تعتمد مجموعة واسعة من المنتجات الوسيطة والاستهلاكية ، مثل مستحضرات التجميل ومستحضرات البشرة والمراهم الصيدلانية والورنيش والدهانات ومواد التشحيم والوقود كليا أو جزئيا على المستحلبات. Hielscher بتصنيع أكبر المعالجات السائلة بالموجات فوق الصوتية الصناعية في العالم لاستحلاب كفاءة تيارات كبيرة الحجم في مصانع الإنتاج.

بالموجات فوق الصوتية الاستحلاب

في المختبر ، تم معرفة قوة الاستحلاب للموجات فوق الصوتية وتطبيقها لفترة طويلة بسبب الفوائد المختلفة المرتبطة بالتجانس بالموجات فوق الصوتية والاستحلاب. ويستند الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية موثوق بها على استخدام تحقيقات الموجات فوق الصوتية ، ما يسمى sonotrodes. عبر مسبار الموجات فوق الصوتية ، تقترن الموجات فوق الصوتية عالية الكثافة بالسوائل وتخلق تجويفا صوتيا. يولد التجويف بالموجات فوق الصوتية أو الصوتية قوى قص عالية ، والتي توفر الطاقة المطلوبة لتعطيل القطرات الكبيرة وصولا إلى قطرات بحجم النانو. وبالتالي ، يتم خلط مرحلتين سائلتين أو أكثر في مستحلب تحت ميكرون أو نانو موحد.

مزايا الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية

يوفر الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية باستخدام الموجات فوق الصوتية من نوع المسبار العديد من المزايا مقارنة بتقنيات الاستحلاب الأخرى:

1. تحسين استقرار المستحلب: الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية يخلق أحجام قطرات أصغر وتوزيع قطرات أكثر اتساقا ، مما يؤدي إلى تحسين استقرار المستحلب وعمر افتراضي أطول. يمكن إنتاج قطرات بحجم النانو دون ميكرون و نانو بشكل موثوق باستخدام الموجات فوق الصوتية للطاقة.
2. كفاءة الطاقة: يتطلب الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية طاقة أقل من طرق الاستحلاب الأخرى ، مما يجعلها عملية أكثر كفاءة في استخدام الطاقة.
3. قابلية التوسع: يمكن توسيع نطاق الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية بسهولة لأعلى أو لأسفل اعتمادا على الحجم المطلوب ، مما يجعلها عملية متعددة الاستخدامات لكل من التطبيقات المختبرية والصناعية.
4. توفير الوقت: يمكن أن يكون الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية عملية سريعة للغاية ، حيث تتشكل المستحلبات في ثوان إلى دقائق ، اعتمادا على السوائل والحجم والمعدات.
5. تقليل الحاجة إلى المواد الخافضة للتوتر السطحي: الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية يمكن أن يقلل من الحاجة إلى المواد الخافضة للتوتر السطحي ، والتي غالبا ما تكون مطلوبة لتحقيق الاستقرار في المستحلبات. ومع ذلك ، مع انخفاض حجم القطرة ، تزداد مساحة سطح الجسيم ويجب تغطية مساحة أكبر بواسطة خافض للتوتر السطحي. الموجات فوق الصوتية متوافقة مع أي نوع من المواد الخافضة للتوتر السطحي تقريبا بما في ذلك المستحلبات البديلة والجديدة.
6. الحد الأدنى من توليد الحرارة ويمكن التحكم فيه: الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية هو عملية غير حرارية ويمكن تجنب توليد الحرارة أثناء المعالجة أو تقليلها إلى درجة صغيرة. وبالتالي ، يتم تقليل خطر التدهور الحراري للمركبات أو المكونات الحساسة.

بشكل عام ، فإن مزايا الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية باستخدام الموجات فوق الصوتية من نوع المسبار تجعله خيارا شائعا للاستحلاب في مجموعة متنوعة من المجالات ، بما في ذلك الأغذية والمشروبات والمستحضرات الصيدلانية ومستحضرات التجميل والمواد الكيميائية الدقيقة والوقود.

إعداد بالموجات فوق الصوتية من النفط في الماء (O / W) مستحلب (الماء الأحمر / النفط الأصفر). بضع ثوان من سونيكيشن بدوره منفصلة المياه / مراحل النفط في مستحلب غرامة.

 
 
يوضح الفيديو أدناه عملية استحلاب الزيت (الأصفر) في الماء (الأحمر) باستخدام الموجات فوق الصوتية في مختبر UP400S.

ما هو المستحلب؟
المستحلبات هي مشتتات من سوائل غير قابلة للامتزاج أو أكثر. يوفر الموجات فوق الصوتية عالية الكثافة الطاقة اللازمة لتفريق الطور السائل (الطور المتشتت) في قطيرات صغيرة في المرحلة الثانية (المرحلة المستمرة). في منطقة التفريق ، تتسبب فقاعات التجويف المتدفقة في حدوث موجات صدمة مكثفة في السائل المحيط وتؤدي إلى تكوين نفاثات سائلة ذات سرعة سائلة عالية.

نانو مستحلبات – تطبيق الطاقة للموجات فوق الصوتية

المستحلبات النانوية هي مستحلبات ذات قطرات يقل حجمها عادة عن 100 نانومتر. توفر المستحلبات النانوية العديد من المزايا مقارنة بالمستحلبات التقليدية ، بما في ذلك الخصائص الوظيفية الفريدة ، والاستقرار العالي ، والشفافية ، وما إلى ذلك.
Ultrasonication يتفوق على تقنيات الاستحلاب التقليدية خاصة عندما يتعلق الأمر بتشكيل المستحلبات النانوية. ويرجع ذلك إلى مبدأ العمل عالي الكفاءة وكثافة الطاقة للموجات فوق الصوتية.

مبدأ عمل الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية

تستخدم عمليات الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية قوى التجويف الصوتي. يشير التجويف الصوتي إلى ظاهرة تكوين ونمو وانهيار الفقاعات الصغيرة في وسط سائل يتعرض لموجات الموجات فوق الصوتية عالية الكثافة. يولد انفجار هذه الفقاعات ضغطا محليا شديدا وتدرجات في درجات الحرارة ، والتي يمكن أن تخلق قوى قص عالية ، وموجات صدمة ، ونفاثات صغيرة يمكنها تكسير الجسيمات الكبيرة والتكتلات إلى جزيئات أصغر. توضح الصورة اليسرى التجويف بالموجات فوق الصوتية المتولدة في مسبار الموجات فوق الصوتية UIP1000hdT (1000 واط) في عمود زجاجي مملوء بالسائل.
في الاستحلاب والاستحلاب النانوي ، تلعب شدة التجويف الصوتي دورا مهما في تقليل حجم القطرات في المستحلب. يمكن أن يؤدي الانهيار الداخلي لفقاعات التجويف إلى خلق قوى قص قوية تكسر القطرات الكبيرة إلى قطرات أصغر. علاوة على ذلك ، يمكن للضغط المحلي وتدرجات درجة الحرارة الناتجة عن التجويف أن تعزز أيضا تكوين قطرات جديدة وتثبيت المستحلب.
الجانب الفريد للتجويف الصوتي هو قدرته على توفير مدخلات طاقة موضعية ومكثفة للوسط السائل ، دون الحاجة إلى ضغوط ميكانيكية أو حرارية عالية. وهذا يجعلها تقنية جذابة للاستحلاب النانوي ، حيث يمكنها تقليل مدخلات الطاقة المطلوبة لعملية الاستحلاب مع تحقيق حجم قطرات أصغر وتوزيع أضيق لحجم القطرات.
بسبب هذه القوى فوق الصوتية التي يمكن التحكم فيها بدقة ، يعد التجويف الصوتي أداة قوية لاستحلاب النانو. تسمح قدرتها على توليد مدخلات طاقة موضعية ومكثفة بتحطيم قطرات أكبر تشكل قطرات بحجم أقل من ميكرون ونانو بكفاءة عالية جدا.

وقد أظهرت الدراسات على النفط في المياه (المرحلة الماء) والماء في الزيت (مرحلة النفط) المستحلبات العلاقة بين كثافة الطاقة وحجم القطيرات (مثل سوتر القطر). هناك ميل واضح لأصغر حجم القطيرات إلى زيادة كثافة الطاقة (انقر على الرسم الصحيح). عند مستويات كثافة الطاقة المناسبة ، يمكن للموجات فوق الصوتية أن تحقق بسهولة وموثوقية متوسط أحجام القطيرات في نطاق النانو.

مجسات بالموجات فوق الصوتية للاستحلاب الفعال

Hielscher يقدم مجموعة واسعة من الموجات فوق الصوتية من نوع التحقيق وملحقاتها لكفاءة استحلاب وتشتيت السوائل في دفعة ووضع التدفق من خلال.
توفر الأنظمة التي تتكون من عدة معالجات بالموجات فوق الصوتية تصل إلى 16000 واط لكل منها السعة اللازمة لترجمة هذا التطبيق المعملي إلى طريقة إنتاج فعالة للحصول على مستحلبات مشتتة بدقة في التدفق المستمر أو دفعة واحدة – تحقيق نتائج مماثلة لتلك التي من أفضل المجانسة الضغط العالي اليوم المتاحة، مثل صمام فتحة جديد. وبالإضافة إلى هذه الكفاءة العالية في استحلاب مستمر، أجهزة الموجات فوق الصوتية HIELSCHER تتطلب صيانة منخفضة جدا وسهلة جدا على العمل والتنظيف. الموجات فوق الصوتية لا تدعم في الواقع التنظيف والشطف. السلطة بالموجات فوق الصوتية هو قابل للتعديل ويمكن تكييفها لمنتجات معينة ومتطلبات استحلاب. هي المفاعلات خلية تدفق الخاصة تلبية CIP المتقدم (مكان نظيف في و) وSIP (تعقيم في المكان) المستلزمات متوافرة أيضا.