Opløsning af faste stoffer i væsker med ultralyd

Fremstilling af opløsninger er et vigtigt trin både for laboratorieprøver og i industriel produktion. Generelt skal laboratorieprøver bringes i flydende form før analyse. Homogenisering og opløsning med ultralyd er en hurtig og pålidelig metode til at forberede prøver af alle størrelser. I industriel produktion er fremstilling af homogene og fuldt opløste opløsninger ofte en afgørende faktor for at sikre stabile produktegenskaber og en ensartet kvalitet. Ultralydsopløsere fås som kompakte laboratorieapparater og som industrielle opløsere til fuld kommerciel drift.

Ultralydsopløsere: Brug og anvendelser

Ultralyd er et velkendt, pålideligt værktøj til prøveforberedelse i laboratoriet. Typiske anvendelser omfatter homogenisering, emulgering, dispergering, ekstraktion, afgasning og sonokemiske behandlinger.
Ved målinger med analytiske instrumenter (f.eks. HPLC, atomspektrometer osv.) skal de fleste prøver generelt bringes i flydende form. Det betyder, at prøven enten skal foreligge som en homogen opløsning eller omdannes til et kolloid, en suspension, en dispersion eller en emulsion, hvis blandingen er heterogen. Kraftig sonikering er et meget effektivt værktøj til at fremstille både homogene og heterogene blandinger.
Hvis du er interesseret i fremstilling af heterogene suspensioner, kan du klikke her for: emulgering med ultralyd og dispergering med ultralyd!
Læs videre nedenfor for at få mere at vide om fremstilling af homogene blandinger ved opløsning med ultralyd!

Ultralydskavitation til opløsning

Hvis prøven er opløselig, kan det opløste stof (såsom sucralose eller salte, f.eks. i pulver- eller tabletform) opløses i et opløsningsmiddel (f.eks. vand, vandige opløsningsmidler, organiske opløsningsmidler osv.), hvilket resulterer i en homogen blanding, der kun består af én fase. Opløsningsprocessen kan udføres ved manuel eller mekanisk omrøring, hvilket er tidskrævende og ineffektivt. Relaterede problemer er prøvetab som følge af håndtering eller manglende reproducerbarhed på grund af tilfældige fejl og ujævn blanding.
Sonikering bruges ofte til at fremme en effektiv og hurtig opløsning af prøver. Ultralydsassisteret opløsning er baseret på den mekaniske bevægelse fra de kavitationseffekter, der opstår, når ultralydsbølger tilføres væsker. Tilførsel af ultralydsenergi letter og fremskynder forbehandling af prøver, såsom opløsning og udvaskning, før analyse.
Ved ultralydsassisteret fremstilling af en opløsning bliver det muligt at opløse stoffer i høj koncentration og effektivt og hurtigt fremstille en koncentreret eller mættet (og overmættet) opløsning.
Når ultralyd med høj effekt og lav frekvens tilføres et flydende medium, skaber den resulterende akustiske kavitation unikke betingelser. Sonikering har forbedret forbehandling af væske-væske- og faststof-væske-prøver (f.eks. oplukning, solubilisering og ekstraktion), som typisk udføres før analytisk detektion og måling.

 
Opløsningshastigheden angiver, hvor hurtigt opløsningsprocessen forløber. Opløsningshastigheden påvirkes af forskellige faktorer:

• materiale: opløsningsmiddel og opløst stof
• temperatur + tryk
• grad af (under-)mætning
• effektivitet og virkning af opløsning og blanding
• grænsefladeareal mellem faserne
• tilstedeværelse af inhibitorer (f.eks. stoffer aflejret på partiklerne/ blokering ved fasegrænsen)

 
For at fremskynde solvatiseringsprocessen og øge opløsningshastigheden kræves der kraftige homogenisatorer, som giver tilstrækkelig mekanisk påvirkning. Ultralydshomogenisatorers evne til at opløse og blande ved hjælp af kavitation er velkendt, og de er derfor et almindeligt og pålideligt værktøj til prøveforberedelse i laboratorier.

Mikroskopiske billeder af en meloxicam-suspension:
Til venstre: ubehandlet meloxicam-suspension; til højre: meloxicam-nanosuspension fremstillet ved sonikering med UP100H i 45 minutter ved 100% amplitude og cyklus 1.
(undersøgelse og billede: ©Iurian et al., 2015)

Opløsning af laboratorieprøver med ultralyd

Ultralydsassisteret opløsning til prøveforberedelse anvendes i laboratorier før analytiske målinger.
Liste over analytiske instrumenter, der (ofte) kræver prøver i flydende form:

• HPLC – højtydende væskekromatografi
• FTIR – Fourier-transform infrarød spektroskopi
• GC – gaskromatografi
• Atomspektroskopi
• ATR – dæmpet totalrefleksion
• Bestemmelse af partikelstørrelse ved laserdiffraktion
• Dynamisk lysspredning

Med ultralydsapparatet SonoStep til prøveforberedelse kan prøvebehandling før analyse udføres fuldstændigt inline: Ultralydsapparatet til prøveforberedelse har en integreret omrører og pumpe, så prøverne strømmer jævnt og kontinuerligt gennem et lukket system. Dermed garanteres en ensartet og pålidelig sonikering uden risiko for krydskontaminering og ændring af prøvernes egenskaber eller prøvetab.
Læs mere om alt-i-én-enheden SonoStep til prøveforberedelse med ultralyd!

Opløsning med ultralyd til industriel produktion

I industrielle produktionslinjer integreres ultralyd med høj effekt for at opløse og homogenisere faststof-væske-blandinger, så der dannes et ensartet og stabilt produkt.
Nedenfor finder du nogle eksempler fra forskellige industrigrene:

• Lægemiddelindustrien: opløsning af lægemiddelkomponenter, f.eks. salte og polymerer
• Fødevare- og drikkevareindustrien: opløsning af ingredienser, f.eks. sukker, salt, sirup og smagsgivere
• Maling og belægninger: opløsning af polymerer
• Kemi: fremstilling af en overmættet opløsning før udfældningsreaktioner

Ultralydsprocessorer til opløsning i enhver skala

Hielscher Ultrasonics tilbyder den ideelle løsning til din opløsnings- og befugtningsanvendelse. Uanset om du skal forberede analytiske prøver i laboratoriet eller fremstille store mængder opløsninger eller saltlager i kontinuerlig gennemstrømningsdrift – har Hielscher Ultrasonics den ideelle ultralydsopløser til din proces!
Med ultralydsapparater i alle effektklasser og til både batch- og inlinebehandling kan vi anbefale dig det bedst egnede ultralydsapparat til dine procesmål!
Tabellen nedenfor giver dig en indikation af vores ultralydsapparaters omtrentlige behandlingskapacitet: