Ултразвуково разтваряне на твърди вещества в течности

Приготвянето на разтвори е важна стъпка както за лабораторните проби, така и за промишленото производство. По принцип лабораторните проби трябва да бъдат приведени в течна форма преди анализа. Ултразвуковата хомогенизация и разтваряне са бърз и надежден начин за подготовка на проби с всякакъв обем. В промишленото производство приготвянето на хомогенни разтвори с добре разтворени вещества често е решаващ фактор за гарантиране на постоянни характеристики на продукта и стабилно качество. Ултразвуковите апарати за разтваряне се предлагат като компактни лабораторни устройства и като промишлени апарати за разтваряне за пълномащабно търговско производство.

Ултразвукови апарати за разтваряне: употреба и приложения

Ултразвукът е добре познат и надежден инструмент за подготовка на проби в лабораторията. Обичайните приложения включват хомогенизация, емулгиране, диспергиране, екстракция, дегазиране и сонохимична обработка.
За измервания с аналитични инструменти (напр. HPLC, атомен спектрометър и др.) обикновено повечето проби трябва да бъдат приведени в течна форма. Това означава, че пробата трябва или да бъде в хомогенното състояние на разтвор, или да бъде превърната в колоид, суспензия, дисперсия или емулсия, ако сместа е хетерогенна. 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: ултразвуково емулгиране и ултразвуково диспергиране!
За получаване на хомогенни смеси чрез ултразвуково разтваряне продължете да четете по-долу!

Ултразвукова кавитация за разтваряне

Ако пробата е разтворима, разтваряното вещество (например сукралоза, соли, напр. под формата на прах или таблетки) може да бъде разтворено в разтворител (напр. вода, водни разтворители, органични разтворители и др.), при което се получава хомогенна смес, съставена само от една фаза. Процесът на разтваряне може да се извърши чрез ръчно или механично разбъркване, което отнема време и е неефективно. Свързаните с това проблеми са загуби на проба вследствие на манипулациите или липса на възпроизводимост поради случайни грешки и неравномерно смесване.
Ултразвуковата обработка често се използва за подпомагане на ефективното и бързо разтваряне на проби. Подпомаганото с ултразвук разтваряне се основава на механичното раздвижване вследствие на кавитационните ефекти, причинени от въвеждането на ултразвукови вълни в течности. Въвеждането на ултразвукова енергия улеснява и ускорява предварителната обработка на пробите, например разтварянето и излужването преди анализа.
Чрез подпомагано с ултразвук приготвяне на разтвор става възможно разтварянето на вещества във високи концентрации и ефективното и бързо получаване на концентриран или наситен (и преситен) разтвор.
Когато в течна среда се въведе ултразвук с висока мощност/ ниска честота, възникващата акустична кавитация създава уникални условия. Ултразвуковата обработка е подобрила предварителната обработка на проби в системи течност–течност и твърдо вещество–течност (напр. минерализация, солюбилизация и екстракция), която обикновено се прилага преди аналитичното откриване и измерване.

 
Скоростта на разтваряне количествено характеризира бързината на процеса на разтваряне. Скоростта на разтваряне се влияе от различни фактори:

• материал: разтворител и разтваряно вещество
• температура + налягане
• степен на насищане (или ненаситеност)
• ефективност и въздействие на разтварянето и смесването
• площ на междуфазната повърхност
• наличие на инхибитори (напр. вещества, отложени върху частиците/ блокиращи фазовата граница)

 
За ускоряване на процеса на солватация и увеличаване на скоростта на разтваряне са необходими мощни хомогенизатори, които осигуряват достатъчно механично въздействие. Способността на ултразвуковите хомогенизатори да разтварят и смесват чрез кавитация е добре известна и затова те са широко използван и надежден инструмент за подготовка на проби в лабораториите.

Микроскопски изображения на суспензия на мелоксикам:
Вляво: необработена суспензия на мелоксикам; вдясно: наносуспензия на мелоксикам, получена чрез ултразвукова обработка с UP100H в продължение на 45 минути при 100% амплитуда и цикъл 1.
(изследване и изображение: ©Iurian et al., 2015)

Ултразвуково разтваряне на лабораторни проби

Подпомаганото с ултразвук разтваряне за подготовка на проби се използва в лабораториите преди аналитични измервания.
Списък на аналитични инструменти, които изискват (често) проби в течна форма:

• HPLC – Високоефективна течна хроматография
• FTIR – Инфрачервена спектроскопия с преобразуване на Фурие
• GC – Газова хроматография
• Атомна спектроскопия
• ATR – Отслабено пълно отражение
• Определяне на размера на частиците чрез лазерна дифракция
• Динамично разсейване на светлина

С устройството за ултразвукова подготовка на проби SonoStep обработката на пробите преди анализа може да се извършва изцяло в проточен режим: устройството за ултразвукова подготовка на проби разполага с вградени бъркалка и помпа, така че пробите преминават равномерно и непрекъснато през затворена система. По този начин се гарантира равномерна и надеждна ултразвукова обработка без риск от кръстосано замърсяване и изменение на пробите или загуба на проба.
Прочетете повече за многофункционалното устройство за ултразвукова подготовка на проби SonoStep!

Ултразвуково разтваряне за промишлено производство

В промишлените производствени линии се интегрира ултразвук с висока мощност за разтваряне и хомогенизиране на смеси от твърди вещества и течности с цел получаване на еднороден и стабилен продукт.
По-долу ще намерите някои примери за различни промишлени отрасли:

• Фармацевтична промишленост: разтваряне на лекарствени компоненти, напр. соли, полимери
• Производство на храни и напитки: разтваряне на съставки, напр. захар, сол, сироп, подправки
• Бои и покрития: разтваряне на полимери
• Химия: приготвяне на преситен разтвор преди реакции на утаяване

Ултразвукови процесори за приложения на разтваряне във всякакъв мащаб

Hielscher Ultrasonics предлага идеалното решение за вашето приложение на разтваряне и омокряне. Независимо дали трябва да подготвяте аналитични проби в лабораторията, или да произвеждате големи обеми разтвори или солни разтвори в непрекъснат проточен режим – Hielscher Ultrasonics разполага с идеалния ултразвуков апарат за разтваряне за вашия процес!
С ултразвукови апарати с всякаква номинална мощност както за партидна, така и за проточна обработка, ще ви препоръчаме най-подходящия ултразвуков апарат за вашите цели на обработка!
Таблицата по-долу дава представа за приблизителния капацитет за обработка на нашите ултразвукови апарати: