Ultrazvukové rozpouštění pevných látek v kapalinách

Příprava roztoků je důležitým krokem jak u laboratorních vzorků, tak v průmyslové výrobě. Laboratorní vzorky musí být před analýzou zpravidla převedeny do kapalné formy. Ultrazvuková homogenizace a rozpouštění představují rychlý a spolehlivý způsob přípravy vzorků všech velikostí. V průmyslové výrobě je příprava homogenních a dobře rozpuštěných roztoků často klíčovým faktorem pro zajištění stálých vlastností produktu a konzistentní kvality. Ultrazvukové disolvery jsou k dispozici jako kompaktní laboratorní přístroje i jako plně komerční průmyslové disolvery.

Ultrazvukové disolvery: použití a aplikace

Ultrazvuk je známý a spolehlivý nástroj pro přípravu vzorků v laboratoři. Mezi běžné aplikace patří homogenizace, emulgace, dispergace, extrakce, odplyňování a sonochemické úpravy.
Pro měření analytickými přístroji (např. HPLC, atomový spektrometr atd.) musí být většina vzorků zpravidla převedena do kapalné formy. To znamená, že vzorek musí být buď v homogenním stavu roztoku, nebo musí být převeden na koloid, suspenzi, disperzi či emulzi, pokud je směs heterogenní povahy. Výkonná sonikace je velmi účinným nástrojem pro přípravu homogenních i heterogenních směsí.
Pokud vás zajímá příprava heterogenních suspenzí, klikněte zde: ultrazvuková emulgace a ultrazvuková dispergace!
O vytváření homogenních směsí ultrazvukovým rozpouštěním se dočtete níže – čtěte prosím dále!

Ultrazvuková kavitace pro rozpouštění

Pokud je vzorek rozpustný, lze rozpouštěnou látku (jako je sukralóza, soli, např. ve formě prášku nebo tablet) rozpustit v rozpouštědle (např. ve vodě, vodných rozpouštědlech, organických rozpouštědlech atd.), čímž vznikne homogenní směs tvořená pouze jednou fází. Proces rozpouštění lze provádět ručním nebo mechanickým mícháním, což je časově náročné a neefektivní. Souvisejícími problémy jsou ztráty vzorku v důsledku manipulace nebo nedostatečná reprodukovatelnost způsobená náhodnými chybami a nerovnoměrným mícháním.
Sonikace se často používá k podpoře účinného a rychlého rozpouštění vzorků. Ultrazvukem podporované rozpouštění je založeno na mechanickém míchání vyvolaném kavitačními účinky, které vznikají při vnášení ultrazvukových vln do kapalin. Vnášení ultrazvukové energie usnadňuje a urychluje předúpravu vzorků, jako je rozpouštění a vyluhování před analýzou.
Díky ultrazvukem podporované přípravě roztoku je možné rozpouštět látky ve vysoké koncentraci a efektivně a rychle vytvořit koncentrovaný nebo nasycený (a přesycený) roztok.
Při vnášení vysoce výkonného/ nízkofrekvenčního ultrazvuku do kapalného média vytváří vznikající akustická kavitace jedinečné podmínky. Sonikace zlepšila předúpravu vzorků typu kapalina-kapalina a pevná látka-kapalina (např. rozklad, solubilizaci a extrakci), která se obvykle provádí před analytickou detekcí a měřením.

Rychlost rozpouštění kvantitativně vyjadřuje, jak rychle proces rozpouštění probíhá. Rychlost rozpouštění ovlivňují různé faktory:

• materiál: rozpouštědlo a rozpouštěná látka
• teplota + tlak
• stupeň (ne)nasycení
• účinnost a intenzita působení rozpouštění a míchání
• velikost mezifázového povrchu
• přítomnost inhibitorů (např. látek usazených na částicích/ blokujících fázové rozhraní)

K urychlení solvatačního procesu a zvýšení rychlosti rozpouštění jsou zapotřebí výkonné homogenizátory, které zajišťují dostatečný mechanický účinek. Kavitační rozpouštěcí a míchací síla ultrazvukových homogenizátorů je dobře známá, a proto jsou běžným a spolehlivým nástrojem pro přípravu vzorků v laboratořích.

Mikroskopické snímky suspenze meloxikamu:
Vlevo: neošetřená suspenze meloxikamu; vpravo: nanosuspenze meloxikamu získaná sonikací přístrojem UP100H po dobu 45 minut při 100% amplitudě a cyklu 1.
(studie a snímek: ©Iurian et al., 2015)

Ultrazvukové rozpouštění laboratorních vzorků

Ultrazvukem podporované rozpouštění se v laboratořích používá při přípravě vzorků před analytickými měřeními.
Seznam analytických přístrojů, které vyžadují (často) vzorky převedené do kapalné formy:

• HPLC – vysokoúčinná kapalinová chromatografie
• FTIR – infračervená spektroskopie s Fourierovou transformací
• GC – plynová chromatografie
• Atomová spektroskopie
• ATR – zeslabený úplný odraz
• Stanovení velikosti částic laserovou difrakcí
• Dynamický rozptyl světla

S ultrazvukovým zařízením pro přípravu vzorků SonoStep lze předanalytickou úpravu vzorků provádět zcela inline: Ultrazvukové zařízení pro přípravu vzorků má integrované míchadlo a čerpadlo, takže vzorky protékají rovnoměrně a kontinuálně uzavřeným systémem. Tím je zaručena rovnoměrná a spolehlivá sonikace bez rizika křížové kontaminace a zkreslení vzorku nebo ztráty vzorku.
Přečtěte si více o ultrazvukové jednotce pro přípravu vzorků SonoStep typu „vše v jednom“!

Ultrazvukové rozpouštění v průmyslové výrobě

V průmyslových výrobních linkách se integruje vysoce výkonný ultrazvuk k rozpouštění a homogenizaci směsí pevná látka-kapalina za účelem vytvoření rovnoměrného a stabilního produktu.
Níže naleznete několik příkladů z různých průmyslových odvětví:

• Farmaceutický průmysl: rozpouštění složek léčiv, např. solí, polymerů
• Potravinářský a nápojový průmysl: rozpouštění surovin, např. cukru, soli, sirupu, ochucovadel
• Barvy a nátěrové hmoty: rozpouštění polymerů
• Chemie: příprava přesyceného roztoku před srážecími reakcemi

Ultrazvukové procesory pro rozpouštěcí aplikace v jakémkoli měřítku

Hielscher Ultrasonics nabízí ideální řešení pro vaši aplikaci rozpouštění a smáčení. Ať už potřebujete připravovat analytické vzorky v laboratoři, nebo vyrábět velké objemy roztoků či solanek v kontinuálním průtokovém režimu – Hielscher Ultrasonics má ideální ultrazvukový disolver pro váš proces!
S ultrazvukovými přístroji libovolného výkonu pro vsádkové i inline zpracování vám doporučíme nejvhodnější ultrazvukový přístroj pro vaše procesní cíle!
Níže uvedená tabulka vám poskytne orientační představu o přibližné zpracovatelské kapacitě našich ultrazvukových přístrojů: