Johdanto: Stationaaristen vaihemateriaalien kriittinen rooli Kromatografiassa

Kromatografia on edelleen yksi tärkeimmistä analyysikemian, biokemian ja teollisuuden laadunvalvonnan erotustekniikoista. Kyky ratkaista monimutkaisia seoksia yksittäisiksi aineiksi riippuu analyysien, liikkuvan vaiheen ja stantaarisen vaiheen välisistä eroista. Näistä, stantiilivaihe — kolonnin sisällä pakattu tai pinnoitettu materiaali, joka on kiinteä tuki — on vaikuttavin selektiivisyyttä, resoluutiota ja kokonaiseriytymistehokkuutta määrittävä tekijä. Vuosikymmenien ajan perinteiset kiinteät vaiheet, kuten paljas silikageelit ja orgaaniset polymeerit, ovat hallinneet maisemaa. Analyyttiset haasteet ovat kuitenkin kasvaneet vaativammiksi ja pienemmiksi, ja ne ovat keskittyneet ympäristönäytteisiin, erottaen kiral-lääkkeitä tai luonnehtien monimutkaisia biologisia nesteitä— klassisen vaiheen rajoitukset ovat tulleet näkyviksi.

Klassiset kiinteät vaihemateriaalit: vahvuudet ja rajoitukset

Perinteinen kiinteä vaihe on tarjonnut luotettavaa palvelua vuosikymmeniä, mutta ei ole ilman haittapuolia. Silikageeli, yleisimmin käytetty perusmateriaali, tarjoaa suuren mekaanisen lujuuden, hyvän lämpövakauden ja erilaisia johdannaismahdollisuuksia. Sen pintasilanoliryhmiä voidaan muuttaa käänteisfaasin (C18, C8), normaalivaiheen tai ioninvaihtomateriaalien luomiseksi. Silikaa on kuitenkin paljas piidioksidi, joka kärsii sellaisista asioista kuin happamien silanolien jäännösten, pH:n rajoitetun vakauden (tyypillisesti pH 2...8) ja erä-erojen vuoksi. Poromaiset piidioksidihiukkaset myös lisäävät nauhan leviämistä, koska se siirtyy hitaasti syvähuokosiin, erityisesti isommille molekyyleille.

Polymeeripohjaiset vaiheet, kuten polystyreeni.divinyylibentseenihartsit (PS-DVB-hartsit), otettiin käyttöön pH-rajoitusten poistamiseksi (stabiili pH 1.14:stä), mutta usein niiden tehokkuus on heikentynyt orgaanisten liuottimien turpoamisen ja vähemmän toistettavissa olevan pintakemian vuoksi. Seka-bed- ja mekaanisesti sekoitetut vaiheet yrittivät yhdistää etuja, mutta silti ne eivät olleet valikoivia, erityisesti silloin, kun ne kohdensivat rakenteellisesti samankaltaisia analyyttejä. Nämä rajoitukset ovat ajaneet uusien materiaalien etsimistä, jotka voivat tuottaa terävämpiä huippuja, korkeampia kuormittavuutta ja räätälöityä valikoivuutta.

Stationaarisen vaiheen suunnittelun keskeiset innovaatiot

Ydinkuoret ja -hiukkaset

Yksi tehokkaimmista innovaatioista korkeatehoisessa nestekromatografiassa (HPLC) on ollut ydinkuoren (myös pintahuokoisten) hiukkasten kehittäminen. Toisin kuin täysin huokoiset hiukkaset, ytimen kuori-hiukkaset koostuvat kiinteästä, huokoisesta ytimestä (tyypillisesti piidioksidista), jota ympäröi ohut huokoinen kuori. Tämä rakenne vähentää merkittävästi polun pituutta analytiikan diffuusioon, minimoi bändin laajenemista ja mahdollistaa erittäin korkean erotustehon jopa alemmalla vastapaineella. Ydinkuorihiukkaset saavuttavat alennetut levyn korkeudet (h ~ 1.5....). Ne ovat verrattavissa sub-2 μm:n täysin huokoisiin hiukkasiin, mutta ilman äärimmäisiä painevaatimuksia. Niitä on saatavana erilaisissa kuorikemisteissä, mukaan lukien C18, C8, fenyylihekseli ja sekamuotoiset toiminnot, jotka tekevät niistä monipuolisia lääke-, ympäristö- ja biologisille eroille. Tutkijat ovat myös ottaneet käyttöön ydinhiukkaset, joiden jakauma on kaksimodaalinen.

Pinta-alan toiminnallinen funktio: räätälöity kemia molekyylitasolla

Toiminnallistaminen stationaarisen faasin pintaan erityisillä kemiallisilla ryhmillä mahdollistaa kohdennetut vuorovaikutukset analytes-analyysien kanssa. Perinteisten alkyyliketjujen (C18, C8) lisäksi moderni functionalisointi sisältää polaaristen ryhmien (kuten amidin, urean tai karbamaatin) sulattamista alkyyliketjuun, jotta saadaan aikaan ortogonaaliset retentiomekanismit. Nämä ... upotetut polaariset faasit (EPG) ovat erityisen hyödyllisiä erottamaan erittäin polaariset yhdisteet, jotka muutoin poistuisivat normaalin käänteisfaasikolonnin tyhjiötilavuuden lähellä. Toinen laajalti käytetty funktionaalisointi on ligandivaihtokromatografia, jossa metalli-ionit (esim., Cu2+, Zn2+) kelatoitetaan pinnalle, jotta ne säilyisivät selektiivisesti koordinointikykyisinä yhdisteinä, jotka ovat hyödyllisiä aminohappoille, sokeille ja orgaanisille hapoille.

Chiral stational faces for a pointcle of functionalization, jossa optisesti aktiiviset valitsimet (esim., syklodekstriinit, makrosykliset antibiootit, polysakkaridijohdokset) on sidottu kovalenttisesti piidioksidiin. Nämä vaiheet mahdollistavat enantiomeerien erottamisen kriittisestä vaatimuksesta farmaseuttisessa, maatalouskemiallisessa ja elintarvikekemiassa. Valvotun pintapeiton ja sidekemian kehitys on parantanut toistettavuus- ja kolonnien elinaikaa kiraalien erottamisessa.

Sekavaiheet

Sekamuotokromatografiassa yhdistyvät kaksi tai useampia retentiomekanismeja (esim. käänteisfaasi + ioninvaihto tai käänteisfaasi + hydrofiilinen vuorovaikutus) yhteen kolonniin. Tämä lähestymistapa yksinkertaistaa menetelmän kehittämistä monimutkaisille näytteille, jotka sisältävät sekä hydrofobisia että ionisoitavia lajeja. Esimerkiksi sekä C18-ketjuilla että sulfonihapporyhmillä toimiva stationaarinen vaihe voi erottaa samanaikaisesti neutraaleja ja happamia/emäksisiä yhdisteitä ilman ioninvaihtoreagensseja. Viimeaikainen työ on tuonut käyttöön ... sekamoodivaiheita, jotka muuttavat valikoivuutta, joka perustuu liikkuvaan faasin pH:iin tai orgaaniseen muunnusmenetelmään. Sekamuotokolonnit otetaan yhä useammin käyttöön bioanalysoinnissa ja ympäristöseulonnassa, kun moni-analyyttiset seokset ovat yleisiä. []Lue lisää seulottuina seulonta-moodin teknologian yhdistelmävaihevaiheista, jotka muuttavat selektiivisyyttä erotustieteessä [].

Kehittyvä kehittynyt materiaali

Metalli- ja orgaaniset puitteet

Metalli-orgaaniset kehykset ovat kiteitä, erittäin huokoisia materiaaleja, jotka on valmistettu metallien klustereista, jotka on yhdistetty orgaanisiin ligandeihin. Niiden erikoiset pinta-alat (tyypillisesti 1000... 7000 m[[.FLT:0]]2[[[.FLT:1]]]/g), tonnikalahuokoiset huokoset ja modulaariset kemiat tekevät niistä poikkeuksellisia hakijoita kiinteisiin vaiheisiin. MOF-yhdisteet voivat tarjota kokoselektiivistä seulontaa, muotovalikoivuutta ja spesifistä adsorptiota koordinaation kautta. Esimerkiksi MIL-53(Al-happea esiintyy . MOF-pohjaiset muutokset huokosmitoissa, jotka liittyvät tiettyjen analyytien adsorptioon, mahdollistavat ennennäkemättömän valikoivuuden.

