Ultrazvukové přístroje a sondy pro zpracování kapalin

Hielscher ultrasonicators se používají pro laboratorní vzorky, zpracování v pilotním měřítku nebo výrobu v plném měřítku. To zahrnuje ultrazvukové procesory a sondy pro ultrazvuku jakéhokoli objemu kapaliny, od několika mikrolitrů až po stovky krychlových metrů za hodinu. Hielscher Ultrasonics dodává vysoce výkonné sonikátory a související vysoce intenzivní ultrazvukové zařízení pro výzkum a průmysl.

Požadavek na úpravu kapalin ultrazvukovou kavitací přichází v mnoha velikostech: vzorky tkání v malých lahvičkách, konzervované vzorky barev, šarže reaktoru nebo kontinuální tok materiálu. Hielscher nabízí ultrazvuková zařízení pro jakýkoli objem kapaliny. Například, UP100H je kompaktní ruční sonikátor typu sondy pro až 500 ml. 400 wattů výkonné ultrasonicators UP400St je silný laboratorní homogenizátor až do 2000 ml. A s průmyslovým UIP1000hdT nabízíme výkonný ultrazvukový mixér typu sondy pro vývoj aplikací a výrobu v malém měřítku. Pro větší výrobní cíle nabízí Hielscher sonikátory 4000 wattů, 6000 wattů, 10 kW a 16 kW. V níže uvedené tabulce jsou uvedena všechna standardní laboratorní a průmyslová ultrazvuková zařízení.

Laboratorní ultrazvukové homogenizátory

Průmyslové ultrazvukové přístroje

Ultrazvukové procesy a aplikace

Ultrazvukové míchání

Zatímco míchadla v nádrži mohou míchat snadno mísitelné kapaliny s podobnou viskozitou, kapaliny s různou viskozitou nebo viskóznější kapaliny mohou vyžadovat vysoký mechanický smyk pro rychlé a úplné promíchání. Naše ultrazvuková zařízení mohou snadno smíchat dvě nebo více kapalin v řadě. Za tímto účelem by byly kapaliny kombinovány těsně před ultrazvukovými reaktory s průtokovými buňkami. Přečtěte si více o míchání!

ultrazvuková homogenizace

Ultrazvukové homogenizátory Hielscher jsou velmi účinné při dosahování malé a jednotné velikosti globule nebo částic při zpracování práškových / kapalných nebo kapalných / kapalných formulací. Vysoké hydraulické smykové síly generované ultrazvukem rozkládají aglomeráty, kapičky a buněčnou tkáň na menší fragmenty a vytvářejí jednotný produkt jemné velikosti. Náš sortiment homogenizátorů pokrývá jakýkoli objem zpracování od laboratorních lahviček až po objemovou výrobní velikost. Přečtěte si více o homogenizaci!

Ultrazvuková deaglomerace

Hielscher ultrazvukové homogenizátory rozbíjejí práškové aglomeráty v kapalinách, které konvenční míchadla a mixéry s vysokým smykem nemohou zlomit. Vysoký kavitační smyk disperguje a homogenizuje aglomerované částice, což má za následek vyšší specifický povrch. Ultrazvukové homogenizátory Hielscher lze snadno integrovat in-line nebo v dávce. Přečtěte si více o deaglomeraci!

Ultrazvuková disperze

Téměř u každého produktu je důležité, aby byly částice odděleny od ostatních částic, aby se zvětšila plocha povrchu částic a dosáhlo se rovnoměrné distribuce. Dokonce i disperze lze snadno dosáhnout ultrazvukem. Hielscher ultrasonicators jsou široce používány pro výrobu jemných disperzí v mikron- a nano-rozsahu. Přečtěte si více o disperzi!

ultrazvuková emulgace

Při míchání nemísitelných kapalin do emulze je velikost a distribuce kapek klíčovým faktorem pro stabilitu emulze. Ultrazvuk může vytvářet velmi jemné kapičky a úzkou distribuci velikosti. Ve většině případů mohou naše ultrazvukové mixéry dosáhnout submikronových kapiček při přípravě emulzí v dávce nebo in-line. Na rozdíl od vysokotlakých homogenizátorů bude vysoké smykové tření produkované našimi ultrazvukovými zařízeními emulgovat i kapaliny s vysokou viskozitou, jako jsou těžké topné oleje (HFO). Některé formulace mohou vyžadovat přidání emulgátorů nebo stabilizátorů. V tomto případě ultrasonicators pomáhají rovnoměrně míchat emulgátor. Přečtěte si více o emulgaci!

Ultrazvukové rozpouštění

Ultrazvukové homogenizátory jsou účinným a spolehlivým prostředkem pro solubilizaci různých materiálů, jako je sůl, cukry, sirupy, pryskyřice a polymery. Vysokorychlostní kapalinové trysky vytvořené ultrazvukovou kavitací zvyšují přenos hmoty v mezních vrstvách. To má za následek rychlejší a úplnější rozpouštění a vyluhování částic nebo kapalin s vysokou viskozitou. Přečtěte si více o ultrazvukovém rozpouštění!

Ultrazvukové zmenšení velikosti částic

Hielscher ultrazvukové procesory mohou rozbít aglomeráty, agregáty a primární částice různých materiálů, jako jsou pigmenty, oxidy kovů nebo krystaly. Ultrazvuk může dosáhnout velmi rovnoměrné a úzké distribuce velikosti částic s malými nebo žádnými odchylkami mezi šaržemi. Ultrazvukové frézování je nejúčinnější v rozsahu pod 500 mikronů až submikronů a nanometrů. Naše ultrazvukové reaktory zvládnou vysoké zatížení pevnými látkami a vysokou viskozitu suspenze. Konečná velikost částic bude záviset na tvrdosti produktu. Přečtěte si více o zmenšení velikosti částic!

Více ultrazvukových procesů

Ultrazvukové čištění povrchů částic

Povrch práškových částic je klíčovým faktorem pro interakci s okolní kapalinou. Právě na takových rozhraních pevné a kapalné fáze dochází k rozpouštění, chemickým reakcím nebo katalytické aktivitě. Ultrazvuková homogenizace zvyšuje vystavení povrchu částic kapalné fázi rovnoměrnou deaglomerací a snížením velikosti částic. Během katalytických a chemických reakcí může být povrch částic blokován usazováním zbytků, tvorbou mezní vrstvy, vrstvami oxidů a zanášením. Ultrazvuková kavitace způsobuje vysokorychlostní trysky kapaliny, vysoký hydraulický smyk a srážky mezi částicemi, což má za následek čištění povrchu částic. Hielscher ultrazvuková zařízení mohou být použita v dávce nebo in-line k odstranění nečistot z částic v kapalinách.

Ultrazvukové míchání

Ultrazvukové míchání a míchání nádrží vyžaduje spolehlivé vybavení, zejména pro zvyšování viskozit a objemů. Konvenční míchadla nádrží, jako jsou lopatkové mixéry nebo míchačky rotor-stator, jsou omezena různými faktory, včetně viskozity a škálovatelnosti. Proto je vysoce výkonné ultrazvukové míchání nádrží správnou volbou pro váš proces míchání díky vyššímu výkonu, úspoře času, nižším provozním nákladům, bezpečnému provozu (bez pohyblivých částí) a jednoduché údržbě. Přečtěte si více o ultrazvukových míchadlech nádrží!

Ultrazvuková hydratace

Při míchání suchých prášků, jako jsou pigmenty, zahušťovadla nebo gumy, s tekutinami, mají částice prášku tendenci tvořit aglomeráty, hrudky nebo tzv. “Rybí oka” (částečně hydratovaný pudr se suchým pudrovým jádrem). Míchadla a míchadla omývají pouze povrch takových aglomerátů. To má za následek dlouhé doby míchání a špatnou kvalitu produktu. Ultrazvukové míchání rozbíjí aglomeráty a hrudky, což vede k bezaglomerátovému roztoku. Kromě toho je dobře známo, že sonochemické účinky aktivují povrch částic, což vede k výhodám, jako jsou rychlejší reakce a zvýšená kvalita produktu.

Ultrazvuková příprava vzorků

Pro měření analytickými přístroji (např. HPLC, atomový spektrometr atd.) musí být obecně většina vzorků zkapalněna. Pokud je vzorek rozpustný, může být rozpuštěná látka (jako je sukralóza, soli, např. ve formě prášku nebo tablet) rozpuštěna v rozpouštědle (např. ve vodě, vodných rozpouštědlech, organických rozpouštědlech atd.), čímž vznikne homogenní směs složená pouze z jedné fáze. Proces rozpouštění může být prováděn ručním nebo mechanickým mícháním, což je časově náročné a neefektivní. Souvisejícími problémy jsou ztráty vzorků v důsledku manipulace nebo nedostatečné reprodukovatelnosti náhodnými chybami a nerovnoměrným mícháním.

Ultrazvuk pro chemickou aktivaci

K zahájení chemické reakce je zapotřebí energie. Takzvaná aktivační energie je množství energie potřebné k zahájení reakce a spontánnímu pokračování. Vstupem ultrazvukové energie může být zahájena chemická reakce, protože jsou překonány přitažlivé síly a jsou vytvořeny volné radikály. Typickými chemickými reakcemi, které těží z ultrazvuku, jsou sono-katalýza (např. Katalýza fázového přenosu), syntetické organické reakce, sonolýza, jakož i sol-gel-trasy. Kromě toho ultrazvukové síly vytvářejí vysoce reaktivní povrchy, což je důležitá technika pro zvýšení aktivity katalyzátoru.

Ultrazvukové ztenčení smykem

Jev klesající viskozity při zvyšujících se smykových silách se nazývá smykové ztenčení nebo tixotropní. Snížení viskozity má významný význam, když by mělo být upraveno zatížení částicemi média. Aby bylo dosaženo vyššího pevného zatížení, musí být v prvním kroku snížena viskozita. Po snížení viskozity mohou být přidány pevné látky a dispergovány v médiu. Vysoké smykové síly vytvářené ultrazvukovou kavitací způsobují ztenčení smyku a vynikající výsledky disperze. Tato aplikace se integruje především před sušením rozprašováním nebo zmrazováním rozprašováním, aby se zvýšila kapacita procesu postřiku nebo aby se ovlivnila reologie tixotropního materiálu, např. polymerů.

Ultrazvukové frézování za mokra

Mletí a zmenšování velikosti částic jsou klíčové procesy v mnoha průmyslových odvětvích, například při výrobě nátěrových hmot & nátěry, inkoustové barvy & tisk, chemikálie nebo kosmetika. Technologie ultrazvukového frézování se osvědčila pro své spolehlivé zmenšení velikosti a disperzi v rozsahu mikronů a nanočástic. Jeho nepřekonatelná síla oproti perličkovým, kuličkovým a oblázkovým mlýnům spočívá v tom, že se vyhne jakémukoli mlecímu médiu (např. perlím / perlám), které kontaminuje konečný produkt v důsledku otěru. Naproti tomu ultrazvukové frézování je založeno na mezidruhové kolizi – to znamená, že částice, které mají být mlety, jsou použity jako posyp. Časově náročné čištění mletých médií tak již není problémem. Lze zpracovávat vysoké viskozity a velké objemové proudy, což vede k vysoce kvalitnímu produktu. Pro integraci do průmyslové výrobní linky dodává Hielscher vhodné řešení: clusterizovatelné systémy, snadná integrace/dovybavení, nízká údržba, jednoduchá obsluha a vysoká spolehlivost. Přečtěte si více o mokrém frézování a jemném broušení!

Ultrazvuková extrakce a lýza buněk

Rozpad nebo lýza buněk je běžnou součástí každodenní přípravy vzorků v biotechnologických laboratořích. Cílem lýza je narušit části buněčné stěny nebo celé buňky, aby se uvolnily biologické molekuly. Tzv. lyzát se může skládat např. z plazmidu, receptorových testů, proteinů, DNA, RNA atd. Následnými kroky po lýze jsou frakcionace, izolace organel a/nebo extrakce a purifikace proteinů. Extrahovaný materiál (= lyzát) se musí oddělit a je předmětem dalších výzkumů nebo žádostí, např. pro proteomický výzkum. Ultrazvukové homogenizátory jsou běžným nástrojem pro úspěšnou lýzu a extrakci buněk. Vzhledem k tomu, že ultrazvuková intenzita může být vyrovnána úpravou parametrů procesu, optimální intenzita sonikace – od velmi měkkých až po vysoce intenzivní – lze nastavit pro každou látku a médium. Přečtěte si více o extrakci a lýze buněk!

Ultrazvuková mikrobiální inaktivace

Mikrobiální inaktivace je klíčovým procesem při zpracování potravin. Vzhledem k rostoucí poptávce po čerstvých, jemně zpracovaných potravinách průmysl následuje poptávku zákazníků tím, že nahrazuje tepelnou konzervaci šetrnějšími metodami zpracování. Ultrazvuku je netepelná technika, která umožňuje inaktivaci mikroorganismů při subletálních teplotách, což vede k lepšímu zachování senzorických vlastností, nutričních a funkčních vlastností produktu. Vzhledem k tomu, že mikroorganismy jsou hlavní příčinou kažení potravin, musí být konzervační technika zaměřena na ně. Výhodou sonikace je plná kontrola nad intenzitou sonikace a tím i přizpůsobivost konkrétním typům mikrobů a produktu. Přečtěte si více o mikrobiální inaktivaci!

Ultrazvukové odplyňování

V mnoha kapalných produktech způsobují rozpuštěné plyny, jako je vzduch, kyslík nebo oxid uhličitý, problémy v navazujících procesech nebo v kvalitě produktu. Rozpuštěný plyn může způsobit korozi, pěnění, tvorbu mikrobublin nebo mikrobiální růst.
Při ultrazvukovém ozařování je rozpuštěný plyn extrahován do vakua kavitačních bublin (vakuové odplynění). Bubliny naplněné plynem následně vyplavou na povrch a mohou být tak odstraněny. Obsah plynu v kapalině lze rychle snížit pod přirozenou rovnováhu při atmosférickém tlaku pomocí ultrazvukového odplyňování. Přečtěte si více o odplyňování!

Ultrazvukové odstranění mikrobublin

Suspendované mikrobubliny v kapalinách a kalech jsou pro mnoho produktů významným problémem s kvalitou, protože takové bubliny mohou mít za následek nečistoty produktu, mikrobiální růst, zákal v povlacích, mechanickou nestabilitu nebo nerovnoměrné výsledky tisku inkoustem obsahujícím plyn. Ultrazvukové vlny šířící se kapalinou nutí suspendovat bubliny, aby se spojily do větších bublin, které budou plavat na povrch a tím mohou být odstraněny. Ultrazvuku pomáhá bublinám pohybovat se kapalinou, např. vodou, olejem nebo pryskyřicí, což vede k rychlejšímu a úplnějšímu odvzdušnění. Přečtěte si více o odstranění mikrobublinek!

Ultrazvukové odpěňování

V mnoha průmyslových procesech, jako je fermentace, trávení nebo chemické procesy, způsobuje pěna velké problémy, protože činí proces méně kontrolovatelným. Pěna je většinou nežádoucím vedlejším produktem, který je nutné odstranit. Běžně používané protipěnivé chemikálie jsou drahé a kontaminují konečný produkt. Naproti tomu vysoce intenzivní ultrazvukové vlny (sono-odpěňování) rozbíjejí pěnu bez kontaminace. Destrukce pěny je měkká, nízkoenergetická ultrazvuková aplikace. Speciálně navržené deskové sonotrody vytvářejí vlny se vzduchem s vysokou amplitudou, které destabilizují bubliny v pěně, takže se zhroutí. Toho lze dosáhnout během několika sekund a nemá to žádné zbytkové účinky. Přečtěte si více o odpěňování!

Ultrazvukový ohřev

Ačkoli zahřívání většinou není hlavním účelem sonikace, neměl by být opomíjen vedlejší účinek tvorby tepla v ošetřeném médiu. Řízené vytápění je výhodné, protože teplo zlepšuje mnoho procesů. Během mnoha procesů, např. konzervace nebo chemických reakcí, je ultrazvukové ošetření záměrně podporováno zvýšenou teplotou, známou jako termosonikace. U materiálů citlivých na teplo zajišťuje cílené chlazení během sonikace stabilní teploty během ultrazvukového zpracování. Implementací ledových lázní, průtokových buněk s chladicími plášti, a integrovaných výměníků tepla v sestavě, Hielscher nabízí řešení pro vaše individuální cíle.

Ultrazvuková stabilizace

Vysoce výkonný ultrazvuk přispívá k mechanické i mikrobiální stabilizaci. Ultrazvukem generované vysoké smykové síly zajišťují extrémně jemné míchání, takže jsou překonány vazby mezi částicemi a je dosaženo mechanické stabilizace. Trvanlivost stability závisí na složení: některé emulze a disperze jsou samostabilní díky velmi jemné a rovnoměrné homogenizaci, zatímco jiné směsi musí být podpořeny přídavkem stabilizačních činidel. Pokud jsou potřeba stabilizátory, ultrazvuk je velmi spolehlivým nástrojem pro přimíchání stabilizátoru do směsi.
U biologických a potravinářských produktů je ultrazvuk spolehlivou technikou mikrobiální inaktivace k dosažení stability a konzervace produktu. Ultrazvuková mikrobiální stabilizace je alternativou bez tepelné konzervace, která přesvědčí účinnou mikrobiální deaktivací a pouze mírnou tvorbou tepla. Bylo prokázáno, že ultrazvuk je velmi účinný při ničení patogenů přenášených potravinami, jako jsou E.coli, Salmonellae, Ascaris, Giargia, cysty Cryptosporidium a Poliovirus.

Ultrazvuková funkcionalizace povrchu částic

Struktura povrchu částic je důležitá pro vlastnosti částic. Specifický povrch částice se zvětšuje v korelaci se zmenšováním velikosti částic. Zmenšující se velikost částic tak stále více zvýrazňuje povrchové vlastnosti – zejména během nanonizace. Pro použití takových materiálů jsou vlastnosti povrchu stejně důležité jako vlastnosti jádra částic. To znamená, že funkcionalizace nanomateriálů umožňuje širokou škálu aplikací, jako jsou polymery, nanofluidy, biokompozity, nanoléčiva a elektronika. Díky tomu je zmenšení velikosti, deaglomerace a funkcionalizace nezbytným krokem při zpracování částic. Hielscher ultrasonicators jsou široce používány pro zpracování mikronů- a nanočástic za účelem frézování, deaglomerace, dispergace a úpravy jejich struktury. Úpravou povrchu částic lze zamezit nežádoucímu shlukování částic. V následných krocích mohou být ultrazvukem upravené částice smíchány do kompozitů, kde sonikace dosahuje homogenní distribuce v matrici. To je velmi důležité pro různé průmyslové aplikace s ohledem na dlouhodobou stabilitu nebo mechanické vlastnosti hybridních materiálů.

Testování ultrazvukové eroze

Odolnost proti erozi kavitace je důležitým aspektem trvanlivosti a životnosti materiálu. Aby byla zajištěna funkčnost materiálu, musí být testován sklon k erozi a únava materiálu pro zajištění kvality. Odolnost proti erozi má velký význam pro materiály používané v náročných prostředích, jako jsou lodní šrouby, (námořní) povlaky, čerpadla, součásti motorů, hydraulické turbíny, hydraulické dynamometry, ventily, ložiska, vložky válců vznětových motorů, křídlové lodě a ve vnitřních průtocích s překážkami atd. Pro provedení testování eroze kavitace v souladu s normou ASTM G32-92 je nevyhnutelná kontrolovatelná a reprodukovatelná ultrazvuku. Hielscher ultrazvuková zařízení lze použít pro přímé a nepřímé testování eroze vzorků. Stejné ultrazvukové zařízení lze použít jak pro přímé, tak pro nepřímé testy. Při přímém testování se vzorek připevní k sonotrodě, zatímco při nepřímém erozním testování se vzorek zafixuje v kádince. Testy eroze lze provádět za plně kontrolovaných podmínek prostředí a téměř v každé kapalině. Nastavením intenzity ultrazvuku lze erozivní sílu přizpůsobit požadavkům testu. Přečtěte si více o testování eroze!

Ultrazvukové čištění vodičů a kabelů

Nekonečné množství materiálů, jako jsou dráty, kabely, pásky, tyče a trubky, musí být očištěno od zbytků maziva, než je lze dále zpracovávat, jako je galvanizace, vytlačování nebo svařování. Čištění nekonečného množství materiálů je často úzkým hrdlem výrobní linky. Hielscher Ultrasonics nabízí jedinečný ultrazvukový čisticí proces pro efektivní inline čištění, který zvládne i vysokou rychlost průchodu. Účinek kavitace generované ultrazvukovou silou odstraňuje zbytky maziva, jako je olej nebo tuk, mýdla, stearáty nebo prach. Kromě toho jsou částice znečištění rozptýleny do čisticí kapaliny. Tím se zabrání nové přilnavosti k čištěnému materiálu a částice se odplaví. Výhody ultrazvukového čištění na první pohled: osvědčený & Spolehlivé, efektivní, šetrné k životnímu prostředí, méně nebo žádné chemické čisticí prostředky, plug-and-play, modulární systémy, jednoduchá obsluha, nízká údržba, provoz 24/7, malé rozměry, možnost dodatečné instalace, přizpůsobitelné. Přečtěte si více o kontinuálním čištění pramenů!

Ultrazvukové prosévání a filtrace

Separace částic podle rozdílu velikostí vyžaduje protřepání síta nebo sítě. Ultrazvukové míchání pro prosévání a prosévání je osvědčeným nástrojem, který zvyšuje prosévací kapacitu a šetří čas, protože prášky mohou sítem procházet rychleji a kompletněji. Výsledkem je lepší kvalita konečného produktu s menšími ztrátami materiálu v důsledku neúplné separace – a to vše v kratším čase zpracování. Přečtěte si více o prosévání a prosévání!

Ultrazvuková úprava vody

Kontrola růstu bakterií a řas ve vodě je pro mnoho průmyslových odvětví vysoce důležitým předcházejícím nebo následným výrobním procesem. Silné ultrazvukové vlny jsou známé svými účinky na buněčné struktury, které způsobují lýzu buněk a buněčnou smrt, a také svou čisticí schopností v důsledku mechanického nárazu.
Kromě toho mohou být nádrže, sudy, nádoby a dokonce i filtry úspěšně očištěny od biofilmů, zbytků a nečistot ve velmi jednoduchém, ale účinném kroku sonikace. Ultrazvukem generované mechanické vibrace a kavitační smykové síly odstraňují kontaminaci. Obecně platí, že čisticí prostředky nejsou nutné a odstraněné zbytky lze snadno spláchnout.

Oborově specifická řešení

Ultrazvuk pro nanomateriály

Nanomateriály přitahují pozornost vědců, výzkumníků a inženýrů téměř všech oborů, protože nanočástice vykazují jedinečné vlastnosti. Jejich fyzikální vlastnosti, jako jsou optické a magnetické vlastnosti, měrná tepla, teploty tání a reaktivita povrchu, nabízejí vysoký potenciál pro materiál s mimořádnou pevností. Ale čím menší jsou částice, tím obtížnější je jejich zpracování. Ultrazvuk s vysokým výkonem je často jedinou metodou, jak účinně ovlivnit nanočástice. Vliv výkonového ultrazvuku umožňuje mnohostranné aplikace v materiálové chemii & vývoj, katalýza, elektronika, energetika, ale i biologie & lékařství.
Většinou jsou vysoce výkonné ultrasonicators jediným účinným nástrojem k dosažení požadovaných výsledků frézování a dispergace nanočástic (např. nanotrubic, grafen, nanodiamanty, keramika, oxidy kovů atd.). Alternativou je ultrazvukem asistované srážení nebo takzvaná syntéza zdola nahoru, což je účinný způsob, jak vytvořit čisté nanokrystaly s jedinečnými vlastnostmi. Zvláštní zájem přitahují zejména kovové nanočástice, slitiny a organokovové kompozity, protože kovy mají v průmyslovém sektoru velký význam. I zde sonikace nabízí jedinečné výsledky, jako je pocínování částic hliníku a titanu.

Ultrazvuková syntéza zdola nahoru

Srážení neboli syntéza zdola nahoru popisuje řízenou tvorbu atomů, molekul a iontů do větších chemických sloučenin. Srážení je také užitečné pro čištění produktů. Výhodou srážení je, že touto metodou se získají nejmenší částice téměř jednotného tvaru, velikosti částic/krystalů a morfologie. Pro výrobu nanočástic s vysokou čistotou je srážení a samoorganizace molekulárních složek často jediným způsobem, jak dosáhnout požadované kvality. Vzhledem k tomu, že srážení je velmi rychlá reakce, je nezbytné účinné míchání reaktantů. Ultrazvukové míchání je klíčem k rovnoměrnému a jemnému promíchanému roztoku. Hielscher Ultrasonics dodává vysoce spolehlivé ultrazvukové zařízení, které zaručuje úplnou kontrolu nad parametry procesu a plnou reprodukovatelnost. Přečtěte si více o srážkách!

Ultrazvuk v chemii a sonochemii

Ultrazvukové aplikace v chemii se rozvětvují do všech sekcí včetně materiálové syntézy, analytiky & stanovení, biochemie, organické & Anorganická chemie, neurochemie, jaderná chemie i elektrochemie. Ať už ultrazvuk s vysokým výkonem podporuje reakce díky svým vynikajícím míchacím schopnostem (např. chemie emulze, fázová přenosová katalýza PTC), aktivuje povrchy (např. katalýza, sol-gel), iniciuje se přispěním požadované kinetické energie nebo překonáním chemických sil (např. zeta potenciálu, Van-der-Waalsových sil, reakcí otevírajících kruh), lze dosáhnout jedinečných výsledků.

Ultrazvuková sono-katalýza

Katalyzátory zvyšují rychlost přeměny chemických reakcí a jsou potřebné k zahájení reakce nebo k udržení reakce v chodu, dokud není dosaženo úplné přeměny. Skutečnost, že katalytické reakce jsou často pomalé a neúplné, může být změněna ultrazvukem s vysokým výkonem. Ultrazvuku přispívá k homogenní i heterogenní katalýze a dosahuje rychlejších konverzních poměrů a vyšších výnosů. Ultrazvukové síly vytvářejí vysoce reaktivní povrchy a tím zvyšují katalytickou aktivitu. I když se katalyzátory samy o sobě nespotřebovávají, povrchové depozice mohou v průběhu času snížit aktivitu katalyzátoru. Vzhledem k tomu, že pevné katalyzátory často vyžadují vzácné a drahé kovy, je dlouhá životnost ekonomicky zásadním aspektem. Ultrazvuk je osvědčená technika k odstranění znečištění z povrchu katalyzátoru pro reaktivaci na plnou katalytickou kapacitu. Přečtěte si více o sono-katalýze!

