Sửa đổi hạt siêu âm cho cột HPLC
Những thách thức trong HPLC là tách nhanh và hiệu quả cho một loạt các mẫu. Sonication cho phép sửa đổi và chức năng hóa các hạt nano, ví dụ như silica hoặc zirkonia microspheres. Ultrasonication là một kỹ thuật rất thành công để tổng hợp các hạt silica lõi-vỏ, đặc biệt là cho các cột HPLC.
Sửa đổi siêu âm các hạt silica
Cấu trúc hạt và kích thước hạt cũng như kích thước lỗ rỗng và áp suất bơm là những thông số quan trọng nhất ảnh hưởng đến phân tích HPLC.
Hầu hết các hệ thống HPLC chạy với pha tĩnh hoạt động gắn liền với bên ngoài của các hạt silica hình cầu nhỏ. Các hạt là những hạt rất nhỏ trong phạm vi vi mô và nano. Kích thước hạt của các hạt khác nhau, nhưng kích thước hạt xấp xỉ 5μm là phổ biến nhất. Các hạt nhỏ hơn cung cấp diện tích bề mặt lớn hơn và phân tách tốt hơn, nhưng áp suất cần thiết cho vận tốc tuyến tính tối ưu tăng theo nghịch đảo của bình phương đường kính hạt. Điều này có nghĩa là sử dụng các hạt có kích thước bằng một nửa và ở cùng kích thước cột, tăng gấp đôi hiệu suất, nhưng đồng thời áp suất cần thiết tăng gấp bốn lần.
Siêu âm công suất là một công cụ nổi tiếng và đã được chứng minh để sửa đổi? chức năng hóa và phân tán các hạt vi mô và nano như silica. Do kết quả đồng nhất và có độ tin cậy cao trong quá trình xử lý hạt, siêu âm là phương pháp ưa thích để tạo ra các hạt chức năng hóa (ví dụ: hạt lõi-vỏ). Siêu âm công suất tạo ra rung động, xâm thực và tạo ra năng lượng cho các phản ứng siêu âm. Qua đó, máy siêu âm công suất cao được sử dụng thành công để xử lý hạt bao gồm Chức năng hóa? sửa đổi, Giảm kích thước & Phân tán cũng như cho hạt nano Tổng hợp (ví dụ: Các tuyến Sol-Gel).
Ưu điểm của sửa đổi? chức năng hóa hạt siêu âm
- Dễ dàng kiểm soát kích thước hạt và sửa đổi
- Toàn quyền kiểm soát các tham số quy trình
- Khả năng mở rộng tuyến tính
- Áp dụng từ khối lượng rất nhỏ đến rất lớn
- An toàn, người dùng- & Thân thiện với môi trường
Sonicator loại đầu dò UP400St phân tán và chức năng hóa các hạt nano silica
Chuẩn bị siêu âm các hạt silica lõi-vỏ
Hạt silica lõi–vỏ (lõi rắn với vỏ xốp hoặc xốp bề ngoài) ngày càng được sử dụng để tách hiệu quả cao với tốc độ dòng chảy nhanh và áp suất ngược tương đối thấp. Ưu điểm nằm ở lõi rắn và vỏ xốp: Hạt vỏ lõi hoàn chỉnh tạo thành một hạt lớn hơn và cho phép vận hành HPLC ở áp suất ngược thấp hơn trong khi vỏ xốp và lõi rắn nhỏ tự cung cấp diện tích bề mặt cao hơn cho quá trình tách. Lợi ích của việc sử dụng các hạt lõi-vỏ làm vật liệu đóng gói cho cột HPLC là thể tích lỗ nhỏ hơn làm giảm thể tích hiện tại để mở rộng do khuếch tán dọc. Kích thước hạt và độ dày của vỏ xốp có ảnh hưởng trực tiếp đến các thông số tách. (xem Hayes và cộng sự 2014)
Các vật liệu đóng gói được sử dụng thường xuyên nhất cho các cột HPLC đóng gói là các vi cầu silica thông thường. Các hạt lõi-vỏ được sử dụng cho sắc ký thường được làm bằng silica, nhưng với lõi rắn và vỏ xốp. Các hạt silica lõi-vỏ được sử dụng cho các ứng dụng sắc ký còn được gọi là lõi nung chảy, lõi rắn hoặc các hạt xốp bề mặt.
Silica gel có thể được tổng hợp thông qua con đường sol-gel sonochemical. Silica gel là lớp mỏng được sử dụng thường xuyên nhất để tách các hoạt chất thông qua sắc ký lớp mỏng (TLC).
Bấm vào đây để tìm hiểu thêm về con đường sonochemical cho các quá trình 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.
Đọc thêm về máy siêu âm để chức năng hóa hạt nano cho cột HPLC
Siêu âm phân tán các hạt nano
Sự phân tán kích thước tốt và sự kết tụ của các hạt là đặc biệt quan trọng để có được hiệu suất đầy đủ của vật liệu. Do đó, để tách hiệu suất cao, các hạt silica đơn phân tán có đường kính nhỏ hơn được sử dụng làm hạt đóng gói. Sonication đã được chứng minh là có hiệu quả hơn trong việc phân tán silica so với các phương pháp trộn cắt cao khác.
Biểu đồ dưới đây cho thấy kết quả của sự phân tán siêu âm của silica bốc khói trong nước. Các phép đo thu được bằng cách sử dụng Malvern Mastersizer 2000.
Trước và sau khi siêu âm: Đường cong màu xanh lá cây cho thấy kích thước hạt trước khi siêu âm, đường cong màu đỏ là sự phân bố kích thước hạt của silica phân tán siêu âm.
Nén bột bằng cách sử dụng Sonication
Mật độ bột trong cột HPLC là điều cần thiết để đạt được hiệu quả tách cao, hiệu suất cột ổn định, đặc tính dòng chảy nhất quán, thời gian lưu giữ chính xác, độ phân giải được cải thiện và tuổi thọ cột kéo dài. Đảm bảo mật độ đóng gói phù hợp và đồng đều là nền tảng cho hoạt động đáng tin cậy và hiệu quả của hệ thống HPLC. Siêu âm nén bột có thể giúp lấp đầy các cột HPLC và hộp mực hiệu quả với mật độ bột tối ưu.
Tìm hiểu thêm về siêu âm nén bột!
Sonicators công nghiệp cho sự phân tán thông lượng cao của các hạt nano
Sự thật đáng biết
Sắc ký lỏng hiệu suất cao (HPLC) là gì?
Sắc ký có thể được mô tả như một quá trình chuyển khối lượng liên quan đến hấp phụ. Sắc ký lỏng hiệu suất cao (trước đây còn được gọi là sắc ký lỏng áp suất cao) là một kỹ thuật phân tích theo đó mỗi thành phần của hỗn hợp có thể được tách, xác định và định lượng. Ngoài ra, sắc ký quy mô chuẩn bị được sử dụng để tinh chế các lô vật liệu lớn ở quy mô sản xuất. Các chất phân tích điển hình là các phân tử hữu cơ, phân tử sinh học, ion và polyme.
Nguyên tắc tách HPLC dựa trên pha di động (nước, dung môi hữu cơ, v.v.) được đưa qua pha tĩnh (bao bì silica dạng hạt, nguyên khối, v.v.) trong một cột. Điều này có nghĩa là, một dung môi lỏng có áp suất, có chứa các hợp chất hòa tan (dung dịch mẫu), được bơm qua một cột chứa đầy vật liệu hấp phụ rắn (ví dụ như các hạt silica biến tính). Vì mỗi thành phần trong mẫu tương tác hơi khác nhau với vật liệu hấp phụ, tốc độ dòng chảy cho các thành phần khác nhau khác nhau và do đó dẫn đến việc tách các thành phần khi chúng chảy ra cột. Thành phần và nhiệt độ của pha di động là những thông số rất quan trọng đối với quá trình tách, ảnh hưởng đến các tương tác xảy ra giữa các thành phần mẫu và chất hấp phụ. Sự phân tách dựa trên sự phân chia các hợp chất theo hướng pha đứng yên và di động.
Kết quả phân tích của HPLC được hình dung dưới dạng sắc ký. Sắc ký là một sơ đồ hai chiều với tọa độ (trục y) cho sự tập trung về phản ứng của máy dò và abscissa (trục x) đại diện cho thời gian.
Hạt silica cho hộp mực đóng gói
Silica particles for chromatographic applications are based on synthetic silica polymers. Mostly, they are made from tetraethoxysilane which are partially hydrolysed to polyethoxysiloxanes in order to form a viscous liquid that can be emulsified in an ethanol water mixture under continuous sonication. The ultrasonic agitation creates spherical particles, which are transformed into silica hydrogels through a catalytically induced hydrolytic condensation (known as ‘Unger’ method). The hydrolytic condensation causes extensive crosslinking via the surface silanol species. Afterwards, the hydrogel spheres are calcinated to produce a xerogel. The particle size and pore size of the highly porous silica xerogel (sol-gel) bị ảnh hưởng bởi giá trị pH, nhiệt độ, chất xúc tác và dung môi được sử dụng cũng như nồng độ silica sol.
Các hạt không xốp và xốp
Cả vi cầu silica không xốp và xốp đều được sử dụng làm pha tĩnh trong các cột HPLC. Đối với các hạt nhỏ không xốp, sự phân tách xảy ra trên bề mặt hạt và sự mở rộng dải được giảm bớt do đường khuếch tán ngắn, do đó xảy ra sự truyền khối nhanh hơn. Tuy nhiên, diện tích bề mặt thấp dẫn đến kết quả không chính xác hơn, vì thời gian lưu giữ, thời gian lưu giữ, tính chọn lọc và do đó độ phân giải bị hạn chế. Khả năng chịu tải cũng là một yếu tố quan trọng. Các vi cầu silica xốp cung cấp ngoài bề mặt hạt còn có bề mặt lỗ rỗng, cung cấp nhiều diện tích tiếp xúc hơn để tương tác với các chất phân tích. Để đảm bảo vận chuyển khối lượng đủ trong quá trình tách pha lỏng, kích thước lỗ phải có kích thước lớn hơn ∼7nm. Để tách các phân tử sinh học lớn, cần có kích thước lỗ chân lông lên đến 100nm để đạt được sự phân tách hiệu quả.
Văn học/Tài liệu tham khảo
- Czaplicki, Sylwester (2013): Sắc ký trong phân tích hoạt tính sinh học của các hợp chất. Trong: Sắc ký cột, Tiến sĩ Dean Martin (chủ biên), InTech, DOI: 10.5772/55620.
- Hayes, Richard; Ahmeda, Adham; Cạnh, Tony; Zhang, Haifei (2014): Các hạt lõi-vỏ: Chuẩn bị, nguyên tắc cơ bản và ứng dụng trong sắc ký lỏng hiệu suất cao. J. Sắc tố. A 1357, 2014. 36–52.
- Sharma, S.D.; Singh, Shailandra (2013): Tổng hợp và mô tả đặc tính của Zirconia Nano sulfated hiệu quả cao trên Silica: Chất xúc tác vỏ lõi bằng chiếu xạ siêu âm. Tạp chí Hóa học Hoa Kỳ 3 (4), 2013. 96-104