Nanomateriaalit: Grafeeni, hiilinanoputket ja silika-Nanopartikkelit

Nanomateriaalit tuovat kromatografiaan ainutlaatuisia fysikaaliskemiallisia ominaisuuksia. Hiilinanoputket (CNT) .Niiden avulla voidaan sekä yksikerroksiset että monikerroksiset pumput tallettaa tai kovalenttisesti kiinnittää piidioksidimikropartikkeleihin, jotta saadaan aikaan kiinteitä faasia, jossa on vahva π.π-vuorovaikutus, hydrofobisuus ja suuri pinta-ala. Nämä vaiheet ovat erityisen tehokkaita aromaattisten yhdisteiden erottamisessa, mukaan lukien polysykliset aromaattiset hiilivedyt (PAH) ja aromaattiset renkaat sisältävät lääkkeet. Grafeenioksidi (GO) ja pelkistetty grafieenioksidi (rgO) on myös sisällytetty kiinteisiin vaiheisiin pinnoitteen tai in-sintu polymeroinnin kautta.

Silika-nanohiukkasia (10..100 nm) ei yleensä käytetä itse pakattuina vuodemateriaaleina (liiallisen vastapaineen vuoksi), vaan niitä voidaan koota monoliittisiksi kolonniksi tai käyttää suurempien hiukkasten pinnoitteena hierarkkisen huokoisuuden luomiseksi. Tämä järjestely parantaa sekä tehokkuutta että läpäisevyyttä. Nanopartikkelilla täytetyt kiinteät faasit ovat aktiivinen tutkimusalue, jossa on proteomiseja ja metabolomisia sovelluksia. [[[...]]Tutki syvempiä oivalluksia nanomateriaaleista erotustieteessä[[[..]].

Solmiopylväät: Jatkuva vuodetekniikka

Monoliittikolonnit koostuvat yhdestä huokoisesta materiaalista (silika tai polymeeri), joka täyttää kolonniputken, jolloin hiukkaspakkaus ei ole tarpeen. Makrohuiskuinen ja mesoporoottinen rakenne monoliittien mahdollistaa korkean läpäisevyyden ja nopean konvektiivisen massan siirron, mikä tekee niistä ihanteellisia nopeisiin eroihin ja erittäin suurten molekyylien (esim. proteiinit, DNA) analysointiin. Piioksidimonoliittit tarjoavat korkean pinta-alan ja mesoporoottisen lujuuden, kun taas polymeerimonoliittit (esim. metakrylaattiin tai polystyreeniin perustuvat) ovat kemiallisesti kestäviä ja ne voidaan valmistaa situssa. Viimeaikaisia innovaatioita ovat hybridiorgaaniset monoliittit ja . molekyylisesti painetut .

Tulevaisuuden linjaukset ja päätelmät

Pysyvien vaiheiden eturintamassa oleva innovaatio on siirtymässä kohti entistä suurempaa spesifisyyttä ja kestävyyttä. Laskeutumissuunnittelua ja koneoppimista käytetään uusien materiaalien kromatografisen käyttäytymisen ennustamiseen ennen synteesiä, kiihdyttämään löydöstä. ...Smart...............................................................................................................................................................................................

On selvää, että pitkälle kehitetyn materiaalisynteesin avioliitto, jossa on syvä käsitys retentiomekanismeista, aiheuttaa kromatografiassa vallankumouksen. Ydinkuoren hiukkasista, jotka lisäävät tehokkuutta ilman äärimmäistä painetta mofeiiniosiin, jotka syrjivät huokosgeometriaan perustuvia isomeeriä, nämä innovaatiot laajentavat erottavien ja havaittavien aineiden rajoja. Analyyttisten kemistien kannalta on olennaista pysyä ajan tasalla näistä kehityssuunnista, jotta voidaan ratkaista 2000-luvun yhä monimutkaisemmat erottamishaasteet. [Opi uusia kaupallisia innovaatioita johtavilta kromatografiavalmistajilta. Kattava akateeminen näkökulma kiinteisiin vaiheisiin .

Tutkimuksen jatkuessa materiaalisten perusominaisuuksien ja käytännön pylvästekniikan välinen synergia tuottaa maailman tiedemiehille vankempia, tehokkaampia ja valikoivampia työkaluja. Passiivinen tuki on tullut keskeiseksi toimijaksi kromatografisen tieteen jatkuvassa kehityksessä.