Leitfaden zur Temperaturkontrolle bei der Sonikation

Die Temperaturkontrolle bei der Ultraschallbehandlung und bei sonochemischen Reaktionen ist unerlässlich, um die Integrität der Proben zu erhalten, wärmeempfindliche Verbindungen zu schützen, die Reaktionsbedingungen zu optimieren, eine gleichmäßige Beschallung zu gewährleisten und die allgemeine Sicherheit zu erhöhen. Alle digitalen Modelle der Hielscher-Schallgeräte sind mit einem steckbaren Temperatursensor ausgestattet und verfügen über eine hochentwickelte Software zur Überwachung der Prozesstemperatur und zur Programmierung von Temperaturgrenzen. Erfahren Sie, wie die Temperaturkontrolle während der Beschallung zu effizienteren, reproduzierbaren und zuverlässigen Ergebnissen führt!

Hielscher Sonicators mit ausgefeilter Temperaturregelung

Hielscher Ultraschallgeräte sind mit fortschrittlichen Temperaturüberwachungs- und Programmierfunktionen ausgestattet, die für eine präzise Steuerung von Ultraschallprozessen unerlässlich sind. Jedes digitale Ultraschallgerät ist mit einem steckbaren Temperatursensor ausgestattet, der eine kontinuierliche Temperaturüberwachung ermöglicht, indem er direkt in die Flüssigkeit eingeführt wird. Dieser Sensor misst die Massetemperatur in Echtzeit und gewährleistet so genaue und konsistente Daten.
Die ausgeklügelte Software der Hielscher-Ultraschallgeräte ermöglicht es dem Anwender, einen bestimmten Temperaturbereich einzustellen. Überschreitet die Temperatur den vorgegebenen Grenzwert, pausiert das Ultraschallgerät automatisch. Er nimmt den Betrieb erst wieder auf, wenn die Temperatur auf ein sicheres, voreingestelltes Niveau gesunken ist. Diese automatische Regelung verhindert eine Überhitzung und schützt sowohl die Probe als auch das Gerät.

Alle Temperaturmesswerte werden zusammen mit anderen wichtigen Ultraschall-Prozessdaten automatisch auf einer integrierten SD-Karte aufgezeichnet. Diese Funktion erleichtert die einfache Revision und umfassende Prozesskontrolle, so dass die Benutzer die Daten überprüfen und analysieren können, um optimale Ergebnisse zu erzielen.

Für Prozesse, die ein zusätzliches Temperaturmanagement erfordern, bietet Hielscher sonochemische Reaktoren mit Kühlmänteln an. Außerdem können Wärmetauscher und Kühlaggregate integriert werden, um sicherzustellen, dass der Prozess die gewünschte Temperatur beibehält.

Ein programmierbarer Pulsationsmodus ist ein weiteres Merkmal, das die Wärmeableitung während der Beschallung unterstützt. In diesem Modus können die Ultraschallgeräte intermittierend arbeiten, wodurch eine kontinuierliche Wärmeentwicklung verhindert wird.

Alle digitalen Ultraschallgeräte ab 200 Watt verfügen über eine Temperaturkontrolle, um eine Überhitzung der Proben während der Vorbereitung zu verhindern. Der steckbare PT100-Temperatursensor misst kontinuierlich die Temperatur in den Proben und übermittelt diese Information an das Ultraschallgerät. Das System unterbricht dann automatisch, wenn die obere Temperaturgrenze erreicht ist, und fährt erst wieder fort, wenn die Probe auf die untere Grenze des eingestellten Temperaturbereichs abgekühlt ist.

Die Temperaturkontrollfunktionen der Hielscher-Schallgeräte, einschließlich der Verwendung des PT100-Temperatursensors, stellen eine wesentliche Funktion für eine präzise und sichere Ultraschallverarbeitung dar. Diese Funktionen stellen sicher, dass das Gerät innerhalb des optimalen Temperaturbereichs arbeitet, eine Überhitzung verhindert und die Unversehrtheit der Probe während des gesamten Prozesses gewährleistet wird.

Über die Bedeutung der Temperaturkontrolle bei der Ultraschallbearbeitung

Die Temperaturkontrolle ist bei der Ultraschallverarbeitung und bei sonochemischen Reaktionen von entscheidender Bedeutung. Der Bedarf an Temperaturkontrolle ergibt sich in erster Linie aus der Anforderung, die Integrität der Probe zu erhalten, hitzeempfindliche Substanzen zu schützen und die Reaktionseffizienz zu verbessern.

• Integrität der Probe
  Erstens trägt eine präzise Temperaturkontrolle dazu bei, die Integrität der zu verarbeitenden Proben zu erhalten. Ultraschallwellen erzeugen erhebliche Wärmemengen durch Kavitation, bei der mikroskopisch kleine Bläschen in der Flüssigkeit heftig kollabieren und lokal hohe Temperaturen erzeugen. Steigt die Temperatur unkontrolliert an, kann dies zum Abbau oder zur Denaturierung empfindlicher biologischer Proben, wie Proteine, Nukleinsäuren oder anderer organischer Verbindungen, führen. Die Aufrechterhaltung einer stabilen Temperatur gewährleistet, dass diese Proben während des gesamten Prozesses intakt und funktionsfähig bleiben.
• Optimale Prozesstemperatur
  Zweitens sind viele sonochemische Reaktionen stark temperaturabhängig. Die Geschwindigkeit und das Ergebnis dieser Reaktionen können bei Temperaturschwankungen erheblich variieren. Durch die Steuerung der Temperatur können die Reaktionsbedingungen optimiert werden, um eine höhere Effizienz und bessere Ausbeute zu gewährleisten. So können einige Reaktionen niedrigere Temperaturen erfordern, um Nebenreaktionen zu verhindern oder reaktive Zwischenprodukte zu stabilisieren, während andere höhere Temperaturen benötigen, um die gewünschten Reaktionsgeschwindigkeiten zu erreichen. Ein präzises Temperaturmanagement ermöglicht die Feinabstimmung dieser Bedingungen, was zu konsistenteren und besser vorhersehbaren Ergebnissen führt.
• Gleichmäßigkeit bei der Beschallung
  Außerdem kann ein unkontrollierter Temperaturanstieg zu einer ungleichmäßigen Beschallung führen. Mit steigender Temperatur kann sich die Viskosität der Flüssigkeit ändern, was die Ausbreitung der Ultraschallwellen beeinträchtigt. Dies kann zu ungleichmäßiger Kavitation und inkonsistenter Verarbeitung führen, was möglicherweise eine schlechte Reproduzierbarkeit und suboptimale Ergebnisse zur Folge hat. Die Temperaturkontrolle gewährleistet, dass die physikalischen Eigenschaften der Flüssigkeit konstant bleiben, was eine gleichmäßige Verteilung der Ultraschallenergie ermöglicht.
• Temperaturkontrolle für die Sicherheit
  Ein wirksames Temperaturmanagement erhöht die Sicherheit. Unkontrollierte, nicht überwachte hohe Temperaturen können ein Risiko für das Personal und die Laborumgebung darstellen. Die Umsetzung von Temperaturkontrollmaßnahmen gewährleistet, dass die Verarbeitungsumgebung sicher bleibt und dass alle potenziellen Gefahren im Zusammenhang mit Überhitzung gemindert werden.

Verwendung eines Eisbades bei der Ultraschallbehandlung

Für die Beschallung von Bechergläsern und Chargen ist die Verwendung eines einfachen Kaltwasser-/Eiswasser- oder Eisbades ein bewährtes und wirksames Mittel, um einen Temperaturanstieg im beschallten Medium zu verhindern.
Die Vorbereitung eines Eiswasser- oder Eisbads für die Probenkühlung während der Beschallung ist ein unkomplizierter Prozess, der dazu beiträgt, eine konstante und kontrollierte Temperaturumgebung aufrechtzuerhalten, die eine Überhitzung verhindert und optimale Ergebnisse gewährleistet. Hier führen wir Sie durch die Schritte zur Vorbereitung eines Eisbads:

• Füllen Sie den Behälter: Wählen Sie ein Gefäß, das breiter ist als Ihr Beschallungsbecher. Füllen Sie das Gefäß etwa zur Hälfte mit Eis. Zerstoßenes Eis oder Eiswürfel in kaltem Wasser eignen sich am besten, da es einen besseren Kontakt mit dem Probengefäß herstellt und effizienter kühlt. Ziel ist es, eine Mischung aus Eis und Wasser zu erzeugen, die den Probenbehälter vollständig umschließt und eine gleichmäßige Kühlung gewährleistet.
• Tauchen Sie den Probenbehälter ein: Stellen Sie den Probenbehälter in die Mitte des Eiswasserbads. Achten Sie darauf, dass der Pegel des Eiswasserbads mindestens bis zur Hälfte der Seiten des Probenbehälters reicht, um eine effektive Kühlung zu gewährleisten. Wenn die Probe sehr hitzeempfindlich ist, tauchen Sie den Behälter tiefer ein, aber vermeiden Sie, dass das Wasser in das Innere des Probenbehälters gelangt. Achten Sie darauf, dass der Eiswasserstand nicht zu hoch ist, damit kein Eiswasser in die Probe schwappt.
• Temperatur überwachen (optional): Wenn eine genaue Temperaturregelung erforderlich ist, verwenden Sie ein Thermometer, um die Temperatur des Eisbades zu überwachen. Die digitalen Ultraschallgeräte von Hielscher werden mit einem steckbaren Temperatursensor PT100 geliefert. Der PT100-Sensor misst kontinuierlich die Temperatur und sendet die Daten an den Ultraschallprozessor. Sie können eine Temperaturgrenze im Menü des Ultraschallgeräts einstellen. Bei Erreichen der eingestellten Temperaturgrenze pausiert das Ultraschallgerät automatisch, bis die Probentemperatur auf eine eingestellte untere Grenze gesunken ist, und setzt dann den Beschallungsprozess fort.

 
Mit diesem einfachen Verfahren wird ein effektives Eiswasser- oder Eisbad erzeugt, das während der Beschallung eine stabile, kühle Umgebung für Ihre Proben aufrechterhält und so eine optimale Leistung gewährleistet und eine Überhitzung verhindert.

Ultraschall-Durchflusszellen mit Kühlmantel

Für die Inline-Beschallung bietet Hielscher Durchflusszellen in verschiedenen Volumina und Geometrien an, die mit einem Kühlmantel ausgestattet sind.
Ein Kühlmantel einer Ultraschall-Durchflusszelle dient der Temperaturregelung während der Ultraschallbearbeitung. Der Kühlmantel ist eine Kammer, die die Durchflusszelle umgibt und durch die ein Kühlmittel (in der Regel Wasser, z. B. gekühltes Stadtwasser) zirkuliert. Seine Hauptaufgabe besteht darin, die bei der Beschallung entstehende Wärme abzuführen, die Probe auf einer gewünschten Temperatur zu halten und eine Überhitzung zu verhindern. Dies ist von entscheidender Bedeutung, um die Integrität hitzeempfindlicher Verbindungen zu bewahren und konsistente und zuverlässige Ergebnisse zu gewährleisten.
Im Gegensatz zur Kühlung kann der Mantel auch zum Beheizen der Durchflusszelle verwendet werden. Indem heißes Wasser anstelle eines Kühlmittels zirkuliert, kann die Temperatur der Durchflusszelle erhöht werden. Dies ist vorteilhaft für Prozesse, die höhere Temperaturen erfordern, wie z. B. die Thermosonographie. Bei der Thermo-Sonication werden die Wirkungen von Wärme und Ultraschallwellen kombiniert, um die Verarbeitungseffizienz zu erhöhen. Bei der Pasteurisierung von Lebensmitteln zum Beispiel kann die Thermosonication die mikrobielle Belastung wirksam reduzieren und gleichzeitig die Qualität und den Nährwert der Lebensmittel erhalten. Lesen Sie mehr über Thermo-Sonication!
Diese Doppelfunktionalität des Kühlmantels - er kann sowohl kühlen als auch heizen - macht ihn zu einem vielseitigen Werkzeug für verschiedene Anwendungen in der Ultraschallbearbeitung.

Ultraschall-Homogenisator UIP1000hdT mit einer Durchflusszelle, die mit einem Kühlmantel ausgestattet ist, um die Prozesstemperatur während der Beschallung zu kontrollieren.

Design, Herstellung und Beratung – Qualität Made in Germany

Hielscher Ultraschallgeräte sind bekannt für höchste Qualität und Designstandards. Robustheit und einfache Bedienung ermöglichen die problemlose Integration unserer Ultraschallgeräte in industrielle Anlagen. Raue Bedingungen und anspruchsvolle Umgebungen sind für Hielscher Ultraschallgeräte kein Problem.

Hielscher Ultrasonics ist ein ISO-zertifiziertes Unternehmen und legt großen Wert darauf, Hochleistungs-Ultraschallgeräte zu entwickeln und zu produzieren, die sich durch modernste Technik und Benutzerfreundlichkeit auszeichnen. Selbstverständlich sind Hielscher Sonicators CE-konform und erfüllen die Anforderungen von UL, CSA und RoHs.

In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallhomogenisatoren:

Ultraschall-Homogenisator UIP1500hdT mit einer Durchflusszelle, die mit einem Kühlmantel ausgestattet ist, um die Prozesstemperatur während der Beschallung zu kontrollieren.

Literatur? Literaturhinweise