Ултразвуково разтваряне на твърди вещества в течности
Приготвянето на разтвори е важна стъпка както за лабораторни проби, така и за промишлено производство. По принцип лабораторните проби трябва да бъдат втечнени преди анализа. Ултразвуковото хомогенизиране и разтваряне е бързо и надеждно средство за приготвяне на проби с всякакъв размер. В промишленото производство приготвянето на хомогенни и добре разтворени разтвори често е решаващ фактор за гарантиране на стабилни характеристики на продукта и постоянно качество. Ултразвуковите разтворители се предлагат като компактни лабораторни устройства и като напълно търговски промишлени разтворители.
Ултразвукови разтворители: употреба и приложения
Ултразвукът е добре познат, надежден инструмент за подготовка на проби в лабораторията. Обичайните приложения включват хомогенизация, емулгиране, дисперсия, екстракция, дегазация и сонохимични обработки.
За измервания с аналитични инструменти (напр. HPLC, атомен спектрометър и др.) обикновено повечето проби трябва да бъдат втечнени. Това означава, че пробата или трябва да бъде в хомогенно състояние на разтвор, или трябва да се прехвърли в колоид, суспензия, дисперсия или емулсия, ако сместа е с хетерогенен характер. Мощната ултразвукова обработка е много ефективен инструмент за приготвяне както на хомогенни, така и на хетерогенни смеси.
Ако се интересувате от приготвянето на хетерогенни суспензии, щракнете тук за: Ултразвукова емулгиране и ултразвуково диспергиране!
За генериране на хомогенни смеси чрез ултразвуково разтваряне, моля, продължете да четете по-долу!
200W мощен ултразвуков апарат UP200St е мощна и много здрава работна единица за лабораторни и по-малки производства.
Ултразвукова кавитация за разтваряне
Ако пробата е разтворима, разтвореното вещество (като сукралоза, соли, например под формата на прах или таблетки) може да се разтвори в разтворител (напр. вода, водни разтворители, органични разтворители и т.н.), което води до получаване на хомогенна смес, съставена само от една фаза. Процесът на разтваряне може да се извърши чрез ръчно или механично разбъркване, което отнема много време и е неефективно. Свързани проблеми са загуби на проби поради манипулация или липса на възпроизводимост поради случайни грешки и неравномерно смесване.
Ултразвукът често се използва за насърчаване на ефективно и бързо разтваряне на пробите. Ултразвуковото разтваряне се основава на механичното разбъркване на кавитационните ефекти, причинени от въвеждането на ултразвукови вълни в течности. Въвеждането на ултразвукова енергия улеснява и ускорява предварителната обработка на пробата, като разтваряне и извличане преди анализа.
Чрез ултразвуково подпомогнато приготвяне на разтвор става възможно разтварянето на разтворените вещества във висока концентрация и ефективното и бързо създаване на концентриран или наситен (и пренаситен) разтвор.
Когато ултразвукът с висока мощност/ниска честота се въвежда в течна среда, получената акустична кавитация създава уникални условия. Ултразвукът подобрява предварителната обработка на пробите течност-течност и твърдо-течна (напр. разграждане, разтваряне и екстракция), които обикновено се прилагат преди аналитичното откриване и измерване.
Скоростта на разтваряне определя количествено скоростта на процеса на разтваряне. Скоростта на разтваряне се влияе от различни фактори:
- Материал: разтворител и разтворено вещество
- температура + налягане
- Степен на (не)насищане
- ефективност и въздействие на разтварянето и смесването
- Междуфазна повърхност
- наличие на инхибитори (напр. вещества, отложени върху частиците/блокиране на фазовата граница)
За да се ускори процесът на солватация и скоростта на разтваряне, са необходими мощни хомогенизатори, които осигуряват достатъчно механично въздействие. Кавитационното разтваряне и способността на смесване на ултразвуковите хомогенизатори са добре познати и по този начин са често срещан и надежден инструмент за подготовка на пробите в лабораториите.
Микроскопски изображения на суспензия от мелоксикам:
Вляво: необработена суспензия от мелоксикам; Вдясно: Мелоксикамова наносуспензия, получена чрез ултразвук с UP100H за 45 минути при 100% амплитуда и цикъл 1.
(проучване и снимка: ©Iurian et al., 2015)
Ултразвуково разтваряне на лабораторни проби
Ултразвуково асистираното разтваряне за подготовка на пробата се използва в лаборатории преди аналитични измервания.
Списък на аналитичните инструменти, които изискват (често) втечнени проби:
- HPLC – Високоефективна течна хроматография
- FTIR – Инфрачервена спектроскопия с преобразуване на Фурие
- GC – Газова хроматография
- Атомна спектроскопия
- ATR – Отслабено общо отражение
- Лазерно дифракционно оразмеряване на частиците
- динамично разсейване на светлината
С ултразвуковия уред за подготовка на проби SonoStep обработката на пробите преди анализа може да се управлява напълно вградено: Ултразвуковото устройство за подготовка на проби разполага с интегрирана бъркалка и помпа, така че пробите да работят стабилно и непрекъснато през затворена система. По този начин се гарантира равномерна и надеждна ултразвук без риск от кръстосано замърсяване и фалшифициране на пробата или загуба на проба.
Прочетете повече за ултразвуковия модул за подготовка на проби "всичко в едно" SonoStep!
Ултразвуково разтваряне за промишлено производство
В промишлените производствени линии ултразвукът с висока мощност е интегриран за разтваряне и хомогенизиране на твърдо-течни смеси, за да се образува равномерен и стабилен продукт.
По-долу ще намерите няколко примера за различни промишлени отрасли:
- фармацевтична промишленост: разтваряне на лекарствени компоненти, например соли, полимери
- Хранително-вкусовата промишленост: разтваряне на съставки, например захар, сол, сироп, подправки
- Бои & Покрития: разтваряне на полимери
- Химия: приготвяне на пренаситен разтвор преди реакции на утаяване
Ултразвуков разтворител UIP6000hdT за голяма производителност в промишленото производство на разтвори
Ултразвукови процесори за разтваряне на приложения във всякакъв мащаб
Hielscher Ultrasonics предлага идеалното решение за вашето приложение за разтваряне и намокряне. Независимо дали трябва да подготвите аналитични проби в лабораторията или да произвеждате големи обеми разтвори или саламура в режим на непрекъснат поток – Hielscher Ultrasonics разполага с идеалния ултразвуков разтворител за вашия процес!
С ултразвукови апарати с всякаква мощност и за партидна и поточна обработка, ние ще ви препоръчаме най-подходящия ултразвуков апарат за вашите цели за обработка!
Таблицата по-долу ви дава представа за приблизителния капацитет на обработка на нашите ултразвукови апарати:
| Обем на партидата | Дебит | Препоръчителни устройства |
|---|---|---|
| 1 до 500 мл | 10 до 200 мл/мин | UP100H |
| 10 до 2000 мл | 20 до 400 мл/мин | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 до 20L | 0.2 до 4 л/мин | UIP2000hdT |
| 10 до 100L | 2 до 10 л/мин | UIP4000hdT |
| Н.А. | 10 до 100 л/мин | UIP16000 |
| Н.А. | Голям | Клъстер от UIP16000 |
Свържете се с нас! / Попитайте ни!
Hielscher Ultrasonics произвежда високоефективни ултразвукови хомогенизатори за смесване, дисперсия, емулгиране и екстракция в лабораторен, пилотен и индустриален мащаб.
Литература / Препратки
- Welna, Maja; Szymczycha-Madeja, Anna; Pohl, Pawel: Quality of the Trace Element Analysis: Sample Preparation Steps. In: InTechOpen.
- Castro, Luque de; Capote, Priego F. (ed.) (2007): Analytical Applications of Ultrasound. Elservier Science, 2007.
- del Bosque, A.; Sánchez-Romate, X.F.; Sánchez, M.; Ureña, A. (2022): Easy-Scalable Flexible Sensors Made of Carbon Nanotube-Doped Polydimethylsiloxane: Analysis of Manufacturing Conditions and Proof of Concept. Sensors 2022, 22, 5147.
- Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
Hielscher Ultrasonics произвежда високоефективни ултразвукови хомогенизатори от лаборатория да индустриален размер.