Ultralyd homogenisatorer
Ultralydshomogenisatorer er kraftfulde værktøjer til at blande og homogenisere fast-væske og væske-væske suspensioner. Ultralydshomogenisering er en mekanisk proces til at reducere partikler i en væske, så de bliver ensartet små og jævnt fordelt. Hielscher tilbyder kraftfulde ultralydshomogenisatorer til anvendelse i laboratorie- og produktionsskala.
Anvendelser og virkning af ultralydshomogenisatorer
Ultralydshomogenisatorer er kraftfulde og pålidelige blandere, der bruges i laboratoriet og industrien til adskillige applikationer.
En ultralydshomogenisator kan bruges til forskellige applikationer, herunder:
- Homogenisering: Ultralydshomogenisatorer kan homogenisere prøver for at skabe ensartede og konsistente blandinger.
- Dispersion: Ultralydshomogenisatorer kan bruges til at sprede faste partikler i væsker for at skabe stabile suspensioner. Ultralydbehandling er ekstraordinært effektiv til at skabe nanodispersioner.
- Emulgering: Ultralydshomogenisatorer kan bruges til at skabe stabile emulsioner og nanoemulsioner ved at bryde op og sprede ikke-blandbare væsker, såsom olie og vand.
- Celle afbrydelse: Ultralydshomogenisatorer kan bryde op for celler for at udtrække intracellulære komponenter såsom proteiner, nukleinsyrer, enzymer og metabolitter.
- Afgasning: Ultralydshomogenisatorer kan bruges til at fjerne opløste gasser fra væsker, såsom afgasning af HPLC-opløsningsmidler eller kølevæsker.
- Ultralydsassisterede kemiske reaktioner: Ultralydshomogenisatorer kan også bruges til sonikeringsassisterede kemiske reaktioner, såsom sonokemisk syntese, katalyse eller nedbrydning.
Samlet set er ultralydshomogenisatorer et alsidigt værktøj, der kan bruges til en bred vifte af applikationer inden for forskning, udvikling og industrielle processer.
Ultralyd homogenisator UIP1000hdT for R&D og produktion
Effekt ultralyd til reduktion af partikelstørrelse: Når ultralydshomogeizere anvendes til applikationer som blanding, dispergering og emulgering, er målet at reducere små partikler eller dråber i en væske eller opslæmning for at forbedre blandingens ensartethed og stabilitet. Disse partikler (dispergeringsfase) kan enten være faste stoffer eller væsker. En reduktion i partiklernes middeldiameter øger antallet af individuelle partikler. Dette fører til en reduktion af den gennemsnitlige partikelafstand og øger partikeloverfladearealet. Grafikken viser sammenhængen mellem den enkelte partikeldiameter og det samlede overfladeareal. Overfladeareal og gennemsnitlig partikelafstand kan påvirke en væskes reologi.
Hvis der er forskel i vægtfylde mellem partiklerne og væsken, kan blandingens homogenitet påvirke dispersionens stabilitet. Hvis partikelstørrelsen er ens for størstedelen af partiklerne, reduceres tendensen til at agglomerere under bundfældning eller stigning, fordi de lignende partikler har en lignende hastighed til at stige eller sætte sig.
Ultralydsdispersioner viser en ensartet partikelstørrelsesfordeling med homogent reducerede partikler. Kurverne viser partikelfordelingen af silica før ultralyd (grøn kurve) og efter ultralydsdispersion (rød kurve).
Ultralyd vs højtrykshomogenisatorer
Den mest almindelige mekanisme til homogenisering er højtrykshomogenisering. Der presses væske ved højt tryk (ca. 2000 barg) gennem en homogeniseringsventil. Når ventilen passerer, gennemgår væsken en kort (ca. 50 mikrosek.) højtryks-lavtrykscyklus.
Selvom denne mekanisme fungerer godt for små, bløde partikler, såsom fedtkugler i mælk, har den sine begrænsninger, når den bruges til dispersioner af hårde og slibende materialer, såsom pigmenter, poleringsmedier eller metaloxider, eller fibrøse og trævlede materialer, såsom frugtpuréer, alger eller slam. Dette skyldes de høje væskehastigheder (op til 120 mtr/sek) og på grund af de små åbninger i de anvendte ventiler. Når det slibende materiale passerer pumperne og ventilåbningen, forårsager det slid. Dette reducerer pumpens og ventilens effektivitet og levetid.
Fordele ved ultralydshomogenisatorer
- Ultralydshomogenisatorer producerer små partikler / dråber og en smal fordelingskurve.
- Ultralydshomogenisatorer kan håndtere høje faste koncentrationer.
- Ultralyd homogenisatorer forbereder stabil suspensioner, dispersioner og emulsioner.
- Ultralydshomogenisatorer kan styres præcist, da de vigtige procesparametre (f.eks. amplitude, effekt, tid, temperatur og tryk) kan påvirkes og justeres.
- Ultralydshomogenisatorer er meget effektive, energieffektive, brugervenlige og sikre at betjene.
Ultralydshomogenisatorer til tunge applikationer
Vådfræsning, slibning og blanding er typiske applikationer, hvor ultralydapparater anvendes som pålidelige homogenisatorer. Ultralydshomogenisatorer er meget effektive til reduktion af bløde og hårde partikler. I modsætning til mange andre homogeniseringsteknologier kan homogenisatorer af ultralydssondetype håndtere selv meget hårde, slibende og fibrøse materialer.
Arbejdsprincippet for ultralydshomogenisering er baseret på kavitation. Når væsker udsættes for intens ultralydbehandling, forplanter lydbølger sig gennem væsken, hvilket forårsager skiftevis højtryks- og lavtrykscyklusser (ca. 20000 cyklusser / sek.). Under lavtrykscyklussen skabes små vakuumbobler med høj intensitet i væsken, når væskedamptrykket opnås.
Når boblerne når en vis størrelse, kollapser de voldsomt under en højtrykscyklus. Under denne implosion genereres meget høje tryk og højhastigheds væskestråler lokalt. De resulterende strømme og turbulenser forstyrrer partikelagglomerater og fører til voldsomme kollisioner mellem individuelle partikler.
En stor fordel ved ultralydshomogenisatorer er det lave antal befugtede og bevægelige dele. Dette reducerer friktionsslid og rengøringstid. Der er kun to våde dele: Sonotroden og flowcellen. Begge har enkle geometrier og ingen små eller skjulte åbninger.
En anden fordel er den nøjagtige kontrol over de operationelle parametre, der påvirker kavitationen. Hielscher ultralydshomogenisatorer kan anvendes ved svingningsamplituder fra ca. 1 til 200 mikron. Væsketrykket kan variere fra 0 til ca. 500psig. Da amplitude og tryk er de mest indflydelsesrige parametre, giver det brede driftsområde for hver parameter mulighed for meget skånsom til meget destruktiv behandling.
Hielscher ultralydshomogenisatorer er amplitudestyrede. På denne måde vil den justerede amplitude blive opretholdt under alle driftsforhold. Dette gør ultralydbehandling kontrollerbar og gentagelig. Sonikering under identiske driftsparametre vil give konsistente og reproducerbare resultater. Dette er vigtigt for kvaliteten af det producerede materiale og for opskaleringen af procesresultater fra laboratoriet til produktionsniveauet.
Ultralydshomogenisatorer til enhver skala
Hielscher producerer ultralydshomogenisatorer til homogenisering af ethvert prøvevolumen til batch- eller inline-behandling. Laboratorie ultralydshomogenisatorer kan bruges til volumener fra 1,5 ml til ca. 5 L. Ultralyd industrielle homogenisatorer anvendes til procesudvikling og produktion af batcher fra 0,5 til ca. 2000L eller strømningshastigheder fra 0,1L til 20m³ i timen.
Design, produktion og rådgivning – Kvalitet fremstillet i Tyskland
Hielscher ultralydapparater er kendt for deres højeste kvalitet og designstandarder. Robusthed og nem betjening muliggør en jævn integration af vores ultralydapparater i industrielle faciliteter. Hårde forhold og krævende miljøer håndteres let af Hielscher ultralydsapparater.
Hielscher Ultrasonics er et ISO-certificeret firma og lægger særlig vægt på højtydende ultralydapparater med avanceret teknologi og brugervenlighed. Selvfølgelig er Hielscher ultralydapparater CE-kompatible og opfylder kravene i UL, CSA og RoHs.
| Batch volumen | Flowhastighed | Anbefalede enheder |
|---|---|---|
| 0.5 til 1,5 ml | n.a. | VialTweeter |
| 1 til 500 ml | 10 til 200 ml/min | UP100H |
| 10 til 2000 ml | 20 til 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 til 20L | 0.2 til 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 til 100L | 2 til 10 l/min | UIP4000hdT |
| 15 til 150L | 3 til 15 l/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 til 100 l/min | UIP16000 |
| n.a. | Større | klynge af UIP16000 |
Ultralydshomogenisatorer til højtydende applikationer
Hielscher ultralydshomogenisatorer er arbejdshesten til blanding og homogenisering. Ultralydslaboratoriehomogenisatorer er kompakte og et pålideligt værktøj til effektiv og hurtig dispergering og emulgering af små og mellemstore prøver. Hielschers industrielle ultralydshomogenisatorer er effektive og overgår traditionelle homogeniseringsteknikker såsom højtrykshomogenisatorer eller perlemøller. Hielscher industrielle homogenisatorer kan levere meget høje amplituder og er dermed usædvanligt kraftfulde, når det kommer til blandings-, dispergerings- og fræseprocesser. Amplituder på op til 200 μm kan nemt køres kontinuerligt i 24/7 drift. For endnu højere amplituder er tilpassede ultralydssonotroder tilgængelige. Robustheden af Hielschers ultralydsudstyr giver mulighed for 24/7 drift ved tunge og krævende miljøer.
Vores kunder er tilfredse med Hielscher Ultrasonics enestående robusthed og pålidelighed’ homogenisatorer. Installationen inden for krævende applikationer, krævende miljøer og 24/7-drift sikrer effektiv og økonomisk behandling. Ultralydsprocesintensivering reducerer behandlingstiden og opnår bedre resultater, dvs. højere kvalitet, højere udbytter, innovative produkter.
Kontakt os! / Spørg os!
Ultralyd væv homogenisatorer
Udover fremstilling af dispersioner og emulsioner er ultralydshomogenisatorer fast etableret inden for bioteknologi, cellulær og molekylærbiologi og biovidenskab til cellelyse og fraktionering, vævsforstyrrelse, ekstraktion af intracellulære forbindelser samt klipning af DNA, RNA og kromatin. Ultralydshomogenisatorer er tilgængelige til prøveforberedelse af små mængder (0,1 ml) op til meget store mængder til industrielle processer (f.eks. ekstraktion af bioaktive forbindelser til fremstilling af kosttilskud).
For at forstyrre væv med en ultralydshomogenisator anvendes en isotonisk bufferopløsning til at stoppe osmotisk skade. Hielscher ultralydshomogenisatorer leveres med en temperatursensor og temperaturkontrolindstilling, som gør det muligt at holde prøverne i et velkontrolleret temperaturområde.
For flere detaljer om ultralydsvævshomogenisatorer, klik her!
Litteratur / Referencer
- 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.
7 ultralyd homogenisatorer UIP1000hdT (7x 1kW ultralydseffekt) installeret som klynge
Fakta, der er værd at vide
Anvendelser af ultralydssonde-type homogenisatorer
Anvendelsesområdet, hvor ultralydssondehomogenisatorer anvendes med succes, dækker mangfoldige processer i forskellige industrier. De mest fremtrædende anvendelser af ultralydapparater omfatter fremstilling af suspensioner, dispersioner og emulsioner, vådformaling af mikron- og nanopartikler, opløsning af pulvere og tabletter, produktion af ekstrakter fra botaniske stoffer, cellelyse, ekstraktion og efterfølgende klipning af DNA, RNA og kromatin, proteinekstraktion, indkapsling af API'er i liposomer og sonokemiske reaktioner, hvor kraftige ultralydbølger bruges til at initiere og fremskynde rektioner (sono-katalyse, sono-syntese), for at øge masseoverførslen og for at skifte reaktionsveje.
Hielscher Ultrasonics fremstiller højtydende ultralydshomogenisatorer fra Lab til industriel størrelse.