Lösen von Feststoffen in Flüssigkeiten mit Ultraschall

Die Herstellung von Lösungen ist ein wichtiger Arbeitsschritt im Labor wie auch in der industriellen Produktion. Laborproben müssen vor der Analyse normalerweise verflüssigt werden. Das Homogenisieren und Lösen mittels Ultraschall ist ein schnelles und zuverlässiges Verfahren der Probenvorbereitung in jeglichem Maßstab. In der industriellen Fertigung ist die Vorbereitung homogener Lösungen ein entscheidender Faktor, um verlässliche Produkteigenschaften und eine gleichbleibende Qualität zu gewährleisten. Ultraschall-Dissolver sind als kompakte Laborgeräte und als vollkommerzielle, industrielle Dissolver verfügbar.

Ultraschall-Dissolver: Einsatz und Anwendungen

Ultraschallhomogenisatoren gehören zu den weit verbreiteten und zuverlässigen Geräten für die Probenvorbereitung im Labor. Zu den üblichen ultraschall-gestützten Anwendungen gehören Homogenisierung, Emulgierung, Dispersion, Extraktion, Entgasung und sonochemische Behandlungen.
Für Messungen mit analytischen Instrumenten (z. B. HPLC, Atomspektrometer usw.) müssen die meisten Proben verflüssigt werden. Das bedeutet, dass die Probe entweder im homogenen Zustand einer Lösung vorliegen muss oder in eine kolloidale Suspension, Dispersion oder Emulsion überführt werden muss, wenn es sich um ein heterogenes Gemisch handelt. Die leistungsstarke Ultraschallhomogenisierung ist ein äußerst effizientes Verfahren zur Herstellung sowohl homogener als auch heterogener Gemische.
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Für die Herstellung homogener Gemische mittels Ultraschall lesen Sie bitte unten weiter!

Ultraschall-Kavitation intensiviert Löseprozesse

Wenn eine Probe löslich ist, kann das Solut (z.B. Succralose, Salze, z.B. als Pulver oder Tablette) in einem Lösungsmittel (z.B. Wasser, wässrige Lösungsmittel, organische Lösungsmittel etc.) gelöst werden, wodurch eine homogene Mischung entsteht, die nur eine Phase hat. Der Löseprozess kann durch manuelles oder mechanisches Rühren erfolgen, welches zeitaufwändig und ineffizient ist. Damit verbundene Probleme sind Probenverluste durch Manipulation oder fehlende Reproduzierbarkeit durch zufällige Fehler und ungleichmäßiges Durchmischen.
Ultraschall-Dissolver sind eine effektive und schnelle Technik des Lösens. Das ultraschallgesstützte Lösen beruht auf den mechanischen Kavitationseffekten, die durch den Eintrag von Ultraschallwellen in Flüssigkeit verursacht werden. Der Eintrag von Ultraschallenergie vereinfacht und beschleunigt vorbereitende Arbeitsschritte wie das Lösen und Auslaugen vor der Analyse.
Durch das ultraschallgestützte Lösen ist es möglich, Solute in hoher Konzentration zu lösen und effizient und schnell eine konzentrierte oder gesättigte (und übersättigte) Lösungen vorzubereiten.
Wenn Hochleistungs-/ Niedrigfrequenz-Ultraschall in ein flüssiges Medium eingetragen wird, entsteht akustische Kavitation, wodurch einzigartige Bedingungen geschaffen werden. Ultraschall verbessert die Behandlung von Flüssig-Flüssig und Feststoff-Flüssig-Proben bei Verfahren wie der Digestion, Solubilisierung und Extraktion, welche häufig als Vorbereitung vor analytischen Nachweisverfahren und Messungen angewendet werden müssen.

 
Die Löserate gibt die Geschwindigkeit des Solubilisierungsvorgangs an. Die Rate des lösens wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst:

• Material: Lösungsmittel und Solut
• Temperatur Druck
• Sättigungsgrad
• Effizienz und Wirkung der Lösemethode
• Phasen-Kontaktfläche
• Inhibitoren (z.B. Stoffe, die sich auf den Partikeln absetzen und die Phasengrenze blockieren)

 
Um den Solvatisierungsprozess und das Lösen zu beschleunigen, ist ein leistungsfähiger Dissolver notwendig, der ausreichend mechanische Energie erzeugt. Das auf Ultraschallkavitation basierende Lösen und Mischen ist äußerst effizient und macht Ultraschall-Dissolver zu einem bewährten und zuverlässigen Werkzeug für die Probenvorbereitung im Labor.

Mikroskopische Bilder einer Meloxicam-Suspension:
Links: unbehandelte Meloxicam-Suspension; Rechts: Meloxicam-Nanosuspension, produziert mittels ultraschall-gestützter Homogenisierung mit dem UP100H für 45 Minuten bei 100 % Amplitude und Zyklus 1.
(Studie und Bild: ©Iurian et al., 2015)

Ultraschall-Lösen von Laborproben

Das ultraschall-gestützte Löseverfahren wird für die Probenvorbereitung in Laboren vor analytischen Messungen eingesetzt.
In der unten stehenden Liste finden Sie analytische Instrumente, für die (häufig) verflüssigte Proben erforderlich sind:

• HPLC – Hochleistungs-Flüssigkeits-Chromatographie
• FTIR – Fourier-Transformations-Infrarot-Spektroskopie
• GC – Gaschromatographie
• Atomspektroskopie
• ATR – Abgeschwächte Totalreflexions-Spektroskopie
• Laserbeugungs-Partikelgrößenmessung
• dynamische Lichtstreuung

Mit dem Ultraschall-Probenaufbereitungsgerät SonoStep kann die präanalytische Probenaufbereitung komplett inline betrieben werden: Das Ultraschall-Probenaufbereitungssystem verfügt über einen integrierten Rührer und eine Pumpe, so dass die Proben gleichmäßig und kontinuierlich durch ein geschlossenes System laufen. Dadurch wird eine gleichmäßige und zuverlässige Beschallung ohne das Risiko von Kreuzkontaminationen und Probenverfälschungen oder Probenverlusten gewährleistet.
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Ultraschall für das Lösen im industriellen Maßstab

In der industriellen Produktion wird Hochleistungs-Ultraschall in die Fertigungslinie integriert, um Feststoff-Flüssig-Gemische zu homogenisieren und zu lösen, so dass ein gleichmäßiges und stabiles Produkt erzeugt wird.
Beispiele für Löseverfahren in verschiedenen Industriebranchen:

• pharmazeutische Industrie: Lösen von Medikamentkomponenten, z.B. Salze, Polymere
• Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie: Lösen von Inhaltsstoffen, z.B. Zucker, Salz, Sirup, Gewürzzusätze
• Farben & Beschichtungen: Lösen von Polymeren
• Chemie: Herstellung übersättigter Lösungen vor Fällungsreaktionen

Ultraschallhomogenisatoren für Lösungen und Suspensionen in jedem Maßstab

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