Hayes, Richard; Ahmeda, Adham; Edge, Tony; Zhang, Haifei (2014): Kärnskalpartiklar: Förberedelse, grunder och tillämpningar inom högpresterande vätskekromatografi. J. Chromatogr. A 1357, 2014. 36–52.
- Sharma, S.D.; Singh, Shailandra (2013): Syntes och karakterisering av mycket effektiv nanosulfaterad zirkoniumoxid över kiseldioxid: Core-Shell Catalyst genom ultraljudsbestrålning. American Journal of Chemistry 3(4), 2013. 96-104