Ultrazvukové homogenizátory pro laboratorní, poloprovozní a průmyslové zpracování
Ultrazvukové homogenizátory jsou výkonné nástroje pro míchání a homogenizaci suspenzí typu pevná látka–kapalina a kapalina–kapalina. Ultrazvuková homogenizace je mechanický proces zmenšování částic v kapalině tak, aby byly rovnoměrně malé a rovnoměrně rozptýlené. Hielscher nabízí výkonné ultrazvukové homogenizátory pro použití v laboratorním i výrobním měřítku.
Ultrazvukové homogenizátory pro spolehlivé míchání, dispergaci, emulgaci a zmenšování velikosti částic
Ultrazvukové homogenizátory Hielscher poskytují výkonnou, řiditelnou kavitaci pro výrobu rovnoměrných směsí, jemných disperzí, stabilních emulzí, nanoemulzí, buněčných lyzátů a zmenšených velikostí částic. Od malých laboratorních vzorků až po kontinuální průmyslovou výrobu poskytují sonikátory Hielscher reprodukovatelné výsledky homogenizace pro výzkum, vývoj produktů a výrobu.
Ať už potřebujete zpracovávat mililitry v laboratoři, optimalizovat formulaci v poloprovozním měřítku, nebo provozovat inline výrobu s vysokou průchodností, Hielscher nabízí ultrazvukové homogenizátory s přesným řízením amplitudy, času, teploty, tlaku a vnášené energie. Díky tomu je ultrazvuková homogenizace škálovatelnou, opakovatelnou a účinnou alternativou k mísičům typu rotor-stator, kuličkovým mlýnům a vysokotlakým homogenizátorům.
Proč zvolit ultrazvukový homogenizátor:
- Výkonná homogenizace: Vytvářejte jemné disperze, emulze, nanoemulze a rovnoměrné suspenze.
- Přesné řízení procesu: Nastavte amplitudu, výkon, čas, teplotu a tlak pro reprodukovatelné výsledky.
- Od laboratorního po průmyslové měřítko: Zpracovávejte malé vzorky, velké šarže nebo kontinuální proudy.
- Zvládá náročné materiály: Vhodné pro abrazivní částice, suspenze s vysokým obsahem pevných látek, vláknité materiály, viskózní kapaliny a komplexní formulace.
- Vsádkový a inline provoz: Používejte otevřené nádoby, kádinky, reaktory nebo průtokové cely.
- Konstrukce s nízkými nároky na údržbu: Jednoduchá geometrie sonotrod a průtokových cel snižuje náročnost čištění i opotřebení.
- Konstruováno pro provoz 24/7: Průmyslové ultrazvukové systémy jsou navrženy pro náročné kontinuální zpracování.
Sdělte nám objem zpracování, cílovou velikost částic nebo kapek, viskozitu, obsah pevných látek a požadovanou průchodnost. Doporučíme vám nejvhodnější laboratorní, poloprovozní nebo průmyslový sonikátor.
Ultrazvukový homogenizátor UIP1000hdT, výkonný sonikátor o výkonu 1000 wattů pro nanodisperze a nanoemulze
Aplikace a dopad ultrazvukových homogenizátorů
Ultrazvukové homogenizátory jsou výkonné a spolehlivé mísiče, které se v laboratoři i v průmyslu používají pro řadu aplikací.
Ultrazvukový homogenizátor lze použít pro různé aplikace, mimo jiné:
- Homogenizace: Ultrazvukové homogenizátory dokážou homogenizovat vzorky a vytvářet rovnoměrné a konzistentní směsi.
- Dispergace: Ultrazvukové homogenizátory lze použít k dispergaci pevných částic v kapalinách za vzniku stabilních suspenzí. Ultrazvukové zpracování je mimořádně účinné při vytváření nanodisperzí.
- Emulgace: Ultrazvukové homogenizátory lze použít k vytváření stabilních emulzí a nanoemulzí rozbíjením a dispergací nemísitelných kapalin, jako je olej a voda.
- Dezintegrace buněk: Ultrazvukové homogenizátory dokážou otevřít buňky za účelem extrakce intracelulárních složek, jako jsou proteiny, nukleové kyseliny, enzymy a metabolity.
- Odplyňování: Ultrazvukové homogenizátory lze použít k odstraňování rozpuštěných plynů z kapalin, například k odplyňování rozpouštědel pro HPLC nebo chladicích kapalin.
- Chemické reakce podporované ultrazvukem: Ultrazvukové homogenizátory lze použít také pro chemické reakce podporované sonikací, jako je sonochemická syntéza, katalýza nebo degradace.
Celkově jsou ultrazvukové homogenizátory univerzálním nástrojem, který lze použít pro širokou škálu aplikací ve výzkumu, vývoji a průmyslových procesech.
Průmyslový sonikátor UIP4000hdT s průtokovými celami pro kontinuální inline výrobu
Výkonový ultrazvuk pro zmenšování velikosti částic:
Při použití ultrazvukových homogenizátorů pro aplikace, jako je míchání, dispergace a emulgace, je cílem zmenšit malé částice nebo kapky v kapalině či suspenzi, a zlepšit tak rovnoměrnost a stabilitu směsi. Tyto částice (disperzní fáze) mohou být buď pevné látky, nebo kapaliny. Zmenšení středního průměru částic zvyšuje počet jednotlivých částic. To vede ke zmenšení průměrné vzdálenosti mezi částicemi a ke zvětšení povrchu částic. Graf ukazuje vztah mezi průměrem jednotlivých částic a celkovou plochou povrchu. Plocha povrchu a průměrná vzdálenost mezi částicemi mohou ovlivnit reologii kapaliny.
Pokud se částice a kapalina liší měrnou hmotností, může homogenita směsi ovlivnit stabilitu disperze. Pokud je velikost většiny částic podobná, snižuje se tendence k aglomeraci během usazování nebo stoupání, protože podobné částice mají podobnou rychlost stoupání nebo usazování.
Ultrazvukové disperze vykazují rovnoměrnou distribuci velikosti částic s homogenně zmenšenými částicemi. Křivky ukazují distribuci částic oxidu křemičitého před působením ultrazvuku (zelená křivka) a po ultrazvukové dispergaci (červená křivka).
Ultrazvukové vs. vysokotlaké homogenizátory
Vysokotlaké homogenizátory protlačují kapalinu homogenizačním ventilem při velmi vysokém tlaku. To může dobře fungovat u měkkých částic nebo kapek, jako jsou tukové kuličky v mléce. Aktuální stránka však uvádí, že vysokotlaké homogenizátory mohou být omezené při zpracování tvrdých, abrazivních, vláknitých nebo provazcovitých materiálů, protože vysoké rychlosti kapaliny a malé otvory ventilů způsobují opotřebení a zkracují životnost čerpadla nebo ventilu.
Ultrazvukové homogenizátory fungují jinak. Místo protlačování materiálu malým otvorem ventilu vnášejí do kapaliny mechanickou energii prostřednictvím vibrující sonotrody. Tím vzniká kavitace přímo v procesním médiu.
Výhody ultrazvukových homogenizátorů
- Žádné malé otvory ventilů, které se mohou snadno ucpat
- Vhodné pro abrazivní a vláknité materiály
- Snadné nastavení intenzity procesu
- Možnost vsádkového i kontinuálního zpracování
- Malý počet smáčených a pohyblivých částí
- Účinná deaglomerace částic a zmenšování velikosti kapek
- Výborná škálovatelnost od laboratorních testů po výrobu
Ultrazvukové homogenizátory pro laboratorní, poloprovozní a průmyslové měřítko
Hielscher nabízí ultrazvukové homogenizátory pro mnoho procesních objemů a průchodností. Laboratorní ultrazvukové homogenizátory se používají pro přípravu malých vzorků, testování formulací, zpracování biologických vzorků a výzkum a vývoj. Poloprovozní a průmyslové ultrazvukové přístroje se používají pro vývoj procesů, scale-up, výrobu a kontinuální inline zpracování.
Aktuální stránka uvádí široký rozsah měřítek: laboratorní ultrazvukové homogenizátory mohou zpracovávat objemy přibližně od 1,5 mL do 5 L, zatímco průmyslové ultrazvukové homogenizátory mohou zpracovávat šarže přibližně od 0,5 do 2000 L nebo průtoky od 0,1 L do 20 m³ za hodinu.
| Třída homogenizátoru | Nejvhodnější pro | Typické aplikace |
|---|---|---|
| Laboratorní homogenizátory | Kompaktní sondové sonikátory pro malé vzorky, laboratorní práci, výzkum a vývoj i vývoj formulací. | Příprava vzorků, dezintegrace buněk, extrakce DNA, RNA a proteinů, emulze v malých šaržích, dispergace nanočástic, screening formulací a testování proveditelnosti. |
| Poloprovozní homogenizátory | Poloprovozní systémy pro vývoj procesů, studie scale-up, optimalizaci parametrů a výrobu testovacích šarží. | Optimalizace amplitudy, vnášené energie, času a teploty, vývoj parametrů pro scale-up, testování v kontinuálním průtoku, výroba zkušebních šarží a validace ekonomiky procesu. |
| Průmyslové homogenizátory | Průmyslové ultrazvukové systémy pro velkoobjemové zpracování, kontinuální výrobu a výrobu s vysokou průchodností. | Kontinuální výroba, homogenizace velkých šarží, velkoobjemová dispergace, inline emulgace, mokré mletí, intenzifikace procesů a výroba 24/7. |
Výběr správného ultrazvukového homogenizátoru
Nejlepší ultrazvukový homogenizátor závisí na cíli procesu a vlastnostech materiálu. Pro spolehlivé doporučení zařízení zvažte následující parametry:
- Objem vzorku nebo šarže
- Kontinuální průtok
- Viskozita kapaliny
- Obsah pevných látek
- Tvrdost částic
- Počáteční velikost částic nebo kapek
- Cílová velikost částic nebo kapek
- Citlivost na teplotu
- Požadovaná doba zpracování
- Potřeba chlazení nebo řízení tlaku
- Vsádkový provoz, recirkulace nebo jednoprůchodový inline provoz
- Požadavky na čištění a materiálovou kompatibilitu
Na základě těchto procesních parametrů vám můžeme doporučit vhodný ultrazvukový homogenizátor, sonotrodu, booster, průtokovou celu a uspořádání chlazení.
Proč koupit ultrazvukový homogenizátor Hielscher?
Ultrazvukové homogenizátory Hielscher jsou zkonstruovány pro spolehlivou kavitaci, reprodukovatelné řízení procesu a dlouhou životnost. Systémy jsou navrženy pro použití v laboratořích, poloprovozech a průmyslových prostředích.
Stávající stránka uvádí, že ultrazvukové přístroje Hielscher jsou řízeny amplitudou, což znamená, že zvolená amplituda je udržována i za provozních podmínek. Zdůrazňuje také, že identické parametry sonikace podporují konzistentní a reprodukovatelné výsledky, což je důležité pro kvalitu produktu a scale-up.
Výhody sonikátorů Hielscher:
- Vysoce výkonné ultrazvukové procesory od laboratorního po průmyslové měřítko
- Přesné řízení amplitudy
- Nastavitelný výkon, čas, teplota a tlak
- Vsádkové a inline zpracování
- Robustní sonotrody a průtokové cely
- Málo smáčených částí a snadné čištění
- Vhodné pro abrazivní, vláknité materiály a materiály s vysokým obsahem pevných látek
- Průmyslové systémy pro provoz 24/7
- Procesní poradenství a aplikační podpora
- Německý design a výrobní kvalita
Níže uvedená tabulka uvádí obecná doporučení zařízení v závislosti na objemu šarže nebo průtoku, který má být zpracován. Kliknutím na model sonikátoru získáte další informace o jednotlivých ultrazvukových homogenizátorech.
| Objem šarže | Průtok | Doporučená zařízení |
|---|---|---|
| 0,5 až 1,5mL | n.a. | VialTweeter |
| 1 až 500mL | 10 až 200mL/min | UP100H |
| 10 až 2000mL | 20 až 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 až 20L | 0,2 až 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100L | 2 až 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 až 150L | 3 až 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 až 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | větší | cluster jednotek UIP16000 |
Ultrazvukové homogenizátory tkání
Kromě přípravy disperzí a emulzí jsou ultrazvukové homogenizátory pevně etablovány v biotechnologii, buněčné a molekulární biologii a vědách o živé přírodě pro lyzi a frakcionaci buněk, dezintegraci tkání, extrakci intracelulárních sloučenin a také smykovou fragmentaci DNA, RNA a chromatinu. Ultrazvukové homogenizátory jsou k dispozici pro přípravu vzorků od nepatrných objemů (0,1mL) až po velmi velké objemy pro průmyslové procesy (např. extrakce bioaktivních sloučenin pro výrobu doplňků stravy).
Při dezintegraci tkáně ultrazvukovým homogenizátorem se používá izotonický pufr, který zabraňuje osmotickému poškození. Ultrazvukové homogenizátory Hielscher jsou vybaveny teplotním čidlem a nastavením regulace teploty, které umožňují udržovat vzorky v dobře kontrolovaném teplotním rozmezí.
Pro další podrobnosti o ultrazvukových homogenizátorech tkání klikněte zde!
FAQ: Ultrazvukové homogenizátory
Co je ultrazvukový homogenizátor?
Ultrazvukový homogenizátor je vysoce výkonné ultrazvukové zařízení používané k míchání, dispergaci, emulgaci, deaglomeraci, dezintegraci nebo zmenšování částic a kapek v kapalinách. K vytváření akustické kavitace v kapalině využívá vibrující sonotrodu.
Jak funguje ultrazvuková homogenizace?
Ultrazvuková homogenizace funguje na principu akustické kavitace. Ultrazvuk o vysoké intenzitě vytváří mikroskopické bublinky, které prudce kolabují. Tím vznikají smykové síly, turbulence a srážky částic, které zmenšují velikost částic nebo kapek a zlepšují rovnoměrnost směsi.
K čemu se ultrazvukový homogenizátor používá?
Ultrazvukové homogenizátory se používají k dispergaci, emulgaci, nanoemulgaci, mokrému mletí, zmenšování velikosti částic, lyzi buněk, dezintegraci tkání, odplyňování, extrakci a sonochemickým reakcím.
Jaký je rozdíl mezi ultrazvukovým homogenizátorem a sondovým sonikátorem?
Oba pojmy se často používají pro stejný typ zařízení. Sondový sonikátor je ultrazvukový homogenizátor, který přenáší ultrazvuk přímo do kapaliny prostřednictvím sondy neboli sonotrody.
Dokážou ultrazvukové homogenizátory vytvářet nanoemulze?
Ano. Ultrazvukové homogenizátory se široce používají k výrobě jemných emulzí a nanoemulzí zmenšováním velikosti kapek a zlepšováním distribuce kapek v systémech olej-voda nebo voda-olej.
Dokážou ultrazvukové homogenizátory dispergovat nanočástice?
Ano. Ultrazvukové homogenizátory jsou velmi účinné při dispergaci nanočástic a rozbíjení aglomerátů částic v kapalinách. Používají se pro materiály, jako je oxid křemičitý, pigmenty, grafit, grafen, CNT, oxidy kovů, keramika a katalyzátory.
Jsou ultrazvukové homogenizátory vhodné pro abrazivní materiály?
Ano. Ultrazvukové homogenizátory jsou vhodné pro mnoho abrazivních nebo tvrdých částic, protože nejsou závislé na malých otvorech ventilů jako vysokotlaké homogenizátory. Aktuální stránka Hielscher výslovně uvádí abrazivní materiály, jako jsou pigmenty, lešticí média a oxidy kovů, jako náročné pro vysokotlaké homogenizátory.
Dokážou ultrazvukové homogenizátory zpracovávat viskózní kapaliny?
Ano. Ultrazvukové homogenizátory dokážou zpracovat mnoho viskózních kapalin a suspenzí. Optimální konfigurace závisí na viskozitě, geometrii nádoby, průtoku, velikosti sonotrody a požadavcích na chlazení.
Lze ultrazvukovou homogenizaci převést do většího měřítka?
Ano. Ultrazvukovou homogenizaci lze převést z laboratorních testů do poloprovozní a průmyslové výroby. Hielscher nabízí ultrazvukové homogenizátory pro malé objemy vzorků, velké šarže a kontinuální inline zpracování.
Které parametry řídí ultrazvukovou homogenizaci?
Mezi důležité parametry patří amplituda, doba sonikace, vnášená energie, teplota, tlak, objem kapaliny, průtok, viskozita, koncentrace částic a geometrie sonotrody.
Je ultrazvuková homogenizace reprodukovatelná?
Ano, pokud jsou procesní parametry řízeny. Ultrazvukové homogenizátory Hielscher jsou řízeny amplitudou, což podporuje opakovatelné podmínky sonikace a konzistentní výsledky.
Který ultrazvukový homogenizátor Hielscher si mám vybrat?
Správný model závisí na objemu vzorku, průtoku, viskozitě, koncentraci pevných látek, cílové velikosti částic nebo kapek a na tom, zda jde o vsádkový, nebo inline proces. Laboratorní uživatelé obvykle volí kompaktní ultrazvukové přístroje, zatímco průmysloví uživatelé vybírají vysoce výkonné systémy s průtokovými celami nebo reaktory.
Literatura / Reference
-
1000hd
- Badgujar, N.P.; Bhoge, Y.E.; Deshpande, T.D.; Bhanvase, B.A.; Gogate, P.R.; Sonawane, S.H.; Kulkarni, R.D. (2015): Ultrasound assisted organic pigment dispersion: advantages of ultrasound method over conventional method. Pigment; Resin Technology, Vol. 44 No. 4, 2015. 214-223.
- Seyed Mohammad Mohsen Modarres-Gheisari, Roghayeh Gavagsaz-Ghoachani, Massoud Malaki, Pedram Safarpour, Majid Zandi (2019): Ultrasonic nano-emulsification – A review. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 52, 2019. 88-105.
- Alex Patist, Darren Bates (2008): Ultrasonic innovations in the food industry: From the laboratory to commercial production. Innovative Food Science & Emerging Technologies, Volume 9, Issue 2, 2008. 147-154.
- Almir Draganović, Antranik Karamanoukian, Peter Ulriksen, Stefan Larsson (2020): Dispersion of microfine cement grout with ultrasound and conventional laboratory dissolvers. Construction and Building Materials, Volume 251, 2020.
- Anastasia V. Tyurnina, Iakovos Tzanakis, Justin Morton, Jiawei Mi, Kyriakos Porfyrakis, Barbara M. Maciejewska, Nicole Grobert, Dmitry G. Eskin 2020): Ultrasonic exfoliation of graphene in water: A key parameter study. Carbon, Vol. 168, 2020.
7 ultrazvukových homogenizátorů UIP1000hdT (ultrazvukový výkon 7x 1kW) instalovaných jako cluster pro průmyslové zpracování s vysokou průchodností
Hielscher Ultrasonics vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratorní až po průmyslovou velikost.