การดัดแปลงอนุภาคอัลตราโซนิกสําหรับคอลัมน์ HPLC
ความท้าทายใน HPLC คือการแยกตัวอย่างที่หลากหลายอย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ Sonication ช่วยให้สามารถปรับเปลี่ยนและทํางานอนุภาคนาโนเช่นซิลิกาหรือไมโครสเฟียร์ซิร์โคเนีย อัลตราโซนิกเป็นเทคนิคที่ประสบความสําเร็จอย่างมากในการสังเคราะห์อนุภาคซิลิกาแกนเปลือกโดยเฉพาะอย่างยิ่งสําหรับคอลัมน์ HPLC
การดัดแปลงอัลตราโซนิกของอนุภาคซิลิกา
โครงสร้างอนุภาคและขนาดอนุภาค ตลอดจนขนาดรูพรุนและแรงดันปั๊มเป็นพารามิเตอร์ที่สําคัญที่สุดที่มีอิทธิพลต่อการวิเคราะห์ HPLC
ระบบ HPLC ส่วนใหญ่ทํางานโดยมีเฟสนิ่งที่ใช้งานอยู่ติดอยู่กับด้านนอกของอนุภาคซิลิกาทรงกลมขนาดเล็ก อนุภาคเป็นลูกปัดขนาดเล็กมากในช่วงไมโครและนาโน ขนาดอนุภาคของลูกปัดแตกต่างกันไป แต่ขนาดอนุภาคประมาณ 5μm เป็นเรื่องปกติที่สุด อนุภาคขนาดเล็กให้พื้นที่ผิวที่ใหญ่ขึ้นและการแยกที่ดีขึ้น แต่ความดันที่จําเป็นสําหรับความเร็วเชิงเส้นที่เหมาะสมจะเพิ่มขึ้นโดยผกผันของเส้นผ่านศูนย์กลางอนุภาคกําลังสอง ซึ่งหมายความว่าการใช้อนุภาคที่มีขนาดครึ่งหนึ่งและขนาดคอลัมน์เท่ากันจะเพิ่มประสิทธิภาพเป็นสองเท่า แต่ในขณะเดียวกันความดันที่ต้องการก็เพิ่มขึ้นเป็นสี่เท่า
อัลตราโซนิกกําลังเป็นเครื่องมือที่รู้จักกันดีและได้รับการพิสูจน์แล้วสําหรับการดัดแปลง / การทํางานและการกระจายตัวของอนุภาคขนาดเล็กและนาโนเช่นซิลิกา เนื่องจากผลลัพธ์ที่สม่ําเสมอและมีความน่าเชื่อถือสูงในการแปรรูปอนุภาค sonication จึงเป็นวิธีที่ต้องการในการผลิตอนุภาคที่ใช้งานได้ (เช่น อนุภาคเปลือกแกน) อัลตราซาวนด์พลังงานสร้างการสั่นสะเทือนโพรงอากาศและกระตุ้นพลังงานสําหรับปฏิกิริยาโซโนเคมี ด้วยเหตุนี้เครื่องอัลตราโซนิกกําลังสูงจึงประสบความสําเร็จในการบําบัดอนุภาครวมถึง การทํางาน / การดัดแปลง, การลดขนาด & การกระจายตัว เช่นเดียวกับอนุภาคนาโน การสังเคราะห์ (เช่น เส้นทาง SOL-GEL).
ข้อดีของการดัดแปลงอนุภาคอัลตราโซนิก / การทํางาน
- ควบคุมขนาดอนุภาคและการดัดแปลงได้ง่าย
- ควบคุมพารามิเตอร์กระบวนการได้อย่างเต็มที่
- ความสามารถในการปรับขนาดเชิงเส้น
- ใช้ได้กับปริมาณที่น้อยมากไปจนถึงปริมาณมากมาก
- ปลอดภัยผู้ใช้- & เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม
เครื่องสะท้อนเสียงแบบโพรบ UP400St การกระจายตัวและการทํางานของอนุภาคนาโนซิลิกา
การเตรียมอัลตราโซนิกของอนุภาคซิลิกาแกนเปลือก
อนุภาคซิลิกาแกนเปลือก (แกนแข็งที่มีเปลือกมีรูพรุนหรือมีรูพรุนผิวเผิน) ถูกนํามาใช้มากขึ้นสําหรับการแยกที่มีประสิทธิภาพสูงด้วยอัตราการไหลที่รวดเร็วและแรงดันย้อนกลับค่อนข้างต่ํา ข้อดีอยู่ที่แกนแข็งและเปลือกที่มีรูพรุน: อนุภาคแกนเปลือกที่สมบูรณ์สร้างอนุภาคขนาดใหญ่ขึ้นและช่วยให้สามารถใช้งาน HPLC ที่แรงดันย้อนกลับที่ต่ํากว่าในขณะที่เปลือกที่มีรูพรุนและแกนแข็งขนาดเล็กให้พื้นที่ผิวที่สูงขึ้นสําหรับกระบวนการแยก ประโยชน์ของการใช้อนุภาคแกนเปลือกเป็นวัสดุบรรจุภัณฑ์สําหรับคอลัมน์ HPLC คือปริมาตรรูพรุนที่เล็กลงจะช่วยลดปริมาตรที่มีอยู่สําหรับการขยายจากการแพร่กระจายตามยาว ขนาดอนุภาคและความหนาของเปลือกที่มีรูพรุนมีอิทธิพลโดยตรงต่อพารามิเตอร์การแยก (อ้างอิง Hayes et al. 2014)
วัสดุบรรจุภัณฑ์ที่ใช้บ่อยที่สุดสําหรับคอลัมน์ HPLC ที่บรรจุคือซิลิกาไมโครสเฟียร์ทั่วไป อนุภาคแกนเปลือกที่ใช้สําหรับโครมาโตกราฟีมักจะทําจากซิลิกาเช่นกัน แต่มีแกนแข็งและเปลือกที่มีรูพรุน อนุภาคซิลิกาแกนเปลือกที่ใช้สําหรับการใช้งานโครมาโตกราฟีเรียกอีกอย่างว่าแกนหลอมรวมแกนแข็งหรืออนุภาคที่มีรูพรุนผิวเผิน
ซิลิกาเจล สามารถสังเคราะห์ผ่านเส้นทาง sol-gel ของ sonochemical ซิลิกาเจลเป็นชั้นบางที่ใช้บ่อยที่สุดสําหรับการแยกสารออกฤทธิ์ผ่านโครมาโตกราฟีชั้นบาง (TLC)
คลิกที่นี่เพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับเส้นทางโซโนเคมีสําหรับกระบวนการโซลเจล!
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.
อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับ sonicators สําหรับการทํางานของอนุภาคนาโนสําหรับคอลัมน์ HPLC
การกระจายอัลตราโซนิกของอนุภาคนาโน
การกระจายตัวของอนุภาคขนาดละเอียดและการแยกตัวของอนุภาคมีความสําคัญอย่างยิ่งเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุดของวัสดุ ดังนั้นสําหรับการแยกที่มีประสิทธิภาพสูงอนุภาคซิลิกาแบบกระจายตัวเดียวที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่าจะถูกใช้เป็นอนุภาคบรรจุ Sonication ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพในการกระจายตัวของซิลิกามากกว่าวิธีการผสมแรงเฉือนสูงอื่น ๆ
พล็อตด้านล่างแสดงผลลัพธ์ของการกระจายตัวของซิลิกาควันในน้ําด้วยอัลตราโซนิก การวัดได้มาจาก Malvern Mastersizer 2000
ก่อนและหลังการ sonication: เส้นโค้งสีเขียวแสดงขนาดอนุภาคก่อนการ sonication เส้นโค้งสีแดงคือการกระจายขนาดอนุภาคของซิลิกาที่กระจายตัวด้วยคลื่นเสียง
คลิกที่นี่เพื่ออ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับการกระจายอัลตราโซนิกของซิลิกา (SiO2)!
การบดอัดผงโดยใช้ Sonication
ความหนาแน่นของผงในคอลัมน์ HPLC เป็นสิ่งสําคัญสําหรับการบรรลุประสิทธิภาพการแยกที่สูงประสิทธิภาพของคอลัมน์ที่เสถียรลักษณะการไหลที่สม่ําเสมอเวลาในการกักเก็บที่แม่นยําความละเอียดที่ดีขึ้นและยืดอายุการใช้งานของคอลัมน์ การรับรองความหนาแน่นของบรรจุภัณฑ์ที่เหมาะสมและสม่ําเสมอเป็นพื้นฐานสําหรับการทํางานที่เชื่อถือได้และมีประสิทธิภาพของระบบ HPLC การบดอัดผงอัลตราโซนิกสามารถช่วยเติมคอลัมน์และตลับหมึก HPLC ได้อย่างมีประสิทธิภาพด้วยความหนาแน่นของผงที่เหมาะสม
เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการบดอัดผงอัลตราโซนิก!
เครื่องสะท้อนเสียงอุตสาหกรรมสําหรับการกระจายอนุภาคนาโนที่มีปริมาณงานสูง
ข้อเท็จจริงที่ควรค่าแก่การรู้
โครมาโตกราฟีเหลวประสิทธิภาพสูง (HPLC) คืออะไร?
โครมาโตกราฟีสามารถอธิบายได้ว่าเป็นกระบวนการถ่ายเทมวลที่เกี่ยวข้องกับการดูดซับ โครมาโตกราฟีของเหลวประสิทธิภาพสูง (เดิมเรียกว่าโครมาโตกราฟีของเหลวแรงดันสูง) เป็นเทคนิคการวิเคราะห์ที่สามารถแยก ระบุ และหาปริมาณส่วนประกอบแต่ละส่วนของส่วนผสมได้ อีกทางหนึ่งคือโครมาโตกราฟีมาตราส่วนการเตรียมที่ใช้สําหรับการทําให้บริสุทธิ์ของวัสดุจํานวนมากในระดับการผลิต สารวิเคราะห์ทั่วไป ได้แก่ โมเลกุลอินทรีย์ ชีวโมเลกุล ไอออน และโพลีเมอร์
หลักการของการแยก HPLC อาศัยเฟสเคลื่อนที่ (น้ํา ตัวทําละลายอินทรีย์ ฯลฯ) ที่ผ่านเฟสนิ่ง (บรรจุภัณฑ์ซิลิกาอนุภาค เสาหิน ฯลฯ) ในคอลัมน์ ซึ่งหมายความว่าตัวทําละลายเหลวที่มีแรงดันซึ่งมีสารประกอบที่ละลายน้ํา (สารละลายตัวอย่าง) จะถูกสูบผ่านคอลัมน์ที่เต็มไปด้วยวัสดุดูดซับที่เป็นของแข็ง (เช่น อนุภาคซิลิกาดัดแปลง) เนื่องจากส่วนประกอบแต่ละชิ้นในตัวอย่างมีปฏิกิริยากับวัสดุดูดซับแตกต่างกันเล็กน้อยอัตราการไหลของส่วนประกอบต่างๆจึงแตกต่างกันไปและนําไปสู่การแยกส่วนประกอบเมื่อไหลออกจากคอลัมน์ องค์ประกอบและอุณหภูมิของเฟสเคลื่อนที่เป็นพารามิเตอร์ที่สําคัญมากสําหรับกระบวนการแยกที่มีอิทธิพลต่อปฏิสัมพันธ์ที่เกิดขึ้นระหว่างส่วนประกอบตัวอย่างและตัวดูดซับ การแยกขึ้นอยู่กับการแบ่งส่วนของสารประกอบไปยังเฟสนิ่งและเฟสเคลื่อนที่
ผลการวิเคราะห์ของ HPLC จะแสดงเป็นโครมาโตแกรม โครมาโตแกรมเป็นแผนภาพสองมิติที่มีพิกัด (แกน y) ให้ความเข้มข้นในแง่ของการตอบสนองของเครื่องตรวจจับ และขั้ว (แกน x) แสดงถึงเวลา
อนุภาคซิลิกาสําหรับตลับหมึกบรรจุ
อนุภาคซิลิกาสําหรับการใช้งานโครมาโตกราฟีใช้ซิลิกาโพลีเมอร์สังเคราะห์ ส่วนใหญ่ทําจากเตตระเอทอกซีไซเลนซึ่งถูกไฮโดรไลซ์บางส่วนเป็นโพลีเอทอกซีซิล็อกเซนเพื่อสร้างของเหลวหนืดที่สามารถอิมัลชันในส่วนผสมของน้ําเอทานอลภายใต้การโซนิเคชั่นอย่างต่อเนื่อง การกวนด้วยอัลตราโซนิกสร้างอนุภาคทรงกลม ซึ่งเปลี่ยนเป็นซิลิกาไฮโดรเจลผ่านการควบแน่นแบบไฮโดรไลติกที่เหนี่ยวนําด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา (เรียกว่าวิธี 'Unger') การควบแน่นของไฮโดรไลติกทําให้เกิดการเชื่อมขวางอย่างกว้างขวางผ่านสายพันธุ์ซิลานอลบนพื้นผิว หลังจากนั้นทรงกลมไฮโดรเจลจะถูกเผาเพื่อสร้างซีโรเจล ขนาดอนุภาคและขนาดรูพรุนของซิลิกาซีโรเจลที่มีรูพรุนสูง (โซล-เจล) ได้รับอิทธิพลจากค่า pH อุณหภูมิตัวเร่งปฏิกิริยาและตัวทําละลายที่ใช้ตลอดจนความเข้มข้นของซิลิกาโซล
อนุภาคที่ไม่มีรูพรุนกับอนุภาคที่มีรูพรุน
ไมโครสเฟียร์ซิลิกาทั้งที่ไม่มีรูพรุนและรูพรุนใช้เป็นเฟสนิ่งในคอลัมน์ HPLC สําหรับอนุภาคขนาดเล็กที่ไม่มีรูพรุน การแยกจะเกิดขึ้นบนพื้นผิวอนุภาคและการขยายวงกว้างจะบรรเทาลงเนื่องจากเส้นทางการแพร่กระจายที่สั้น อย่างไรก็ตาม พื้นที่ผิวต่ําส่งผลให้ได้ผลลัพธ์ที่ไม่แน่นอนมากขึ้น เนื่องจากการเก็บรักษา เวลาการเก็บรักษา การคัดเลือก และความละเอียดจึงมีจํากัด ความสามารถในการบรรทุกก็เป็นปัจจัยสําคัญเช่นกัน ไมโครสเฟียร์ซิลิกาที่มีรูพรุนนอกเหนือจากพื้นผิวอนุภาคเพิ่มเติมแล้วยังมีพื้นผิวรูพรุนซึ่งมีพื้นที่สัมผัสมากขึ้นในการโต้ตอบกับสารวิเคราะห์ เพื่อให้แน่ใจว่าการขนส่งมวลเพียงพอในระหว่างการแยกเฟสของเหลวขนาดรูพรุนต้องมีขนาดมากกว่า ∼7 นาโนเมตร ในการแยกโมเลกุลชีวภาพขนาดใหญ่ จําเป็นต้องมีรูขุมขนขนาดสูงถึง 100 นาโนเมตรเพื่อให้เกิดการแยกที่มีประสิทธิภาพ
วรรณกรรม/อ้างอิง
- Czaplicki, Sylwester (2013): โครมาโตกราฟีในการวิเคราะห์กิจกรรมทางชีวภาพของสารประกอบ ใน: คอลัมน์โครมาโตกราฟี, ดร. ดีน มาร์ติน (เอ็ด), InTech, DOI: 10.5772/55620
- เฮย์ส, ริชาร์ด; อาเมดา, อัดฮัม; เอดจ์, โทนี่; Zhang, Haifei (2014): อนุภาคแกนเปลือก: การเตรียมพื้นฐานและการประยุกต์ใช้ในโครมาโตกราฟีของเหลวประสิทธิภาพสูง เจ. โครมาโตกอร์ ก 1357, 2014. 36–52.
- ชาร์มา, SD; ซิงห์, ไชลันดรา (2013): การสังเคราะห์และการกําหนดลักษณะของนาโนซัลเฟตเซอร์โคเนียที่มีประสิทธิภาพสูงเหนือซิลิกา: ตัวเร่งปฏิกิริยาแกนเปลือกโดยการฉายรังสีอัลตราโซนิก. วารสารเคมีอเมริกัน 3(4), 2013. 96-104