Ultraschallhomogenisatoren für die Verarbeitung im Labor-, Pilot- und Industriemaßstab
Ultraschallhomogenisatoren sind leistungsstarke Werkzeuge zum Mischen und Homogenisieren von Feststoff-Flüssigkeits- und Flüssigkeits-Flüssigkeits-Suspensionen. Die Ultraschallhomogenisierung ist ein mechanisches Verfahren, bei dem Partikel in einer Flüssigkeit auf eine einheitliche Größe zerkleinert und gleichmäßig verteilt werden. Hielscher bietet leistungsstarke Ultraschallhomogenisatoren für Anwendungen im Labor- und Produktionsmaßstab.
Ultraschallhomogenisatoren für zuverlässiges Mischen, Dispergieren, Emulgieren und die Reduzierung der Partikelgröße
Die Ultraschallhomogenisatoren von Hielscher erzeugen eine starke, kontrollierbare Kavitation zur Herstellung gleichmäßiger Mischungen, feiner Dispersionen, stabiler Emulsionen, Nanoemulsionen und Zelllysaten sowie zur Reduzierung der Partikelgröße. Von kleinen Laborproben bis zur kontinuierlichen industriellen Produktion liefern die Ultraschallgeräte von Hielscher reproduzierbare Homogenisierungsergebnisse für Forschung, Produktentwicklung und Fertigung.
Ob Sie Milliliter im Labor verarbeiten, eine Formulierung im Pilotmaßstab optimieren oder eine Inline-Produktion mit hohem Durchsatz betreiben möchten: Hielscher bietet Ultraschallhomogenisatoren mit präziser Regelung von Amplitude, Zeit, Temperatur, Druck und Energieeintrag. Dadurch ist die Ultraschallhomogenisierung eine skalierbare, wiederholbare und effiziente Alternative zu Rotor-Stator-Mischern, Perlmühlen und Hochdruckhomogenisatoren.
Warum sollten Sie einen Ultraschallhomogenisator wählen?
- Leistungsstarke Homogenisierung: Erzeugen Sie feine Dispersionen, Emulsionen, Nanoemulsionen und gleichmäßige Suspensionen.
- Präzise Prozessregelung: Stellen Sie Amplitude, Leistung, Zeit, Temperatur und Druck ein, um reproduzierbare Ergebnisse zu erzielen.
- Vom Labor- bis zum Industriemaßstab: Verarbeiten Sie kleine Proben, große Chargen oder kontinuierliche Flüssigkeitsströme.
- Für anspruchsvolle Materialien geeignet: Geeignet für abrasive Partikel, Suspensionen mit hohem Feststoffgehalt, faserige Materialien, viskose Flüssigkeiten und komplexe Formulierungen.
- Chargen- und Inline-Betrieb: Verwenden Sie offene Gefäße, Bechergläser, Reaktoren oder Durchflusszellen.
- Wartungsarme Konstruktion: Einfache Geometrien von Sonotroden und Durchflusszellen reduzieren den Reinigungsaufwand und den Verschleiß.
- Für den 24/7-Betrieb ausgelegt: Industrielle Ultraschallsysteme sind für anspruchsvolle kontinuierliche Verarbeitungsprozesse ausgelegt.
Nennen Sie uns Ihr Verarbeitungsvolumen, die angestrebte Partikel- oder Tropfengröße, die Viskosität, den Feststoffgehalt und den erforderlichen Durchsatz. Wir empfehlen Ihnen das am besten geeignete Ultraschallgerät für den Labor-, Pilot- oder Industriemaßstab.
Ultraschallhomogenisator UIP1000hdT, ein leistungsstarkes Ultraschallgerät mit 1000 Watt für Nanodispersionen und Nanoemulsionen
Anwendungen und Wirkung von Ultraschallhomogenisatoren
Ultraschallhomogenisatoren sind leistungsstarke und zuverlässige Mischgeräte, die im Labor und in der Industrie für zahlreiche Anwendungen eingesetzt werden.
Ein Ultraschallhomogenisator kann für verschiedene Anwendungen eingesetzt werden, darunter:
- Homogenisierung: Ultraschallhomogenisatoren können Proben homogenisieren, um gleichmäßige und konsistente Mischungen zu erzeugen.
- Dispergierung: Ultraschallhomogenisatoren können eingesetzt werden, um Feststoffpartikel in Flüssigkeiten zu dispergieren und stabile Suspensionen herzustellen. Die Ultraschallbehandlung ist bei der Herstellung von Nanodispersionen außerordentlich effizient.
- Emulgierung: Ultraschallhomogenisatoren können zur Herstellung stabiler Emulsionen und Nanoemulsionen eingesetzt werden, indem sie nicht miteinander mischbare Flüssigkeiten wie Öl und Wasser in feine Tropfen aufteilen und dispergieren.
- Zellaufschluss: Ultraschallhomogenisatoren können Zellen aufbrechen, um intrazelluläre Bestandteile wie Proteine, Nukleinsäuren, Enzyme und Metaboliten zu extrahieren.
- Entgasung: Ultraschallhomogenisatoren können eingesetzt werden, um gelöste Gase aus Flüssigkeiten zu entfernen, beispielsweise zur Entgasung von HPLC-Lösungsmitteln oder Kühlflüssigkeiten.
- Ultraschallunterstützte chemische Reaktionen: Ultraschallhomogenisatoren können auch für ultraschallunterstützte chemische Reaktionen wie sonochemische Synthese, Katalyse oder Abbau eingesetzt werden.
Insgesamt sind Ultraschallhomogenisatoren vielseitige Werkzeuge, die für ein breites Anwendungsspektrum in Forschung, Entwicklung und industriellen Prozessen eingesetzt werden können.
Industrielles Ultraschallgerät UIP4000hdT mit Durchflusszellen für die kontinuierliche Inline-Produktion
Leistungsultraschall zur Reduzierung der Partikelgröße:
Wenn Ultraschallhomogenisatoren für Anwendungen wie Mischen, Dispergieren und Emulgieren eingesetzt werden, besteht das Ziel darin, kleine Partikel oder Tropfen in einer Flüssigkeit oder einer feststoffhaltigen Suspension zu zerkleinern, um die Gleichmäßigkeit und Stabilität der Mischung zu verbessern. Diese Partikel (disperse Phase) können entweder Feststoffe oder Flüssigkeiten sein. Eine Verringerung des mittleren Partikeldurchmessers erhöht die Anzahl der einzelnen Partikel. Dadurch verringert sich der durchschnittliche Partikelabstand und die Gesamtoberfläche der Partikel vergrößert sich. Die Grafik zeigt den Zusammenhang zwischen dem Durchmesser der einzelnen Partikel und der gesamten Oberfläche. Die Oberfläche und der durchschnittliche Partikelabstand können die Rheologie einer Flüssigkeit beeinflussen.
Wenn sich die relative Dichte der Partikel von derjenigen der Flüssigkeit unterscheidet, kann die Homogenität der Mischung die Stabilität der Dispersion beeinflussen. Wenn die Partikelgröße bei der Mehrheit der Partikel ähnlich ist, nimmt die Neigung zur Agglomeration beim Absinken oder Aufsteigen ab, da ähnliche Partikel mit ähnlicher Geschwindigkeit aufsteigen oder absinken.
Durch Ultraschall erzeugte Dispersionen weisen eine gleichmäßige Partikelgrößenverteilung mit gleichmäßig zerkleinerten Partikeln auf. Die Kurven zeigen die Partikelverteilung von Siliziumdioxid vor der Ultraschallbehandlung (grüne Kurve) und nach der Ultraschalldispergierung (rote Kurve).
Ultraschallhomogenisatoren im Vergleich zu Hochdruckhomogenisatoren
Hochdruckhomogenisatoren pressen Flüssigkeit unter sehr hohem Druck durch ein Homogenisierventil. Dies kann bei weichen Partikeln oder Tropfen, beispielsweise Fettkügelchen in Milch, gut funktionieren. Hochdruckhomogenisatoren können jedoch bei der Verarbeitung harter, abrasiver, faseriger oder fadenförmiger Materialien an Grenzen stoßen, da hohe Flüssigkeitsgeschwindigkeiten und kleine Ventilöffnungen Verschleiß verursachen und die Lebensdauer von Pumpen oder Ventilen verkürzen.
Ultraschallhomogenisatoren arbeiten anders. Anstatt das Material durch eine kleine Ventilöffnung zu pressen, tragen sie über eine schwingende Sonotrode mechanische Energie in die Flüssigkeit ein. Dadurch entsteht Kavitation direkt im Prozessmedium.
Vorteile von Ultraschallhomogenisatoren
- Keine kleinen Ventilöffnungen, die leicht verstopfen können
- Geeignet für abrasive und faserige Materialien
- Einfache Einstellung der Prozessintensität
- Möglichkeiten zur chargenweisen und kontinuierlichen Verarbeitung
- Geringe Anzahl medienberührter und beweglicher Teile
- Effiziente Deagglomeration von Partikeln und Reduzierung der Tropfengröße
- Sehr gute Skalierbarkeit von Laborversuchen bis zur Produktion
Ultraschallhomogenisatoren für den Labor-, Pilot- und Industriemaßstab
Hielscher bietet Ultraschallhomogenisatoren für zahlreiche Prozessvolumina und Durchsätze. Labor-Ultraschallhomogenisatoren werden für die Vorbereitung kleiner Proben, Formulierungstests, die Verarbeitung biologischer Proben sowie Forschung und Entwicklung eingesetzt. Ultraschallgeräte für den Pilot- und Industriemaßstab werden für Prozessentwicklung, Maßstabsvergrößerung, Produktion und kontinuierliche Inline-Verarbeitung eingesetzt.
Labor-Ultraschallhomogenisatoren können Volumina von etwa 1,5 mL bis 5 L verarbeiten, während industrielle Ultraschallhomogenisatoren Chargen von etwa 0,5 bis 2000 L oder Volumenströme von 0,1 L bis 20 m³ pro Stunde verarbeiten können.
| Homogenisatorklasse | Besonders geeignet für | Typische Anwendungen |
|---|---|---|
| Laborhomogenisatoren | Kompakte Ultraschallgeräte mit Sonotrode für kleine Proben, Laborarbeiten, Forschung und Entwicklung sowie die Formulierungsentwicklung. | Probenvorbereitung, Zellaufschluss, DNA-, RNA- und Proteinextraktion, Emulsionen in kleinen Chargen, Nanopartikeldispergierung, Formulierungsscreening und Machbarkeitstests. |
| Homogenisatoren im Pilotmaßstab | Pilotsysteme für Prozessentwicklung, Studien zur Maßstabsvergrößerung, Parameteroptimierung und die Herstellung von Testchargen. | Optimierung von Amplitude, Energieeintrag, Zeit und Temperatur, Ermittlung von Parametern für die Maßstabsvergrößerung, Versuche im kontinuierlichen Durchfluss, Herstellung von Versuchschargen und Validierung der Prozesswirtschaftlichkeit. |
| Industrielle Homogenisatoren | Industrielle Ultraschallsysteme für die Verarbeitung im Großmaßstab, die kontinuierliche Produktion und die Fertigung mit hohem Durchsatz. | Kontinuierliche Produktion, Homogenisierung großer Chargen, Dispergierung großer Volumina, Inline-Emulgierung, Nassmahlung, Prozessintensivierung und 24/7-Fertigung. |
Auswahl des richtigen Ultraschallhomogenisators
Welcher Ultraschallhomogenisator am besten geeignet ist, hängt vom Prozessziel und den Materialeigenschaften ab. Berücksichtigen Sie für eine zuverlässige Geräteempfehlung die folgenden Parameter:
- Proben- oder Chargenvolumen
- Volumenstrom im kontinuierlichen Betrieb
- Viskosität der Flüssigkeit
- Feststoffgehalt
- Partikelhärte
- Anfängliche Partikel- oder Tropfengröße
- Angestrebte Partikel- oder Tropfengröße
- Temperaturempfindlichkeit
- Erforderliche Verarbeitungszeit
- Bedarf an Kühlung oder Druckregelung
- Chargenbetrieb, Rezirkulation oder Inline-Betrieb mit einem einzelnen Durchlauf
- Anforderungen an Reinigung und Materialverträglichkeit
Auf Grundlage dieser Prozessparameter können wir Ihnen einen geeigneten Ultraschallhomogenisator, eine Sonotrode, einen Booster, eine Durchflusszelle und eine Kühlkonfiguration empfehlen.
Warum einen Ultraschallhomogenisator von Hielscher kaufen?
Die Ultraschallhomogenisatoren von Hielscher sind für zuverlässige Kavitation, reproduzierbare Prozessregelung und eine lange Lebensdauer konstruiert. Die Systeme sind für den Einsatz in Laboren, Pilotanlagen und industriellen Umgebungen ausgelegt.
Die Ultraschallgeräte von Hielscher sind amplitudengeregelt, was bedeutet, dass die gewählte Amplitude unter Betriebsbedingungen aufrechterhalten wird. Identische Beschallungsparameter unterstützen konsistente und reproduzierbare Ergebnisse, was für die Produktqualität und die Maßstabsvergrößerung wichtig ist.
Vorteile der Ultraschallgeräte von Hielscher:
- Hochleistungs-Ultraschallprozessoren vom Labor- bis zum Industriemaßstab
- Präzise Amplitudenregelung
- Einstellbare Leistung, Zeit, Temperatur und Druck
- Chargenweise und Inline-Verarbeitung
- Robuste Sonotroden und Durchflusszellen
- Wenige medienberührte Teile und einfache Reinigung
- Geeignet für abrasive und faserige Materialien sowie Materialien mit hohem Feststoffgehalt
- Industrielle Systeme für den 24/7-Betrieb
- Prozessberatung und Anwendungsunterstützung
- Deutsche Entwicklungs- und Fertigungsqualität
Die folgende Tabelle enthält allgemeine Geräteempfehlungen in Abhängigkeit vom zu verarbeitenden Chargenvolumen oder Volumenstrom. Klicken Sie auf das Ultraschallgerätemodell, um weitere Informationen zum jeweiligen Ultraschallhomogenisator zu erhalten.
| Chargenvolumen | Volumenstrom | Empfohlene Geräte |
|---|---|---|
| 0,5 bis 1,5mL | n.a. | VialTweeter |
| 1 bis 500mL | 10 bis 200mL/min | UP100H |
| 10 bis 2000mL | 20 bis 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 bis 20L | 0,2 bis 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 bis 100L | 2 bis 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 bis 150L | 3 bis 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 bis 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | höher | Verbund aus UIP16000 |
Ultraschall-Gewebehomogenisatoren
Neben der Herstellung von Dispersionen und Emulsionen haben sich Ultraschallhomogenisatoren in der Biotechnologie, der Zell- und Molekularbiologie sowie den Biowissenschaften für Zelllyse und Fraktionierung, Gewebeaufschluss, die Extraktion intrazellulärer Verbindungen sowie die Scherung von DNA, RNA und Chromatin fest etabliert. Ultraschallhomogenisatoren sind für die Probenvorbereitung kleinster Volumina (0,1mL) bis hin zu sehr großen Volumina für industrielle Prozesse verfügbar (z. B. die Extraktion bioaktiver Verbindungen zur Herstellung von Nahrungsergänzungsmitteln).
Beim Gewebeaufschluss mit einem Ultraschallhomogenisator wird eine isotonische Pufferlösung verwendet, um osmotische Schäden zu verhindern. Die Ultraschallhomogenisatoren von Hielscher verfügen über einen Temperatursensor und eine Einstellung zur Temperaturregelung, mit denen sich die Proben in einem gut kontrollierten Temperaturbereich halten lassen.
Klicken Sie hier, um weitere Informationen zu Ultraschall-Gewebehomogenisatoren zu erhalten!
FAQ: Ultraschallhomogenisatoren
Was ist ein Ultraschallhomogenisator?
Ein Ultraschallhomogenisator ist ein leistungsstarkes Ultraschallgerät, das zum Mischen, Dispergieren, Emulgieren, Deagglomerieren, Aufbrechen oder Zerkleinern von Partikeln und Tropfen in Flüssigkeiten eingesetzt wird. Er verwendet eine schwingende Sonotrode, um akustische Kavitation in der Flüssigkeit zu erzeugen.
Wie funktioniert die Ultraschallhomogenisierung?
Die Ultraschallhomogenisierung beruht auf akustischer Kavitation. Ultraschall hoher Intensität erzeugt mikroskopisch kleine Blasen, die heftig kollabieren. Dabei entstehen Scherkräfte, Turbulenzen und Partikelkollisionen, die die Partikel- oder Tropfengröße reduzieren und die Gleichmäßigkeit der Mischung verbessern.
Wofür wird ein Ultraschallhomogenisator eingesetzt?
Ultraschallhomogenisatoren werden zur Dispergierung, Emulgierung, Nanoemulgierung, Nassmahlung, Reduzierung der Partikelgröße, Zelllyse, zum Gewebeaufschluss, zur Entgasung, Extraktion und für sonochemische Reaktionen eingesetzt.
Was ist der Unterschied zwischen einem Ultraschallhomogenisator und einem Ultraschallgerät mit Sonotrode?
Die Begriffe werden häufig für denselben Gerätetyp verwendet. Ein Ultraschallgerät mit Sonotrode ist ein Ultraschallhomogenisator, der Ultraschall über eine Sonotrode direkt in die Flüssigkeit überträgt.
Können Ultraschallhomogenisatoren Nanoemulsionen herstellen?
Ja. Ultraschallhomogenisatoren werden häufig zur Herstellung feiner Emulsionen und Nanoemulsionen eingesetzt, indem sie die Tropfengröße reduzieren und die Tropfenverteilung in Öl-in-Wasser- oder Wasser-in-Öl-Systemen verbessern.
Können Ultraschallhomogenisatoren Nanopartikel dispergieren?
Ja. Ultraschallhomogenisatoren sind sehr effektiv beim Dispergieren von Nanopartikeln und beim Aufbrechen von Partikelagglomeraten in Flüssigkeiten. Sie werden für Materialien wie Siliziumdioxid, Pigmente, Graphit, Graphen, CNTs, Metalloxide, Keramiken und Katalysatoren eingesetzt.
Sind Ultraschallhomogenisatoren für abrasive Materialien geeignet?
Ja. Ultraschallhomogenisatoren eignen sich für viele abrasive oder harte Partikel, da sie anders als Hochdruckhomogenisatoren nicht auf kleine Ventilöffnungen angewiesen sind. Hielscher nennt abrasive Materialien wie Pigmente, Poliermittel und Metalloxide ausdrücklich als Herausforderung für Hochdruckhomogenisatoren.
Können Ultraschallhomogenisatoren viskose Flüssigkeiten verarbeiten?
Ja. Ultraschallhomogenisatoren können viele viskose Flüssigkeiten und feststoffhaltige Suspensionen verarbeiten. Die optimale Konfiguration hängt von der Viskosität, der Gefäßgeometrie, dem Volumenstrom, der Sonotrodengröße und den Kühlanforderungen ab.
Lässt sich der Maßstab der Ultraschallhomogenisierung vergrößern?
Ja. Die Ultraschallhomogenisierung lässt sich von Laborversuchen auf die Produktion im Pilot- und Industriemaßstab übertragen. Hielscher bietet Ultraschallhomogenisatoren für kleine Probenvolumina, große Chargen und die kontinuierliche Inline-Verarbeitung.
Welche Parameter steuern die Ultraschallhomogenisierung?
Zu den wichtigen Parametern gehören Amplitude, Beschallungszeit, Energieeintrag, Temperatur, Druck, Flüssigkeitsvolumen, Volumenstrom, Viskosität, Partikelkonzentration und Sonotrodengeometrie.
Ist die Ultraschallhomogenisierung reproduzierbar?
Ja, wenn die Prozessparameter kontrolliert werden. Die Ultraschallhomogenisatoren von Hielscher sind amplitudengeregelt, was wiederholbare Beschallungsbedingungen und konsistente Ergebnisse unterstützt.
Welchen Ultraschallhomogenisator von Hielscher sollte ich wählen?
Das richtige Modell hängt vom Probenvolumen, dem Volumenstrom, der Viskosität, der Feststoffkonzentration, der angestrebten Partikel- oder Tropfengröße und davon ab, ob der Prozess chargenweise oder inline erfolgt. Anwender im Labor wählen üblicherweise kompakte Ultraschallgeräte, während industrielle Anwender leistungsstarke Systeme mit Durchflusszellen oder Reaktoren auswählen.
Literatur / Quellen
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1000hd
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7 Ultraschallhomogenisatoren UIP1000hdT (7x 1kW Ultraschallleistung), als Verbund für die industrielle Verarbeitung mit hohem Durchsatz installiert
Hielscher Ultrasonics fertigt Hochleistungs-Ultraschallhomogenisatoren vom Labor- bis zum Industriemaßstab.