Ultralydsopløsning af faste stoffer i væsker

Forberedelsen af løsninger er et vigtigt skridt for laboratorieprøver såvel som for industriel produktion. Generelt skal laboratorieprøver gøres flydende før analyse. Ultralydshomogenisering og opløsning er et hurtigt og pålideligt middel til at forberede prøver i alle størrelser. I industriel produktion er fremstillingen af homogene og velopløste opløsninger ofte en afgørende faktor for at garantere stabile produktegenskaber og en ensartet kvalitet. Ultralydsopløsere fås som kompakte laboratorieenheder og som fuldkommercielle industrielle opløsninger.

Ultralydsopløsere: Brug og applikationer

Ultralyd er et velkendt, pålideligt værktøj til prøveforberedelse i laboratoriet. Sædvanlige anvendelser omfatter homogenisering, emulgering, dispersion, ekstraktion, afgasning og sonokemiske behandlinger.
For målinger med analyseinstrumenter (f.eks. HPLC, atomspektrometer osv.) skal de fleste prøver normalt gøres flydende. Det betyder, at prøven enten skal være i homogen tilstand af en opløsning eller skal overføres til en kolloid, suspension, dispersion eller emulsion, hvis blandingen er af heterogen karakter. Kraftig ultralydbehandling er et meget effektivt værktøj til fremstilling af både homogene og heterogene blandinger.
Hvis du er interesseret i fremstilling af heterogene suspensioner, skal du klikke her for: Ultralyd emulgering og ultralyd dispergering!
Til generering af homogene blandinger ved ultralydsopløsning skal du fortsætte med at læse nedenfor!

Ultralydkavitation til opløsning

Hvis prøven er opløselig, kan det opløste stof (f.eks. sukkralose og 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 på grund af manipulation eller manglende reproducerbarhed ved tilfældige fejl og ujævn blanding.
Ultralydbehandling bruges ofte til at fremme en effektiv og hurtig opløsning af prøver. Den ultralydassisterede opløsning er baseret på den mekaniske omrøring af de kavitationsmæssige virkninger forårsaget af input af ultralydsbølger til væsker. Input af ultralydsenergi letter og fremskynder prøveforbehandlingen, såsom opløsning og udvaskning før analyse.
Ved ultralydassisteret fremstilling af en opløsning bliver det muligt at opløse opløste stoffer i høj koncentration og effektivt og hurtigt skabe en koncentreret eller mættet (og overmættet) opløsning.
Når ultralyd med høj effekt/lavfrekvent ultralyd introduceres i et flydende medium, skaber den resulterende akustiske kavitation unikke forhold. Ultralydbehandling har forbedret væske-væske og fast-væske-prøveforbehandlinger (f.eks. fordøjelse, opløselighed og ekstraktion), som typisk anvendes før analytisk detektion og måling.

 
Opløsningshastigheden kvantificerer hastigheden af opløsningsprocessen. Opløsningshastigheden påvirkes af forskellige faktorer:

• Materiale: opløsningsmiddel og opløst stof
• temperatur + tryk
• grad af (under)mætning
• effektivitet og virkning af opløsning og blanding
• Overfladeareal mellem faser
• tilstedeværelse af inhibitorer (f.eks. stoffer, der aflejres på partiklerne/blokerer på fasegrænsen)

 
For at fremskynde opløsningsprocessen og opløsningshastigheden kræves kraftige homogenisatorer, der giver tilstrækkelig mekanisk påvirkning. Den kavitationelle opløsnings- og blandingskraft af ultralydshomogenisatorer er velkendt og derved et almindeligt og pålideligt værktøj til prøveforberedelse i laboratorier.

Mikroskopiske billeder af meloxicamsuspension:
Til venstre: ubehandlet meloxicamsuspension; Højre: Meloxicam nanosuspension opnået ved ultralydbehandling med UP100H i 45 minutter ved 100 % amplitude og cyklus 1.
(studie og billede: ©Iurian et al., 2015)

Ultralydsopløsning af laboratorieprøver

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

• HPLC – Højtydende væskekromatografi
• FTIR – Fourier Transform infrarød spektroskopi
• GC – Gaskromatografi
• Atomar spektroskopi
• ATR – Dæmpet total refleksion
• Størrelse af laserdiffraktionspartikler
• dynamisk lysspredning

Med ultralydsprøveforberedelsesenheden SonoStep kan foranalyseprøvebehandling betjenes helt inline: Ultralydsprøveforberedelsesenheden har en integreret omrører og pumpe, så prøverne kører stabilt og kontinuerligt gennem et lukket system. Derved garanteres en jævn og pålidelig sonikering uden risiko for krydskontaminering og prøveforfalskning eller prøvetab.
Læs mere om alt-i-en ultralydsprøveforberedelsesenhed SonoStep!

Ultralydsopløsning til industriel produktion

I industrielle produktionslinjer er ultralyd med høj effekt integreret for at opløse og homogenisere fast-væske-blandinger for at danne et jævnt og stabilt produkt.
Nedenfor finder du nogle eksempler på forskellige industrigrene:

• medicinalindustri: opløsning af lægemiddelkomponenter, f.eks. salte, polymerer
• Føde- og drikkevareindustrien: opløsning af ingredienser, f.eks. sukker, salt, sirup, krydderier
• Maling & Belægninger: opløsning af polymerer
• Kemi: fremstilling af en overmættet opløsning inden Udfældningsreaktioner

Ultralydsprocessorer til opløsning af applikationer i enhver skala

Hielscher Ultrasonics tilbyder den ideelle løsning til din opløsnings- og befugtningsapplikation. Uanset om du har brug for at forberede analyseprøver i laboratoriet eller producere store mængder opløsninger eller saltlage i kontinuerlig gennemstrømningstilstand – Hielscher Ultrasonics har den ideelle ultralydsopløser til din proces!
Med ultralydapparater ved enhver effekt og til batch såvel som inline-behandling, vil vi anbefale dig den bedst egnede ultralydsapparat til dine behandlingsmål!
Nedenstående tabel giver dig en indikation af den omtrentlige behandlingskapacitet for vores ultralydapparater: