Ultrazvukové homogenizátory
Ultrazvukové homogenizátory jsou výkonné nástroje pro míchání a homogenizaci suspenzí pevná látka-kapalina a kapalina-kapalina. Ultrazvuková homogenizace je mechanický proces k redukci částic v kapalině tak, aby se staly rovnoměrně malými a rovnoměrně rozloženými. Hielscher nabízí výkonné ultrazvukové homogenizátory pro použití v laboratorním a výrobním měřítku.
Aplikace a dopad ultrazvukových homogenizátorů
Ultrazvukové homogenizátory jsou výkonné a spolehlivé mixéry, které se používají v laboratoři a průmyslu pro řadu aplikací.
Ultrazvukový homogenizátor lze použít pro různé aplikace, včetně:
- Homogenizace: Ultrazvukové homogenizátory mohou homogenizovat vzorky a vytvářet tak jednotné a konzistentní směsi.
- Disperze: Ultrazvukové homogenizátory lze použít k dispergaci pevných částic v kapalinách za účelem vytvoření stabilních suspenzí. Ultrazvuku je mimořádně účinný při vytváření nanodisperzí.
- Emulgace: Ultrazvukové homogenizátory lze použít k vytvoření stabilních emulzí a nanoemulzí rozbitím a dispergací nemísitelných kapalin, jako je olej a voda.
- Narušení buněk: Ultrazvukové homogenizátory mohou rozbít otevřené buňky a extrahovat intracelulární složky, jako jsou proteiny, nukleové kyseliny, enzymy a metabolity.
- Odplyňování: Ultrazvukové homogenizátory lze použít k odstranění rozpuštěných plynů z kapalin, jako jsou odplyňovací HPLC rozpouštědla nebo chladicí kapaliny.
- Ultrazvukem asistované chemické reakce: Ultrazvukové homogenizátory mohou být také použity pro chemické reakce za pomoci ultrazvuku, jako je sonochemická syntéza, katalýza nebo degradace.
Celkově jsou ultrazvukové homogenizátory všestranným nástrojem, který lze použít pro širokou škálu aplikací ve výzkumu, vývoji a průmyslových procesech.
Výkonový ultrazvuk pro redukci velikosti částic: Když se ultrazvukové homogeizéry používají pro aplikace, jako je míchání, dispergace a emulgace, cílem je snížit malé částice nebo kapičky v kapalině nebo suspenzi, aby se zlepšila rovnoměrnost a stabilita směsi. Tyto částice (disperzní fáze) mohou být buď pevné látky, nebo kapaliny. Zmenšení středního průměru částic zvyšuje počet jednotlivých částic. To vede ke snížení průměrné vzdálenosti částic a zvětšuje se plocha povrchu částic. Graf ukazuje korelaci mezi průměrem jednotlivých částic a celkovým povrchem. Plocha povrchu a průměrná vzdálenost částic mohou ovlivnit reologii kapaliny.
Pokud je rozdíl v měrné hmotnosti mezi částicemi a kapalinou, může homogenita směsi ovlivnit stabilitu disperze. Pokud je velikost částic u většiny částic podobná, tendence k aglomeraci během usazování nebo stoupání se snižuje, protože podobné částice mají podobnou rychlost stoupání nebo usazování.
Ultrazvukové vs vysokotlaké homogenizátory
Nejběžnějším mechanismem homogenizace je homogenizace vysokým tlakem. Tam je kapalina lisována pod vysokým tlakem (cca 2000 barg) přes homogenizační ventil. Při průchodu ventilem prochází kapalina krátkým (cca 50 mikrosekund) vysokotlakým nízkotlakým cyklem.
I když tento mechanismus funguje dobře u malých, měkkých částic, jako jsou tukové kuličky v mléce, má svá omezení při použití pro disperze tvrdých a abrazivních materiálů, jako jsou pigmenty, lešticí média nebo oxidy kovů, nebo vláknitých a vláknitých materiálů, jako jsou ovocné pyré, řasy nebo kal. To je způsobeno vysokými otáčkami kapaliny (až 120 mtr/s) a malými otvory použitých ventilů. Když abrazivní materiál prochází čerpadly a otvorem ventilu, způsobuje opotřebení. Tím se snižuje účinnost a životnost čerpadla a ventilu.
Výhody ultrazvukových homogenizátorů
- Ultrazvukové homogenizátory produkují malé částice / kapičky a úzkou distribuční křivku.
- Ultrazvukové homogenizátory zvládnou vysoké koncentrace pevných látek.
- Ultrazvukové homogenizátory připravují stáj suspenze, disperze a emulze.
- Ultrazvukové homogenizátory jsou přesně ovladatelné, protože lze ovlivnit a upravit důležité parametry procesu (např. amplitudu, výkon, čas, teplotu a tlak).
- Ultrazvukové homogenizátory jsou velmi účinné, energeticky úsporné, uživatelsky přívětivé a jejich provoz je bezpečný.
Ultrazvukové homogenizátory pro náročné aplikace
Mokré mletí, mletí a míchání jsou typické aplikace, kde se ultrasonicators používají jako spolehlivé homogenizátory. Ultrazvukové homogenizátory jsou velmi účinné pro redukci měkkých a tvrdých částic. Na rozdíl od mnoha jiných homogenizačních technologií si ultrazvukové homogenizátory typu sondy poradí i s velmi tvrdými, abrazivními a vláknitými materiály.
Princip fungování ultrazvukové homogenizace je založen na kavitaci. Když jsou kapaliny vystaveny intenzivní ultrazvuku, zvukové vlny se šíří kapalinou a způsobují střídání vysokotlakých a nízkotlakých cyklů (přibližně 20000 cyklů / sekundu). Během nízkotlakého cyklu se v kapalině vytvářejí malé vakuové bubliny s vysokou intenzitou, jakmile je dosaženo tlaku kapalných par.
Když bubliny dosáhnou určité velikosti, během vysokotlakého cyklu se prudce zhroutí. Během této imploze jsou lokálně generovány velmi vysoké tlaky a vysokorychlostní kapalinové trysky. Výsledné proudy a turbulence narušují aglomeráty částic a vedou k prudkým srážkám mezi jednotlivými částicemi.
Jednou z hlavních výhod ultrazvukových homogenizátorů je nízký počet smáčených a pohyblivých částí. Tím se snižuje opotřebení třením a doba čištění. Existují pouze dvě smáčené části: sonotroda a průtoková cela. Oba mají jednoduchou geometrii a žádné malé nebo skryté otvory.
Další výhodou je přesná kontrola nad provozními parametry ovlivňujícími kavitaci. Ultrazvukové homogenizátory Hielscher lze použít při oscilačních amplitudách od cca. 1 až 200 mikronů. Tlak kapaliny se může pohybovat od 0 do cca. 500 psig. Vzhledem k tomu, že amplituda a tlak jsou nejvlivnějšími parametry, široký provozní rozsah každého parametru umožňuje velmi jemné až velmi destruktivní zpracování.
Ultrazvukové homogenizátory Hielscher jsou řízeny amplitudou. Díky tomu bude nastavená amplituda zachována za všech provozních podmínek. Díky tomu je ultrazvuku kontrolovatelný a opakovatelný. Sonikace za stejných provozních parametrů přinese konzistentní a reprodukovatelné výsledky. To je důležité pro kvalitu vyráběného materiálu a pro rozšíření procesních výsledků z laboratoře na úroveň výroby.
Ultrazvukové homogenizátory pro jakékoli měřítko
Hielscher vyrábí ultrazvukové homogenizátory pro homogenizaci jakéhokoli objemu vzorku pro dávkové nebo inline zpracování. Laboratorní ultrazvukové homogenizátory lze použít pro objemy od 1,5 ml do cca 5 l. Ultrazvukové průmyslové homogenizátory se používají pro vývoj procesů a výrobu šarží od 0,5 do cca 2000 l nebo průtoků od 0,1 l do 20 m³ za hodinu.
Projekce, výroba a poradenství – Kvalita Made in Germany
Hielscher ultrasonicators jsou dobře známí pro své nejvyšší standardy kvality a designu. Robustnost a snadná obsluha umožňují hladkou integraci našich ultrazvukových zařízení do průmyslových zařízení. Drsné podmínky a náročná prostředí jsou snadno zvládnutelné Hielscher ultrasonikators.
Hielscher Ultrasonics je společnost certifikovaná ISO a klade zvláštní důraz na vysoce výkonné ultrasonicators s nejmodernější technologií a uživatelskou přívětivostí. Samozřejmě, Hielscher ultrasonicators jsou v souladu s CE a splňují požadavky UL, CSA a RoHs.
Objem dávky | Průtok | Doporučená zařízení |
---|---|---|
0Přibližně 5 až 1,5 ml | Není k dispozici | VialTweeter |
1 až 500 ml | 10 až 200 ml / min | UP100H |
10 až 2000 ml | 20 až 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
0.1 až 20L | 0.2 až 4 l/min | UIP2000hdT |
10 až 100 l | 2 až 10 l/min | UIP4000hdT |
15 až 150 l | 3 až 15 l/min | UIP6000hdT |
Není k dispozici | 10 až 100 l / min | UIP16000 |
Není k dispozici | větší | shluk UIP16000 |
Ultrazvukové homogenizátory pro vysoce výkonné aplikace
Ultrazvukové homogenizátory Hielscher jsou pracovním koněm pro míchání a homogenizaci. Ultrazvukové laboratorní homogenizátory jsou kompaktní a spolehlivý nástroj pro efektivní a rychlou dispergaci a emulgaci malých a středních vzorků. Hielscherovy průmyslové ultrazvukové homogenizátory jsou účinné a překonávají tradiční homogenizační techniky, jako jsou vysokotlaké homogenizátory nebo perlové mlýny. Průmyslové homogenizátory Hielscher mohou dodávat velmi vysoké amplitudy a jsou tak mimořádně výkonné, pokud jde o procesy míchání, dispergace a mletí. Amplitudy až 200 μm lze snadno nepřetržitě provozovat v provozu 24/7. Pro ještě vyšší amplitudy jsou k dispozici přizpůsobené ultrazvukové sonotrody. Robustnost ultrazvukového zařízení Hielscher umožňuje provoz 24 hodin denně, 7 dní v týdnu v náročném provozu a v náročných prostředích.
Naši zákazníci jsou spokojeni s vynikající robustností a spolehlivostí Hielscher Ultrasonics’ homogenizátory. Instalace v oblastech náročných aplikací, náročných prostředích a provoz 24/7 zajišťují efektivní a ekonomické zpracování. Ultrazvuková intenzifikace procesu zkracuje dobu zpracování a dosahuje lepších výsledků, tj. vyšší kvality, vyšších výnosů, inovativních produktů.
Kontaktujte nás! / Zeptejte se nás!
Ultrazvukové tkáňové homogenizátory
Kromě přípravy disperzí a emulzí jsou ultrazvukové homogenizátory pevně zavedeny v biotechnologii, buněčné a molekulární biologii a biologických vědách pro lýzu a frakcionaci buněk, narušení tkání, extrakci intracelulárních sloučenin a také stříhání DNA, RNA a chromatinu. Ultrazvukové homogenizátory jsou k dispozici pro přípravu vzorků od malých objemů (0,1 ml) až po velmi velké objemy pro průmyslové procesy (např. extrakce bioaktivních sloučenin pro výrobu doplňků).
Aby se narušila tkáň ultrazvukovým homogenizátorem, používá se k zastavení osmotického poškození izotonický pufrovací roztok. Ultrazvukové homogenizátory Hielscher jsou dodávány s teplotním senzorem a nastavením regulace teploty, které umožňují udržovat vzorky v dobře kontrolovaném teplotním rozsahu.
Pro více informací o ultrazvukových tkáňových homogenizátorech klikněte zde!
Literatura / Reference
- 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.
- Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
- Suslick, Kenneth S.; Hyeon, Taeghwan; Fang, Mingming; Cichowlas, Andrzej A. (1995): Sonochemical synthesis of nanostructured catalysts. Materials Science and Engineering: A. Proceedings of the Symposium on Engineering of Nanostructured Materials. ScienceDirect 204 (1–2): 186–192.
- Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue1. January 9, 2020.
Fakta, která stojí za to vědět
Aplikace ultrazvukových homogenizátorů typu sondy
Oblast použití, kde se úspěšně používají homogenizátory ultrazvukové sondy, pokrývá rozmanité procesy v různých průmyslových odvětvích. mezi nejvýznamnější aplikace ultrasonicators patří příprava suspenzí, disperzí a emulzí, mokré mletí mikronů a nanočástic, rozpouštění prášků a tablet, výroba extraktů z botaniky, lýza buněk, extrakce a následné stříhání DNA, RNA a chromatinu, extrakce proteinů, zapouzdření API v lipozomech a sonochemické reakce, kde se silné ultrazvukové vlny používají k zahájení a urychlení rektací (sono-katalýza, sono-syntéza), ke zvýšení přenosu hmoty a k přepnutí reakčních drah.