Disolución ultrasónica de sólidos en líquidos

La preparación de soluciones es una etapa importante tanto para las muestras de laboratorio como para la producción industrial. En general, las muestras de laboratorio deben llevarse a un estado líquido antes del análisis. La homogeneización y la disolución ultrasónicas son métodos rápidos y fiables para preparar muestras de cualquier tamaño. En la producción industrial, la preparación de soluciones homogéneas, con los componentes bien disueltos, suele ser un factor crucial para garantizar características constantes del producto y una calidad uniforme. Los equipos de disolución ultrasónica están disponibles tanto como dispositivos compactos de laboratorio como equipos industriales para la producción a escala comercial.

Equipos de disolución ultrasónica: uso y aplicaciones

Los ultrasonidos son una herramienta conocida y fiable para la preparación de muestras en el laboratorio. Sus aplicaciones habituales incluyen la homogeneización, la emulsificación, la dispersión, la extracción, la desgasificación y los tratamientos sonoquímicos.
Para realizar mediciones con instrumentos analíticos (p. ej., HPLC, espectrómetros atómicos, etc.), generalmente es necesario llevar la mayoría de las muestras a un estado líquido. Esto significa que la muestra debe encontrarse en el estado homogéneo de una solución o convertirse en un coloide, una suspensión, una dispersión o una emulsión si la mezcla es heterogénea. La sonicación de alta potencia es una herramienta muy eficaz para preparar mezclas tanto homogéneas como heterogéneas.
Si le interesa la preparación de suspensiones heterogéneas, haga clic aquí para consultar: emulsificación ultrasónica y dispersión ultrasónica.
Para obtener mezclas homogéneas mediante disolución ultrasónica, siga leyendo.

Cavitación ultrasónica para la disolución

Si la muestra es soluble, el soluto (como succralose o las sales, p. ej., en forma de polvo o comprimidos) puede disolverse en un disolvente (p. ej., agua, disolventes acuosos, disolventes orgánicos, etc.), dando lugar a una mezcla homogénea compuesta por una sola fase. El proceso de disolución puede realizarse mediante agitación manual o mecánica, lo que requiere mucho tiempo y resulta ineficiente. Entre los problemas asociados figuran las pérdidas de muestra debidas a la manipulación o la falta de reproducibilidad causada por errores aleatorios y una mezcla desigual.
La sonicación se utiliza a menudo para favorecer una disolución eficaz y rápida de las muestras. La disolución asistida por ultrasonidos se basa en la agitación mecánica producida por los efectos de cavitación que se generan al introducir ondas ultrasónicas en los líquidos. El aporte de energía ultrasónica facilita y acelera el pretratamiento de las muestras, como la disolución y la lixiviación, antes del análisis.
La preparación de una solución asistida por ultrasonidos permite disolver solutos en altas concentraciones y obtener de forma eficaz y rápida una solución concentrada o saturada (y sobresaturada).
Cuando se introducen ultrasonidos de alta potencia y baja frecuencia en un medio líquido, la cavitación acústica resultante crea condiciones únicas. La sonicación ha mejorado los pretratamientos de muestras líquido-líquido y sólido-líquido (p. ej., digestión, solubilización y extracción), que suelen aplicarse antes de la detección y la medición analíticas.

 
La velocidad de disolución cuantifica la rapidez del proceso de disolución. En ella influyen diversos factores:

• material: disolvente y soluto
• temperatura + presión
• grado de saturación o subsaturación
• eficacia y efecto de la disolución y el mezclado
• área de la superficie interfacial
• presencia de inhibidores (p. ej., sustancias depositadas sobre las partículas/que bloquean la interfase)

 
Para acelerar el proceso de solvatación y aumentar la velocidad de disolución, se requieren homogeneizadores potentes que proporcionen una acción mecánica suficiente. La capacidad de los homogeneizadores ultrasónicos para disolver y mezclar mediante cavitación es bien conocida, por lo que son una herramienta habitual y fiable para la preparación de muestras en los laboratorios.

Imágenes microscópicas de una suspensión de meloxicam:
Izquierda: suspensión de meloxicam sin tratar; derecha: nanosuspensión de meloxicam obtenida mediante sonicación con el UP100H durante 45 minutos a una amplitud del 100% y un ciclo de 1.
(estudio e imagen: ©Iurian et al., 2015)

Disolución ultrasónica de muestras de laboratorio

La disolución asistida por ultrasonidos se utiliza en los laboratorios para preparar muestras antes de las mediciones analíticas.
Lista de instrumentos y técnicas analíticas que requieren (a menudo) muestras en estado líquido:

• HPLC – Cromatografía líquida de alta resolución
• FTIR – Espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier
• GC – Cromatografía de gases
• Espectroscopia atómica
• ATR – Reflexión total atenuada
• Medición del tamaño de partículas por difracción láser
• Dispersión dinámica de luz

Con el dispositivo ultrasónico de preparación de muestras SonoStep, el tratamiento de las muestras previo al análisis puede realizarse íntegramente en línea: el dispositivo incorpora un agitador y una bomba, de modo que las muestras circulan de forma constante y continua por un sistema cerrado. Así se garantiza una sonicación uniforme y fiable sin riesgo de contaminación cruzada, alteración de las muestras ni pérdida de muestra.
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Disolución ultrasónica para la producción industrial

En las líneas de producción industrial se integran ultrasonidos de alta potencia para disolver y homogeneizar mezclas sólido-líquido y obtener un producto uniforme y estable.
A continuación se presentan algunos ejemplos de distintos sectores industriales:

• Industria farmacéutica: disolución de componentes de medicamentos, p. ej., sales y polímeros
• Industria alimentaria y de bebidas: disolución de ingredientes, p. ej., azúcar, sal, jarabe y condimentos
• Pinturas & recubrimientos: disolución de polímeros
• Química: preparación de una solución sobresaturada antes de las reacciones de precipitación

Procesadores ultrasónicos para aplicaciones de disolución a cualquier escala

Hielscher Ultrasonics ofrece la solución ideal para su aplicación de disolución y humectación. Tanto si necesita preparar muestras para análisis en el laboratorio como producir grandes volúmenes de soluciones o salmueras en flujo continuo, Hielscher Ultrasonics dispone del equipo de disolución ultrasónica ideal para su proceso.
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