Core-shell deeltjes, ook bekend als superficially porous particles (SPP), fused-core of poroshell deeltjes, vormen een belangrijke ontwikkeling in de kolomtechnologie voor HPLC. Ze combineren de scheidingsefficiëntie van zeer kleine deeltjes met de werkbare tegendruk van grotere deeltjes. Voor veel laboratoria betekent dit snellere analyses en scherpere pieken zonder dat een volledig UHPLC-systeem nodig is. In dit artikel komen de opbouw, de werking, de keuze van poriegrootte en stationaire fase, de praktische aandachtspunten en de toepassingsgebieden aan bod.
Core-shell deeltjes zijn HPLC-kolommaterialen die zijn opgebouwd uit een massieve, niet-poreuze kern met daaromheen een dunne, poreuze schil. De scheidende werking vindt uitsluitend plaats in de buitenste schil; de kern is inert en draagt niet bij aan de retentie.
Door deze opbouw is de afstand die analytmoleculen moeten afleggen door het poriënsysteem aanzienlijk korter dan bij een volledig poreus deeltje van dezelfde diameter. Dat heeft directe gevolgen voor de scheidingsefficiëntie: pieken worden smaller, scheidingen sneller en de tegendruk blijft beheersbaar.
Een poreus materiaal bevat een netwerk van kleine holtes (poriën) waar vloeistof en moleculen doorheen kunnen bewegen. Bij HPLC-deeltjes is die porositeit geen toevalligheid: juist door de poriën ontstaat een zeer groot inwendig oppervlak waar de stationaire fase op is geënt. Een volledig poreus silica-deeltje van enkele micrometer bevat tientallen tot honderden vierkante meters oppervlak per gram. Op dat oppervlak vindt de daadwerkelijke interactie tussen analyt en stationaire fase plaats.
Silica wordt al decennia gebruikt als basismateriaal voor HPLC-deeltjes omdat het mechanisch sterk is, een goed te beheersen porositeit heeft en eenvoudig chemisch te modificeren is met silaanverbindingen. Voor core-shell deeltjes wordt dit basisprincipe behouden, maar dan alleen in de buitenste schil. De kern is bewust niet poreus, zodat moleculen daar niet in verdwalen.
Naast de schildikte is de poriegrootte een bepalende parameter. Moleculen moeten de poriën daadwerkelijk in kunnen, anders is het inwendige oppervlak ontoegankelijk. Als vuistregel geldt dat de poriediameter ten minste drie tot vijf keer groter moet zijn dan het molecuul.
Een verkeerd gekozen poriegrootte leidt tot uitgesloten moleculen, slechte piekvorm of carry-over. Bij twijfel is overleg met de leverancier of de kolomspecificatie altijd aan te raden.
Een typisch core-shell deeltje bestaat uit twee duidelijk te onderscheiden delen:
De totale deeltjesdiameter ligt meestal tussen 1,3 en 5 µm, met schildiktes van ongeveer 0,2 tot 0,6 µm. Veelgebruikte combinaties zijn 2,6 µm en 2,7 µm deeltjes met een schil van circa 0,5 µm.
De winst van core-shell deeltjes is theoretisch goed te onderbouwen aan de hand van de Van Deemter-vergelijking, die de bandverbreding in een kolom beschrijft als de som van drie termen:
Het netto effect is een lagere én vlakkere Van Deemter-curve. Dit betekent dat de scheiding niet alleen efficiënter is, maar ook bij hogere stroomsnelheden goed blijft. Voor de praktijk: snellere analyses zonder dat resolutie verloren gaat.
De prestaties van core-shell deeltjes van circa 2,6 µm benaderen die van volledig poreuze sub-2 µm deeltjes, maar bij een aanzienlijk lagere tegendruk. Dat heeft praktische gevolgen voor de keuze van de apparatuur.
Voor laboratoria die geen volledig UHPLC-systeem tot hun beschikking hebben, vormen core-shell kolommen vaak een aantrekkelijk alternatief. De winst in scheidingstijd en piekvorm is fors, terwijl de bestaande HPLC-apparatuur meestal volstaat.
De schil van een core-shell deeltje fungeert als drager voor de stationaire fase. De meest voorkomende modificaties zijn alkylketens die op het silica-oppervlak worden geënt; de keuze van de ketenlengte is afhankelijk van het type analyt:
De principes van retentie en selectiviteit zijn gelijk aan die op volledig poreuze deeltjes. Het verschil zit in de korte diffusieweg, niet in de chemie van de scheiding. Voor een uitgebreide behandeling van deze modes, zie omgekeerde-fase HPLC.
Hoewel core-shell kolommen op een conventioneel HPLC-systeem werken, is het belangrijk om het systeem te optimaliseren om de winst daadwerkelijk te benutten:
Core-shell deeltjes worden inmiddels in vrijwel alle gangbare modes van vloeistofchromatografie ingezet:
Naast volledig poreuze deeltjes bestaan er nog andere kolomconcepten waarmee hoge efficiëntie wordt bereikt. Monolietkolommen bijvoorbeeld bestaan uit één continu poreus blok in plaats van losse deeltjes. Ze combineren een lage tegendruk met snelle analyses, maar bereiken doorgaans niet dezelfde efficiëntie als core-shell kolommen. De keuze tussen beide technologieën hangt af van de gewenste resolutie, beschikbare apparatuur en het type monster.
Voor analisten die hun techniek breder willen begrijpen, geven de algemene artikelen over vloeistofchromatografie en klassieke kolomchromatografie aanvullende achtergrond bij de hier behandelde principes.
In leveranciersliteratuur en publicaties worden voor dezelfde deeltjestechnologie verschillende benamingen gebruikt. Het gaat in alle gevallen om hetzelfde principe: een massieve kern met een poreuze schil.
Core-shell deeltjes (SPP) zijn een hybride tussen massieve en volledig poreuze HPLC-deeltjes. Door de combinatie van een massieve kern en een dunne poreuze schil leveren ze scheidingen die qua efficiëntie de sub-2 µm volledig poreuze deeltjes benaderen, maar bij een veel lagere tegendruk. Voor de meeste HPLC-toepassingen, van routinematige omgekeerde-fase analyses tot biomolecuulanalyses, vormen core-shell kolommen daarmee een evenwichtige keuze tussen prestatie en praktische bruikbaarheid.
Voor advies over de juiste kolomkeuze, deeltjesgrootte of stationaire fase voor uw specifieke toepassing, neem contact op met Labvakhandel.
Inloggen
Wachtwoord vergeten
Account aanmaken
Uw winkelwagen is leeg.