Sono-chemie

Chemické reakce jsou často pomalé a neúplné, proto je žádoucí dosáhnout plnějšího využití prekurzorů. Vysokovýkonný ultrazvuk způsobuje fyzikální účinky v kapalinách, například zvýšený přenos hmoty, emulgaci, hromadné tepelné zahřívání a různé účinky na pevné látky (mletí, deaglomerace, aktivace povrchu, modifikace). Tyto fyzikální účinky významně ovlivňují chemické reakce. V důsledku toho ultrazvuk přispívá k rozmanitým chemickým reakcím, jako je katalýza, syntéza & Srážení, sol-gelové cesty, emulzní chemie a polymerní chemie. Hielscher ultrazvuková zařízení jsou ideální pro sonochemické aplikace, protože Hielscher systémy jsou schopny manipulovat s rozpouštědly, kyselinami, zásadami a výbušnými materiály (ATEX hodnocený ultrasonicator UIP1000hd-Exd). Všechny systémy lze použít pro dávkovou sonikaci i pro inline sonikaci. Široký sortiment zařízení a příslušenství umožňuje přizpůsobení procesním požadavkům. Přečtěte si více o sono-chemii!

Ultrazvukové Sol-Gel trasy

Ultrajemné nanočástice a částice sférického tvaru, tenkovrstvé povlaky, vlákna, porézní a husté materiály, stejně jako extrémně porézní aerogely a xerogely jsou vysoce potenciálními přísadami pro vývoj a výrobu vysoce výkonných materiálů. Pokročilé materiály, včetně např. keramiky, vysoce porézních, ultralehkých aerogelů a organicko-anorganických hybridů, lze syntetizovat z koloidních suspenzí nebo polymerů v kapalině metodou sol-gel. Materiál vykazuje jedinečné vlastnosti, protože generované částice solu se pohybují ve velikosti nanometrů. Ultrazvukovou cestou sol-gel lze vytvářet gely (tzv. sono-gely) s nejmenší velikostí částic, nejvyšším povrchem a nejvyššími objemy pórů. Široká škála ultrazvukových zařízení Hielscher nabízí ideální konfiguraci zařízení pro konkrétní materiály a objemy. Přečtěte si více o procesech sol-gel!

Ultrazvuková chemická degradace

Chemický odpad, který umožňuje jeho využití a rozklad, je závažným problémem průmyslových procesů, jako je těžba, výroba chemikálií a skládky. Odpady a znečišťující látky (např. v půdě, odpadních vodách...) musí být zpracovány z hlediska recyklace, snížení množství odpadu nebo uložení. Sonochemická degradace je proces s vysokým potenciálem, který se vyznačuje kromě vynikajících a jedinečných výsledků také šetrností k životnímu prostředí a snadnou obsluhou. Sonikace může mít za následek štěpení vazeb, zkrácení délky řetězce, molekulární modifikaci nebo aktivaci. Tím přispívá k oxidaci, sorpci, sonolýze a vyluhování. Charakteristickými rysy ultrazvukem asistované degradace jsou zvýšení rychlosti chemické přeměny, stejně jako ultrazvuková kavitace a sonochemické účinky umožňují lepší promíchání, iniciaci reakcí vstupem energie, tvorbu funkčních skupin (např. štěpení –OH hydroxylových skupin) a radikálů (např. H₂O -> H+ a HO-).

Ultrazvuková polymerace

Sonikace má různé účinky na polymery: účinky fyzikální povahy zahrnují míchání (jako je emulgace, dispergace, deaglomerace, zapouzdření) a hromadné zahřívání, zatímco chemické účinky vytvářejí volné radikály a mění molekulární struktury. Ultrazvuk přispívá k polymeraci několika způsoby: Vysoce výkonné ultrazvukové vlny produkují a dispergují částice nanovelikosti, emulgují nemísitelné kapalné fáze a vytvářejí volné radikály, které přispívají k emulzní polymeraci. Polymerní nanokompozity a hydrogely lze úspěšně vyrábět ultrazvukem. Kromě toho hraje funkcionalizace povrchu polymerů důležitou roli při zvyšování výkonu základních polymerů a nabízí nové přístupy k vývoji materiálů na míru. Zlepšení povrchových vlastností komoditních polymerů je z ekonomického hlediska velmi zajímavé. Sonochemie je tak správnou cestou k úspěšnému ošetření polymerem.

Ultrazvuková regenerace katalyzátoru

Když činidla reagují na povrchu částic katalyzátoru, produkty chemické reakce se hromadí na kontaktní ploše. To spolu se zanášecími a pasivačními vrstvami blokuje interakci dalších molekul činidla na povrchu tohoto katalyzátoru. Ultrazvukovou kavitací a tím způsobenou srážkou mezi částicemi se zbytky na povrchu částic odlomí a odplaví ultrazvukovým prouděním v kapalině. Kavitační eroze na povrchu částic vytváří nepasivované, vysoce reaktivní povrchy. Krátkodobé vysoké teploty a tlaky přispívají k molekulárnímu rozkladu a zvyšují reaktivitu mnoha chemických látek. Hielscher ultrazvukové reaktory mohou být použity při přípravě, regeneraci a regeneraci katalyzátorů.

Sonoluminiscence

Sonoluminiscence popisuje jev krátkých záblesků světelné emise generovaných implodujícími ultrazvukovými kavitačními bublinami v kapalném médiu. Přestože existují různé teorie, které se snaží odhalit fenomén sonoluminiscence, dodnes se vědcům nepodařilo dokázat své teorie, které zahrnují horké, bremsstrahlungové záření, srážkami vyvolané záření a korónové výboje, neklasické světlo, tunelování protonů, elektrodynamické jety a fraktoluminiscenční jety, kvantové vysvětlení (které souvisí s Unruhovým nebo Casimirovým efektem) nebo termonukleární fúzní reakci.

Ultrazvuk v biologii a mikrobiologii

Ultrazvukové účinky na biologické a mikrobiologické systémy jsou rozmanité: Dispergace & Homogenizace, rozpouštění agregátů, lýza buněk a tkání (např. bakterií, kvasinek, virů, řas...) & extrakce intracelulárních materiálů (např. proteiny, organely, ribozomy, DNA, RNA, lipidy, peptidy...), transformace rostlinných buněk, izolace a stříhání chromatinu, imunoprecipitace chromatinu a související aplikace se úspěšně provádějí sonikací.
Hielscher Ultrasonics má dokonale vhodný ultrasonicator pro každou jednotlivou aplikaci. Pro nejmenší lahvičky a zkumavky je VialTweeter zařízení podle vaší volby, zatímco laboratorní sonda, jako je UP200Ht nebo UP400St, nejlépe ošetřuje větší vzorky. Pro stolní a komerční aplikace si ultrazvukové systémy od 500 W do 16 000 W snadno poradí s velkými objemovými toky. Různé sonotrody, průtokové cely a příslušenství doplňují program a pokrývají všechny požadavky.

Ultrazvukové stříhání DNA, RNA a chromatinu

Deoyxribonukleová kyselina (DNA), ribonukleová kyselina (RNA) a chromatin jsou – spolu s proteiny – hlavními makromolekulami pro všechny formy života. DNA a RNA jsou molekuly, které kódují genetické instrukce organismů. Chromatin je kombinace DNA a proteinů, ze kterých je sestaven obsah buněčného jádra. Pro výzkumné účely je nutné tyto molekulární stavební kameny fragmentovat na menší složky, aby je bylo možné zkoumat a analyzovat nebo je přeskupit během imunoprecipitace a síťování. Pro stříhání DNA, RNA a chromatinu, velikost fragmentu je velmi důležitá. Díky plné kontrole nad všemi důležitými parametry umožňuje ultrazvuk cílenou fragmentaci molekul. Například ideální délka fragmentu chromatinu se pohybuje mezi 200 a 1000 bp. ultrazvukové stříhání je dosaženo dávkami v pulzním režimu. Díky inteligentním zařízením a příslušenství jsou potřeby zpracování, jako je přímá nebo nepřímá sonifikace, chlazení vzorku, digitální záznam procesu, zajišťovány ultrazvukovým zařízením Hielscher. Tím je zajištěno úspěšné mikrobiologické zpracování a komfort obsluhy.

Ultrazvuk pro barvy, inkousty a pigmenty

V průmyslu nátěrových hmot, nátěrů a inkoustů jsou částice základní surovinou pro formulace produktů. U vysoce kvalitních výrobků, které nabízejí očekávané vlastnosti, je rozhodující rovnoměrné a spolehlivé zpracování částic. Velikost částic je klíčovým faktorem, který ovlivňuje vlastnosti konečného produktu. Vysoce výkonný ultrazvuk je účinným prostředkem pro frézování a deaglomeraci velikosti mikronů a nano – bez potíží, které vznikají při použití frézovacích médií nebo trysek.
Pro inkousty a inkousty pro inkousty pro inkousty, velikost částic je klíčovým znakem kvality: jsou pigmenty příliš malé, inkoust ztrácí svou tónovací sílu – jsou pigmenty příliš velké, trysky tiskárny se ucpávají, což má za následek špatné výtisky. Ultrazvuku umožňuje nastavit parametry zpracování přesně podle výsledků nasávaného mletí a deaglomerace. Jakmile jsou jednou nalezeny ideální parametry ultrazvukového zpracování, není důvod je měnit. Kontinuální inline výroba umožňuje rovnoměrný výstup nejvyšší kvality produktu. Distribuce částic v rámci receptury je zásadní pro vyjádření vlastností produktu. Pouze pokud jsou částice dispergovány rovnoměrně a rovnoměrně, konečný produkt vykazuje uspokojivou kvalitu, jako je průhlednost, odolnost proti UV záření nebo odolnost nátěrů proti poškrábání. Dispergace je jednou z osvědčených energetických aplikací ultrazvuku.

Ultrazvuk pro kosmetiku a výrobky osobní péče

Pro výroba kosmetikyje míchání ingrediencí nezbytným krokem. Vysoce výkonný ultrazvuk dosahuje spolehlivých výsledků při homogenizaci, dispergaci a emulgaci jemné velikosti – např. u krémů a pleťových vod, laků na nehty a make-upů. Kromě mísících se aplikací je ultrazvuk dobře známý pro extrakci a modifikace buněk (např. liposomy) také. Vzhledem k tomu, že mnoho složek, které jsou obsaženy ve formulaci, je získáno extrakcí, například lipidy, proteiny, aromatické sloučeniny nebo barviva z buněk, je ultrazvuk nástrojem s vysokým potenciálem pro nové formulace.

Ultrazvuk pro léčiva

Aplikace ultrazvuku ve farmaceutickém průmyslu jsou rozmanité: syntéza chemických sloučenin, extrakce účinných látek (např. fenolů, flavonoidů z rostlin), emulgace (pleťových vod, krémů a mastí), příprava lipozomů (nanoemulgace a následné enkapsulace bioaktivních látek) nebo inaktivace virů a patogenů pro vakcíny. Při výrobě léčiv umožňuje použití Hielscher ultrasonicators zvýšení výrobních kapacit díky lepším výnosům. Díky spolehlivým průmyslovým ultrazvukovým zařízením mohou být reakce prováděny ve větším měřítku – jako dávkový proces nebo jako kontinuální proces v reaktoru s průtočnou buňkou.

Ultrazvuková výroba biopaliv

Energetický sektor nabízí rozmanité aplikace pro úspěšné a efektivní využití ultrazvuku. Nejoblíbenější a nejznámější aplikací je možná ultrazvukem asistovaná Bionafta výroba (transesterifikace z panenského nebo použitého/ odpadního rostlinného oleje (UVO; WVO)/ živočišný tuk na bionaftu), což vede k vyššímu výnosu a kvalitě, nižší spotřebě metanolu a výrazně zrychlené konverzi. Pokud vstupní surovina bionafty obsahuje více než 2–3 % volných mastných kyselin (FFA), je esterifikace kyselin užitečným krokem proti proudu, aby se zabránilo tvorbě vysokého obsahu mýdla. Kromě toho, že transesterifikace a esterifikační procesy, vysoce výkonný ultrazvuk podporuje extrakci olejů z plodin (např. řepka, sója, řepka, kukuřice, palma, arašídy, kokos, jatropha atd.) nebo řas.
bioetanol je zelené palivo, které se získává, když škrob a cukr z kukuřice, plodin, brambor, třtiny, rýže atd. je fermentován kvasinkovými buňkami na etanol. Aplikací výkonového ultrazvuku jsou rostlinné buňky narušeny a intracelulární materiál je extrahován, aby byla surovina lépe dostupná pro enzymatické trávení. Škrob a cukry jsou tak lépe dostupné pro fermentaci, což vede k rychlejší a úplnější přeměně a vyššímu výtěžku.

Ultrazvuk v palivu, energii, ropě a plynu

Ultrazvuková homogenizační technika je velmi účinná pro výrobu stabilních a nestabilních emulzí, což umožňuje úspěšnou tvorbu aquapaliv. Proto se paliva, většinou těžší paliva, jako je lodní nafta, emulgují vodou. Použití paliva napuštěného vodou vede k účinnějšímu spalování a výraznému snížení emisí NOx. Dalším důležitým oborem je ultrazvuková úprava uhlí.

Ultrazvukové procesy ve výrobě potravin, mléčných výrobků a nápojů

Šetrné zpracování potravin je stále důležitější kvůli rostoucí poptávce zákazníků po čerstvých, převážně přírodních potravinách. Tedy pro běžné kroky zpracování, jako je míchání & homogenizace, extrakce, stabilizace & konzervace, tradiční metody jsou postupně nahrazovány inovativními technikami zpracování, jako je ultrazvuku, což je netepelná metoda pro potraviny. Výhody sonikace jsou založeny na jeho mírném, rychlém a čistém zpracování, což vede k menším ztrátám produktu a zlepšení kvality potravin díky zachování čerstvosti a vitamínů. Hielscher ultrazvukové procesory se používají pro rozmanité aplikace v potravinářském průmyslu, jako je konzervace & mikrobiální inaktivace, homogenizace, stabilizace & konzervace šťáv, pyré a Smoothies, extrakce aromat a fruktózy (cukru), smykové ředění pro snížení viskozity, zrání víno a balzamikový ocet, rafinace alkoholu & aroma, obláčkové emulze, zmrzlina (podporující nukleaci ledu a přenos hmoty), extrakce řas pro nutraceutika, konšování čokolády k rozbíjení krystalů cukru, zkapalňování med, rafinace jedlých olejů atd. Přečtěte si více o ultrazvuku pro potraviny a nápoje!

Vědecká literatura a zprávy s Hielscher Ultrasocognators

Následující seznam obsahuje malý výběr vědeckých článků, ve kterých byly ultrazvukové sondy Hielscher úspěšně použity pro různé aplikace. Vyžádejte si od nás literaturu týkající se konkrétních aplikací, které vás konkrétně zajímají!

• Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International Journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
• Zahra Hadian, Mohammad Ali Sahari, Hamid Reza Moghimi; Mohsen Barzegar (2014): Formulation, Characterization and Optimization of Liposomes Containing Eicosapentaenoic and Docosahexaenoic Acids; A Methodology Approach. Iranian Journal of Pharmaceutical Research (2014), 13 (2): 393-404.
• Shah Purvin, Parameswara Rao Vuddanda, Sanjay Kumar Singh, Achint Jain, Sanjay Singh (2014): Pharmacokinetic and Tissue Distribution Study of Solid Lipid Nanoparticles of Zidov in Rats. Journal of Nanotechnology, Volume 2014.
• Antonia Tamborrino, Agnese Taticchi, Roberto Romaniello, Claudio Perone, Sonia Esposto, Alessandro Leone, Maurizio Servili (2021): Assessment of the olive oil extraction plant layout implementing a high-power ultrasound machine. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 73, 2021.
• Bruno G. Pollet; Faranak Foroughi; Alaa Y. Faid; David R. Emberson; Md.H. Islam (2020): Does power ultrasound (26 kHz) affect the hydrogen evolution reaction (HER) on Pt polycrystalline electrode in a mild acidic electrolyte? Ultrasonics Sonochemistry Vol. 69, December 2020.