Ultrazvučno otapanje čvrstih tvari u tekućinama

Priprema otopina važan je korak i za laboratorijske uzorke i za industrijsku proizvodnju. Općenito, laboratorijski uzorci moraju se prije analize prevesti u tekuće stanje. Ultrazvučna homogenizacija i otapanje brz je i pouzdan način pripreme uzoraka svih veličina. U industrijskoj proizvodnji priprema homogenih i dobro otopljenih otopina često je presudan faktor za osiguravanje stabilnih karakteristika proizvoda i dosljedne kvalitete. Ultrazvučni otapači dostupni su kao kompaktni laboratorijski uređaji i kao potpuno komercijalni industrijski otapači.

Ultrazvučni otapači: upotreba i primjena

Ultrazvuk je dobro poznat, pouzdan alat za pripremu uzoraka u laboratoriju. Uobičajene primjene uključuju homogenizaciju, emulgiranje, dispergiranje, ekstrakciju, odzračivanje i sonohemijske obrade.
Za mjerenja analitičkim instrumentima (npr. HPLC, atomski spektrometar itd.) većinu uzoraka općenito je potrebno prevesti u tekuće stanje. To znači da uzorak ili mora biti u homogenom stanju otopine ili se mora prevesti u koloid, suspenziju, disperziju ili emulziju ako je smjesa heterogene prirode. Snažna ultrazvučna obrada (sonikacija) vrlo je djelotvoran alat za pripremu i homogenih i heterogenih smjesa.
Ako vas zanima priprema heterogenih suspenzija, kliknite ovdje za: ultrazvučno emulgiranje i ultrazvučno dispergiranje!
Za dobivanje homogenih smjesa ultrazvučnim otapanjem nastavite čitati u nastavku!

Ultrazvučna kavitacija za otapanje

Ako je uzorak topiv, otopljena tvar (kao što su sukraloza, soli, npr. u obliku praha ili tableta) može se otopiti u otapalu (npr. vodi, vodenim otapalima, organskim otapalima itd.), što daje homogenu smjesu sastavljenu od samo jedne faze. Proces otapanja može se provesti ručnim ili mehaničkim miješanjem, što oduzima mnogo vremena i neefikasno je. Povezani problemi su gubici uzorka zbog manipulacije ili nedostatak ponovljivosti zbog slučajnih grešaka i neravnomjernog miješanja.
Ultrazvučna obrada (sonikacija) često se koristi za poticanje djelotvornog i brzog otapanja uzoraka. Ultrazvučno potpomognuto otapanje temelji se na mehaničkom miješanju uzrokovanom kavitacijskim efektima koje izaziva unos ultrazvučnih valova u tekućine. Unos ultrazvučne energije olakšava i ubrzava predobradu uzorka, kao što su otapanje i luženje, prije analize.
Ultrazvučno potpomognutom pripremom otopine postaje moguće otopiti otopljene tvari u visokoj koncentraciji te djelotvorno i brzo stvoriti koncentriranu ili zasićenu (i prezasićenu) otopinu.
Kada se ultrazvuk velike snage/niske frekvencije unese u tekući medij, nastala akustična kavitacija stvara jedinstvene uvjete. Ultrazvučna obrada (sonikacija) poboljšala je predobradu uzoraka tipa tekućina–tekućina i čvrsta tvar–tekućina (npr. digestiju, solubilizaciju i ekstrakciju), koja se obično primjenjuje prije analitičke detekcije i mjerenja.

Brzina otapanja kvantificira brzinu procesa otapanja. Na brzinu otapanja utječu različiti faktori:

• materijal: otapalo i otopljena tvar
• temperatura + tlak
• stepen (ne)zasićenosti
• efikasnost i učinak otapanja i miješanja
• površina međufaze
• prisustvo inhibitora (npr. tvari taložene na česticama/blokiranje na faznoj granici)

Za ubrzavanje procesa solvatacije i brzine otapanja potrebni su snažni homogenizatori koji pružaju dovoljan mehanički učinak. Kavitacijska snaga otapanja i miješanja ultrazvučnih homogenizatora dobro je poznata te je stoga uobičajen i pouzdan alat za pripremu uzoraka u laboratorijima.

Mikroskopske slike suspenzije meloksikama:
Lijevo: neobrađena suspenzija meloksikama; desno: nanosuspenzija meloksikama dobivena ultrazvučnom obradom pomoću UP100H tokom 45 minuta pri amplitudi od 100 % i ciklusu 1.
(studija i slika: ©Iurian et al., 2015)

Ultrazvučno otapanje laboratorijskih uzoraka

Ultrazvučno potpomognuto otapanje za pripremu uzoraka koristi se u laboratorijima prije analitičkih mjerenja.
Popis analitičkih instrumenata koji (često) zahtijevaju uzorke u tekućem stanju:

• HPLC – tečna hromatografija visoke djelotvornosti
• FTIR – infracrvena spektroskopija s Fourierovom transformacijom
• GC – plinska hromatografija
• Atomska spektroskopija
• ATR – prigušena totalna refleksija
• Određivanje veličine čestica laserskom difrakcijom
• Dinamičko raspršenje svjetlosti

Uz ultrazvučni uređaj za pripremu uzoraka SonoStep predanalitička obrada uzoraka može se provoditi potpuno inline: ultrazvučni uređaj za pripremu uzoraka ima integriranu miješalicu i pumpu, tako da uzorci neprekidno i ravnomjerno prolaze kroz zatvoreni sistem. Time se jamči ravnomjerna i pouzdana ultrazvučna obrada (sonikacija) bez rizika od unakrsne kontaminacije, izmjene uzorka ili gubitka uzorka.
Saznajte više o sveobuhvatnoj ultrazvučnoj jedinici za pripremu uzoraka SonoStep!

Ultrazvučno otapanje u industrijskoj proizvodnji

U industrijskim proizvodnim linijama ultrazvuk velike snage integrira se radi otapanja i homogenizacije smjesa čvrste tvari i tekućine kako bi se dobio ujednačen i stabilan proizvod.
U nastavku su neki primjeri iz različitih industrijskih grana:

• Farmaceutska industrija: otapanje sastojaka lijekova, npr. soli, polimera
• Prehrambena industrija i industrija pića: otapanje sastojaka, npr. šećera, soli, sirupa, začina
• Boje i premazi: otapanje polimera
• Hemija: priprema prezasićene otopine prije reakcija precipitacije

Ultrazvučni procesori za primjene otapanja u bilo kojem mjerilu

Hielscher Ultrasonics nudi idealno rješenje za vašu primjenu otapanja i vlaženja. Bilo da trebate pripremiti analitičke uzorke u laboratoriju ili proizvoditi velike količine otopina ili slanih otopina u kontinuiranom protočnom načinu rada – Hielscher Ultrasonics ima idealan ultrazvučni otapač za vaš proces!
Uz ultrazvučne uređaje svih snaga, za šaržnu kao i inline obradu, preporučit ćemo vam najprikladniji ultrazvučni uređaj za vaše ciljeve obrade!
Tabela u nastavku daje vam okvirnu informaciju o približnom kapacitetu obrade naših ultrazvučnih uređaja: