Ultrasonikaatorid ja sondid vedeliku töötlemiseks

Hielscheri ultrasonikaatoreid kasutatakse laboriproovide, pilootskaala töötlemise või täieliku tootmise jaoks. See hõlmab ultraheli protsessoreid ja sonde mis tahes vedeliku mahu ultraheliuuringuks, alates mitmest mikroliitrist kuni sadade kuupmeetriteni tunnis. Hielscher Ultrasonics varustab suure jõudlusega sonikaatoreid ja nendega seotud suure intensiivsusega ultraheliseadmeid teadusuuringuteks ja tööstuseks.

Nõue töödelda vedelikke ultraheli kavitatsiooniga on paljudes suurustes: koeproovid väikestes viaalides, konserveeritud värviproovid, reaktoripartiid või pidev materjalivool. Hielscher pakub ultraheli seadmeid mis tahes vedeliku mahu jaoks. Näiteks UP100H on kompaktne pihuarvuti sondi tüüpi songaator kuni 500 ml jaoks. 400 vatti võimsad ultrasonikaatorid UP400St on tugev laboratoorne homogenisaator kuni 2000 ml jaoks. Ja tööstusliku kvaliteediga UIP1000hdT, pakume võimsat ultraheli sondi tüüpi segistit rakenduste arendamiseks ja väikesemahuliseks tootmiseks. Suuremate tootmiseesmärkide jaoks pakub Hielscher 4000 vatti, 6000 vatti, 10kW ja 16kW sonikaatorit. Allolevas tabelis on loetletud kõik standardsed laboratoorsed ja tööstuslikud ultraheli seadmed.

Laboratoorsed ultraheli homogenisaatorid

tööstuslikud ultrasonikaatorid

Ultraheli protsessid ja rakendused

Ultraheli segamine

Kuigi paagi segistid võivad segada kergesti segunevaid sarnase viskoossusega vedelikke, võivad erineva viskoossusega või viskoossemate vedelikega vedelikud vajada kiireks ja täielikuks segamiseks suurt mehaanilist nihet. Meie ultraheli seadmed saavad hõlpsasti segada kahte või enamat vedelikku in-line. Selleks ühendatakse vedelikud vahetult enne ultraheli voolu raku reaktoreid. Loe segamisest lähemalt!

ultraheli homogeniseerimine

Hielscheri ultraheli homogenisaatorid on väga tõhusad väikese ja ühtlase globuli või osakeste suuruse saavutamiseks pulbri / vedeliku või vedelate / vedelate preparaatide töötlemisel. Ultraheli tekitatud kõrge hüdrauliline nihkejõud purustavad aglomeraadid, tilgad ja rakukoe väiksemateks fragmentideks ja toodavad ühtlase peene suurusega toote. Meie homogenisaatorite valik hõlmab mis tahes töötlemismahtu alates laboriviaalidest kuni hulgitootmise suuruseni. Loe homogeniseerimisest lähemalt!

Ultraheli deagglomeratsioon

Hielscheri ultraheli homogenisaatorid purustavad pulbri aglomeraate vedelikes, mida tavalised segistid ja kõrge nihkega segistid ei saa murda. Kõrge kavitatsiooniline nihe hajutab ja homogeniseerib aglomeeritud osakesi, mille tulemuseks on suurem eripind. Hielscheri ultraheli homogenisaatoreid saab hõlpsasti integreerida in-line või partii. Loe lähemalt deagglomereerimisest!

ultraheli hajutamine

Peaaegu iga toote puhul on oluline, et osakesed eraldataks teistest osakestest, et suurendada osakeste pindala ja saavutada ühtlane jaotus. Isegi dispersioone saab ultraheliga kergesti saavutada. Hielscheri ultrasonikaatoreid kasutatakse laialdaselt peene suurusega dispersioonide tootmiseks mikroni- ja nano-vahemikus. Loe hajutamisest lähemalt!

Ultraheli emulgeerimine

Segunematute vedelike segamisel emulsiooniks on emulsiooni stabiilsuse võtmeteguriks tilkade suurus ja jaotus. Ultraheli võib luua väga peene suurusega tilgad ja kitsad suurused. Enamikul juhtudel võivad meie ultraheli segistid emulsioonide valmistamisel partiina või in-line saavutada submikroni tilka. Erinevalt kõrgsurve homogenisaatoritest emulgeerib meie ultraheli seadmete toodetud kõrge nihe isegi kõrge viskoossusega vedelikke, nagu rasked kütteõlid (HFO). Mõned preparaadid võivad vajada emulgaatorite või stabilisaatorite lisamist. Sel juhul aitavad ultrasonikaatorid emulgaatorit ühtlaselt segada. Loe emulgeerimise kohta lähemalt!

ultraheli lahustamine

Ultraheli homogenisaatorid on tõhus ja usaldusväärne vahend erinevate materjalide, näiteks soola, suhkrute, siirupite, vaigude ja polümeeride lahustamiseks. Ultraheli kavitatsiooni poolt loodud kiired vedelikujoad suurendavad massiülekannet piirikihtides. Selle tulemuseks on osakeste või kõrge viskoossusega vedelike kiirem ja täielikum lahustumine ja leostumine. Loe lähemalt ultraheli lahustamise kohta!

Ultraheli osakeste suuruse vähendamine

Hielscheri ultraheli protsessorid võivad murda aglomeraate, aglomeraate ja erinevate materjalide primaarseid osakesi, nagu pigmendid, metalloksiidid või kristallid. Ultraheli võib saavutada väga ühtlaseid ja kitsaid osakeste suuruse jaotusi, millel on partiide vahel vähe või üldse mitte erinevusi. Ultraheli freesimine on kõige tõhusam vahemikus alla 500 mikroni kuni sub-mikroni ja nano-suuruse vahemikus. Meie ultraheli reaktorid saavad hakkama suurte tahkete ainete koormuste ja kõrge läga viskoossusega. Lõplik osakeste suurus sõltub toote kõvadusest. Loe lähemalt osakeste suuruse vähendamise kohta!

Rohkem ultraheli protsesse

Ultraheli osakeste pinna puhastamine

Pulbriosakeste pind on ümbritseva vedelikuga suhtlemise võtmetegur. See on sellistes tahke/vedela faasi piirides, kus toimub lahustumine, keemilised reaktsioonid või katalüütiline aktiivsus. Ultraheli homogeniseerimine suurendab osakeste pinna kokkupuudet vedela faasiga ühtlase deagglomeratsiooni ja osakeste suuruse vähendamisega. Katalüütiliste ja keemiliste reaktsioonide ajal võib osakeste pinda blokeerida jääkide sadestumise, piirkihi moodustumise, oksiidikihtide ja saastumise teel. Ultraheli kavitatsioon põhjustab kiireid vedelikujoad, kõrge hüdrauliline nihe ja osakestevahelised kokkupõrked, mille tulemuseks on osakeste pinna puhastamine. Hielscheri ultraheli seadmeid saab kasutada partiis või in-line, et eemaldada saastumine vedelike osakestest.

ultraheli agitatsioon

Mahutite ultraheli segamine ja segamine nõuab usaldusväärseid seadmeid, eriti viskoossuse ja mahu suurendamiseks. Tavapäraseid paagi segistid, nagu mõlasegistid või rootor-staatori segistid, piiravad erinevad tegurid, sealhulgas viskoossus ja mastaapsus. Seetõttu on paakide suure võimsusega ultraheli segamine teie segamisprotsessi jaoks õige valik tänu suuremale läbilöögile, aja kokkuhoiule, madalamatele tegevuskuludele, ohutule tööle (liikuvad osad puuduvad) ja lihtsale hooldusele. Loe lähemalt ultraheli paakide segistite kohta!

Ultraheli niisutamine

Kuivade pulbrite, näiteks pigmentide, paksendajate või igemete segamisel vedelikega kipuvad pulbriosakesed moodustama aglomeraate, tükke või nn “Kala-silmad” (osaliselt hüdreeritud pulber kuiva pulbri südamikuga). Segistid ja segajad pesevad ainult selliste aglomeraatide pinda. Selle tulemuseks on pikad segamisajad ja halb tootekvaliteet. Ultraheli segamine katkestab aglomeraadid ja tükid, mis viib aglomeraadivaba lahuseni. Lisaks on hästi teada, et sonokeemilised mõjud aktiveerivad osakeste pindala, mis toob kaasa eeliseid, nagu kiiremad reaktsioonid ja toote parem kvaliteet.

Ultraheli proovi ettevalmistamine

Analüütiliste vahenditega (nt HPLC, aatomispektromeeter jne) mõõtmiseks tuleb tavaliselt enamik proove vedeldada. Kui proov on lahustuv, võib lahustunud aine (nt sukraloos, soolad, nt pulbri või tableti kujul) lahustada lahustis (nt vees, vesilahustites, orgaanilistes lahustites jne), mille tulemuseks on homogeenne segu, mis koosneb ainult ühest faasist. Lahustamisprotsessi võib läbi viia käsitsi või mehaaniliselt segades, mis on aeganõudev ja ebaefektiivne. Seotud probleemid on proovide kaod, mis on tingitud manipuleerimisest või reprodutseeritavuse puudumisest juhuslike vigade ja ebaühtlase segamise tõttu.

Ultraheli keemiliseks aktiveerimiseks

Keemilise reaktsiooni algatamiseks on vaja energiat. Niinimetatud aktiveerimisenergia on energia hulk, mis on vajalik reaktsiooni algatamiseks ja spontaanselt jätkamiseks. Ultraheli energia sisestamisega saab alustada kemikaalide reaktsiooni, kui ületatakse atraktiivsed jõud ja luuakse vabad radikaalid. Tüüpilised ultrahelile kasulikud keemilised reaktsioonid on sonokatalüüs (nt. faasiülekande katalüüs), sünteetilised orgaanilised reaktsioonid, sonolüüs ja sol-geel-Liinidel. Lisaks loovad ultraheli jõud väga reaktiivseid pindu, mis on oluline meetod katalüsaatori aktiivsuse suurendamiseks.

Ultraheli nihke-hõrenemine

Viskoossuse vähenemise nähtust suurenevate nihkejõudude korral nimetatakse nihke hõrenemiseks või tiksotroopseks. Viskoossuse vähenemine on oluline, kui söötme osakeste koormust tuleks muuta. Suurema tahke koormuse saavutamiseks tuleb esimeses etapis viskoossust vähendada. Pärast viskoossuse vähendamist võib söötmesse lisada ja dispergeerida tahkeid aineid. Ultraheli kavitatsiooni tekitatud kõrge nihkejõud põhjustavad nihke-hõrenemist ja silmapaistvaid hajutamistulemusi. See rakendus integreeritakse peamiselt enne pihustuskuivatamist või pihustuskülmutamist, et suurendada pihustusprotsessi mahtu või mõjutada tiksotroopse materjali, nt polümeeride reoloogiat.

Ultraheli märgfreesimine

Freesimine ja osakeste suuruse vähendamine on paljudes tööstusharudes, näiteks värvi puhul, võtmeprotsessid & katted, tindiprinteri tint & trükkimine, kemikaalid või kosmeetika. Ultraheli freesimistehnoloogia on tõestatud selle usaldusväärse suuruse vähendamise ja hajutamise kohta mikroni- ja nano-suuruse vahemikus. Selle ületamatu tugevus helmeste, kuulide ja kiviveskite ees seisneb selles, et välditakse mis tahes freesimisvahendeid (nt helmed / pärlid), mis saastavad lõpptoodet hõõrdumise tõttu. Vastupidi, ultraheli freesimine põhineb konkreetsel kokkupõrkel – see tähendab, et freesitavaid osakesi kasutatakse terana. Seetõttu ei ole freespinkide aeganõudev puhastamine enam probleem. Töödelda saab kõrge viskoossusega ja suure mahuga vooge, mille tulemuseks on kvaliteetne toode. Tööstusliku protsessi liinile integreerimiseks pakub Hielscher sobivat lahendust: klasterdatavad süsteemid, lihtne integreerimine / moderniseerimine, madal hooldus, lihtne töö ja kõrge töökindlus. Loe lähemalt märgjahvatusest ja peenjahvatusest!

Ultraheli ekstraheerimine ja rakkude lüüs

Rakkude lagunemine või lüüs on biotehnoloogia laborites igapäevase proovi ettevalmistamise tavaline osa. Eesmärk lüüs on katkestada rakuseina või kogu raku osad bioloogiliste molekulide vabastamiseks. Nn lüsaat võib koosneda nt plasmiidist, retseptoritest, valkudest, DNA-st, RNA-st jne. Järgmised etapid pärast lüüsi on fraktsioneerimine, organelli eraldamine või/ja valgu ekstraheerimine ja puhastamine. Ekstraheeritud materjal (= lüsaat) tuleb eraldada ja seda tuleb täiendavalt uurida või kasutada, nt proteoomilisteks uuringuteks. Ultraheli homogenisaatorid on tavaline vahend rakkude edukaks lüüsiks ja ekstraheerimiseks. Kuna ultraheli intensiivsust saab protsessi parameetrite reguleerimisega tasandada, on optimaalne ultrahelitöötluse intensiivsus – varieerudes väga pehmest kuni väga intensiivseni – saab määrata iga aine ja söötme jaoks. Loe lähemalt ekstraheerimise ja rakkude lüüsi kohta!

Ultraheli mikroobide inaktiveerimine

Mikroobide inaktiveerimine on toiduainete töötlemise võtmeprotsess. Kasvava nõudluse tõttu värske, maheda töödeldud toidu järele järgib tööstus klientide nõudlust, asendades termilise säilitamise leebemate töötlemismeetoditega. Ultraheli on mittetermiline tehnika, mis võimaldab mikroorganismide inaktiveerimist subletaalsetel temperatuuridel, mille tulemuseks on toote sensoorsete omaduste, toitumis- ja funktsionaalsete omaduste parem säilimine. Kuna mikroorganismid on toidu riknemise peamine põhjus, peab säilitustehnika olema suunatud neile. Ultrahelitöötluse eeliseks on täielik kontroll ultrahelitöötluse intensiivsuse üle ja seega kohanemisvõime teatud tüüpi mikroobide ja tootega. Loe lähemalt mikroobide inaktiveerimise kohta!

ultraheli degaseerimine

Paljudes vedelates toodetes põhjustab lahustunud gaas, nagu õhk, hapnik või süsinikdioksiid, probleeme allavoolu protsessides või toote kvaliteedis. Lahustunud gaas võib põhjustada korrosiooni, vahutamist, mikromullide teket või mikroobide kasvu.
Ultraheli kiiritamisel ekstraheeritakse lahustunud gaas kavitatsioonimullide vaakumisse (vaakum degaseerimine). Seejärel ujuvad gaasiga täidetud mullid ülaosale ja neid saab seega eemaldada. Vedeliku gaasisisaldust saab ultraheli degaseerimise abil atmosfäärirõhul kiiresti vähendada looduslikust tasakaalust allapoole. Loe degaseerimise kohta lähemalt!

Mikromullide ultraheli eemaldamine

Hõljuvad mikromullid vedelikes ja lägades on paljude toodete jaoks oluline kvaliteediprobleem, kuna sellised mullid võivad põhjustada toote lisandeid, mikroobide kasvu, katete hägusust, mehaanilist ebastabiilsust või gaasi sisaldava tindiprinteri tindiga ebaühtlast printimistulemust. Ultraheli lained, mis levivad läbi vedeliku jõu suspendeeritud mullid, et ühineda suuremateks mullideks, mis ujuvad üles ja mida saab seeläbi eemaldada. Ultraheli aitab mullidel liikuda läbi vedeliku, nt vee, õli või vaigu, mis viib kiirema ja täielikuma õhutamiseni. Loe lähemalt mikromullide eemaldamisest!

Ultraheli vahutamine

Paljudes tööstusprotsessides, nagu kääritamine, seedimine või keemilised protsessid, põhjustab vaht suuri probleeme, kuna see muudab protsessi vähem kontrollitavaks. Enamasti on vaht soovimatu kõrvalsaadus, mis tuleb eemaldada. Tavaliselt kasutatavad vahutamisvastased kemikaalid on kallid ja saastavad lõpptoodet. Seevastu väga intensiivsed ultraheli lained (sono-defoaming) purustavad vahu ilma saastumiseta. Vahu hävitamine on pehme, madala energiatarbega ultrahelirakendus. Spetsiaalselt projekteeritud plaadi sonotroodid tekitavad suure amplituudiga õhus sündinud laineid, mis destabiliseerivad vahus olevaid mulle, nii et need varisevad kokku. Seda on võimalik saavutada mõne sekundiga ja sellel ei ole jääkmõjusid. Loe vahutamise kohta lähemalt!

Ultraheli küte

Kuigi kuumutamine ei ole enamasti ultrahelitöötluse peamine eesmärk, ei tohiks tähelepanuta jätta soojuse tootmise kõrvaltoimet töödeldud keskkonnas. Kontrollitud küte on kasulik, kuna kuumus parandab paljusid protsesse. Paljude protsesside ajal, nt säilitamine või keemilised reaktsioonid, toetab ultraheli töötlemist sihipäraselt kõrgendatud temperatuur, mida nimetatakse termo-ultrahelitöötluseks. Soojustundlike materjalide puhul tagab ultrahelitöötluse ajal suunatud jahutamine ultrahelitöötluse ajal stabiilse temperatuuri. Rakendades seadistuses jäävanne, jahutussärkidega voolurakke ja integreeritud soojusvaheteid, pakub Hielscher lahendust teie individuaalsetele sihtmärkidele.

ultraheli stabiliseerimine

Suure võimsusega ultraheli aitab kaasa nii mehaanilisele kui ka mikroobide stabiliseerimisele. Ultraheli genereeritud kõrge nihkejõud tagavad äärmiselt peene segamise, nii et osakestevahelised sidemed ületatakse ja mehaaniline stabiliseerimine saavutatakse. Stabiilsuse vastupidavus sõltub preparaadist: mõned emulsioonid ja dispersioonid on väga peene ja ühtlase homogeniseerimise tõttu isestabiilsed, samas kui teisi segusid tuleb toetada stabiliseerivate ainete lisamisega. Kui on vaja stabilisaatoreid, on ultraheli väga usaldusväärne vahend stabilisaatori segamiseks segusse.
Bioloogiliste ja toiduga seotud toodete puhul on ultraheli usaldusväärne mikroobide inaktiveerimise tehnika, et saavutada toote stabiilsus ja säilimine. Ultraheli mikroobide stabiliseerimine on mittetermiline säilitamise alternatiiv, mis veenab tõhusa mikroobide deaktiveerimise ja ainult kerge soojuse tekitamisega. On tõestatud, et ultraheli on väga efektiivne toidu kaudu levivate patogeenide, nagu E.coli, Salmonellae, Ascaris, Giargia, Cryptosporidium tsüstid ja polioviirus, hävitamisel.

Ultraheli osakeste pinna funktsionaliseerimine

Osakeste pinna struktuur on osakeste omaduste jaoks oluline. Osakese spetsiifiline pindala muutub suuremaks korrelatsioonis osakeste suuruse vähenemisega. Seega, osakeste suuruse vähenemise tõttu muutuvad pinnaomadused üha silmatorkavamaks - eriti nanoniseerimise ajal. Selliste materjalide kasutamiseks on pinna omadused sama olulised kui osakeste südamiku omadused. See tähendab, et nanomaterjalide funktsionaliseerimine võimaldab mitmesuguseid rakendusi, nagu polümeerid, nanovedelikud, biokomposiidid, nanoravimid ja elektroonika. See muudab suuruse vähendamise, deagglomeratsiooni ja funktsionaliseerimise oluliseks sammuks osakeste töötlemisel. Hielscheri ultrasonikaatoreid kasutatakse laialdaselt mikroni- ja nanoosakeste raviks, et jahvatada, deagglomereerida, hajutada ja muuta nende struktuuri. Osakeste pinna muutmisega saab vältida osakeste soovimatut agregatsiooni. Järgnevates etappides võib ultraheli modifitseeritud osakesi segada komposiitideks, kus ultrahelitöötlus saavutab homogeense jaotuse maatriksis. See on väga oluline mitmesuguste tööstuslike rakenduste puhul, mis puudutavad hübriidmaterjalide pikaajalist stabiilsust või mehaanilisi omadusi.

Ultraheli erosiooni testimine

Kavitatsiooni erosioonikindlus on materjali vastupidavuse ja eluea oluline aspekt. Materjali funktsionaalsuse tagamiseks tuleb kvaliteedi tagamiseks testida erosioonikalduvust ja materjali väsimust. Erosioonikindlus on väga oluline materjalide puhul, mida kasutatakse nõudlikes keskkondades, nagu laeva sõukruvid, (mere)katted, pumbad, mootori komponendid, hüdraulilised turbiinid, hüdraulilised dünamomeetrid, ventiilid, laagrid, diiselmootori silindrite vooderdised, tiiburlaevad ja sisemised voolukanalid takistustega jne. Kavitatsiooni erosiooni testimiseks vastavalt ASTM standardile G32-92 on kontrollitav ja reprodutseeritav ultraheliuuring vältimatu. Hielscheri ultraheli seadmeid saab kasutada proovide otseseks ja kaudseks erosioonitestimiseks. Sama ultraheli seadmeid saab kasutada nii otseste kui ka kaudsete testide jaoks. Otsese katsetamise ajal paigaldatakse proov sonotrode külge, samal ajal kui kaudse erosiooni katsetamiseks kinnitatakse proov keeduklaasi. Erosioonikatseid saab läbi viia täielikult kontrollitud keskkonnatingimustes ja peaaegu igas vedelikus. Ultraheli intensiivsuse reguleerimisega saab erosioonivõimsust kohandada vastavalt katsenõuetele. Loe lähemalt erosioonikatsetest!

Ultraheli traadi ja kaabli puhastamine

Lõputud materjalid, nagu juhtmed, kaablid, lindid, vardad ja torud, tuleb määrdeainete jääkidest puhastada, enne kui neid saab edasi töödelda allavoolu, näiteks galvaniseerimine, ekstrusioon või keevitamine. Lõputute materjalide puhastamine on sageli tootmisliini kitsaskoht. Hielscher Ultrasonics pakub ainulaadset ultraheli puhastusprotsessi tõhusaks inline puhastamiseks, mis suudab toime tulla isegi suure läbilaskevõimega. Ultraheli võimsuse tekitatud kavitatsiooni mõju eemaldab määrimisjäägid nagu õli või rasv, seebid, stearaadid või tolm. Lisaks hajutatakse saasteosakesed puhastusvedelikku. Sellega välditakse uut nakkumist puhastatava materjaliga ja osakesed loputatakse ära. Ultraheli puhastamise eelised lühidalt: tõestatud & usaldusväärne, tõhus, keskkonnasõbralik, vähem või üldse mitte keemilisi puhastusvahendeid, plug-and-play, modulaarsed süsteemid, lihtne töö, madal hooldus, 24/7 töö, väike jalajälg, moderniseeritav, kohandatav. Loe lähemalt pidevast ahela puhastamisest!

Ultraheli sõelumine ja filtreerimine

Osakeste eraldamine suuruse erinevuse järgi nõuab ekraani või võrgusilma segamist. Ultraheli agitatsioon sõelumiseks ja sõelumiseks on tõestatud vahend, mis suurendab sõelumisvõimet ja säästab aega, kuna pulbrid võimaldavad sõela kiiremini ja täielikumalt läbida. Tulemuseks on parem lõpptoote kvaliteet ja väiksem materjalikadu mittetäieliku eraldamise tõttu – ja seda kõike lühema töötlemisaja jooksul. Loe sõelumisest ja sõeluuringust lähemalt!

Ultraheli veetöötlus

Bakterite ja vetikate kasvu kontrollimine vees on paljude tööstusharude jaoks väga oluline tootmisahela eelneva või järgneva etapi protsess. Võimsad ultrahelilained on tuntud oma mõju kohta rakustruktuuridele, mis põhjustavad rakkude lüüsi ja rakusurma, samuti nende puhastamisvõime mehaanilise mõju tõttu.
Lisaks saab mahuteid, tünnid, anumad ja isegi filtrid edukalt puhastada biokiledest, jääkidest ja prahist väga lihtsas, kuid tõhusas ultrahelitöötluse etapis. Ultraheli genereeritud mehaanilised vibratsioonid ja kavitatsioonilised nihkejõud eemaldavad saastumise. Üldiselt ei ole puhastusvahendid vajalikud ja eemaldatud jäägid saab kergesti ära loputada.

Valdkonnaspetsiifilised lahendused

Ultraheli nano-materjalide jaoks

Nanomaterjalid äratasid peaaegu iga haru teadlaste, teadlaste ja inseneride tähelepanu, kuna nanosuuruses osakestel on ainulaadsed omadused. Nende füüsikalised omadused, nagu optilised ja magnetilised omadused, spetsiifilised kuumused, sulamispunktid ja pinna reaktsioonivõime, pakuvad erakordse tugevusega materjalile suuri potentsiaale. Kuid mida väiksemad on osakesed, seda raskem on nende ravi. Suure võimsusega ultraheli on sageli ainus meetod nanoosakeste tõhusaks mõjutamiseks. Võimsuse ultraheli mõju võimaldab materjalikeemias mitmesuguseid rakendusi & areng, katalüüs, elektroonika, energia ja bioloogia & meditsiin.
Enamasti on suure võimsusega ultrasonikaatorid ainus tõhus vahend nanoosakeste soovitud freesimis- ja hajutamistulemuste saavutamiseks (nt nanotorud, grafeen, nanodiamondid, keraamika, metallioksiidid jne). Teise võimalusena on ultraheli abil sadestamine või nn alt-üles süntees tõhus viis unikaalsete omadustega puhaste nanokristallide loomiseks. Eriti äratavad erilist huvi metallilised nanoosakesed, sulamid ja metallorgaanilised komposiidid, kuna metallid on tööstussektoris väga olulised. Ka siin pakub ultrahelitöötlus ainulaadseid tulemusi, nagu alumiiniumi- ja titaanosakeste tina katmine.

Ultraheli alt-üles süntees

Sademete või alt-üles süntees kirjeldab aatomite, molekulide ja ioonide kontrollitud moodustumist suuremateks keemilisteks ühenditeks. Sademed on kasulikud ka toodete puhastamiseks. Sademete eeliseks on see, et selle meetodiga saadakse väikseimad osakesed, millel on peaaegu ühtlane vorm, osakeste / kristallide suurus ja morfoloogia. Kõrge puhtusastmega nanoosakeste tootmiseks on molekulaarsete komponentide sadestamine ja iseorganiseerumine sageli ainus viis soovitud kvaliteedi saavutamiseks. Kuna sadestamine on väga kiire reaktsioon, on reaktiivide tõhus segamine hädavajalik. Ultraheli segamine on ühtlase ja peene segatud lahuse võti. Hielscher Ultrasonics varustab väga usaldusväärseid ultraheli seadmeid, mis tagavad täieliku kontrolli protsessi parameetrite üle ja täieliku reprodutseeritavuse. Loe sademetest lähemalt!

Ultraheli keemias ja Sono-keemias

Ultraheli rakendused keemias hargnevad igas osas, sealhulgas materjali süntees, analüütika & määramine, biokeemia, orgaaniline & anorgaaniline keemia, neurokeemia, tuumakeemia ja elektrokeemia. Kas suure võimsusega ultraheli soodustab reaktsioone oma silmapaistvate segamisvõimalustega (nt emulsioonikeemia, faasiülekande katalüüs PTC), aktiveerib pindu (nt katalüüs, sol-geel), mis käivitub vajaliku kineetilise energia panusel või keemiliste jõudude ületamisel (nt Zeta potentsiaal, Van-der-Waalsi jõud, ringavamisreaktsioonid), on võimalik saavutada ainulaadseid tulemusi.

Ultraheli sono-katalüüs

Katalüsaatorid suurendavad keemiliste reaktsioonide konversioonikiirust ja on vajalikud reaktsiooni algatamiseks või reaktsiooni käigus hoidmiseks kuni täieliku muundamise saavutamiseni. Asjaolu, et katalüütilised reaktsioonid on sageli aeglased ja mittetäielikud, saab muuta suure võimsusega ultraheliga. Ultraheli aitab kaasa nii homogeensele kui ka heterogeensele katalüüsile ning saavutab kiiremad konversioonimäärad ja kõrgemad saagised. Ultraheli jõud loovad väga reaktiivseid pindu ja suurendavad seeläbi katalüütilist aktiivsust. Kuigi katalüsaatoreid ise ei tarbita, võivad pinnasadestused katalüsaatori aktiivsust aja jooksul vähendada. Kuna tahked katalüsaatorid vajavad sageli haruldasi ja kalleid metalle, on pikk eluiga majanduslikult oluline aspekt. Ultraheli on tõestatud tehnika, et eemaldada katalüsaatori pinnalt saastumine reaktiveerimiseks täieliku katalüütilise võimsusega. Loe lähemalt sonokatalüüsi kohta!

Sono-keemia

Keemilised reaktsioonid on sageli aeglased ja ebatäielikud, mistõttu on soovitav saavutada lähteainete täielikum kasutamine. Suure võimsusega ultraheli põhjustavad vedelikes füüsilisi mõjusid, näiteks suurenenud massiülekanne, emulgeerimine, lahtine termiline kuumutamine ja mitmesugused mõjud tahketele ainetele (jahvatamine, deagglomeratsioon, pinna aktiveerimine, modifitseerimine). Need füüsikalised mõjud mõjutavad oluliselt keemilisi reaktsioone. Selle tagajärjel aitab ultraheli kaasa mitmekülgsele keemilisele reaktsioonile, nagu katalüüs, süntees & sademed, sol-gel marsruudid, emulsioonikeemia ja polümeeride keemia. Hielscheri ultraheli seadmed sobivad ideaalselt sonokeemiliseks kasutamiseks, kuna Hielscheri süsteemid on võimelised käsitsema lahusteid, happeid, aluseid ja plahvatusohtlikke materjale (ATEX hinnatud ultrasonikaator UIP1000hd-Exd). Kõiki süsteeme saab kasutada nii partii ultrahelitöötluseks kui ka inline ultrahelitöötluseks. Lai valik seadmeid ja tarvikuid võimaldab sobitada protsessi nõudeid. Loe lähemalt sono-keemia kohta!

Ultraheli Sol-Gel marsruudid

Ülipeened nanosuuruses osakesed ja sfäärilised osakesed, õhukesed kilekatted, kiud, poorsed ja tihedad materjalid, samuti äärmiselt poorsed aerogeelid ja kserogeelid on suure potentsiaaliga lisandid kõrgtehnoloogiliste materjalide arendamiseks ja tootmiseks. Kõrgtehnoloogilisi materjale, sealhulgas näiteks keraamikat, väga poorseid, ülikergeid aerogeele ja orgaanilis-anorgaanilisi hübriide, saab kolloidsuspensioonidest või polümeeridest sünteesida vedelikus sol-gel meetodil. Materjalil on unikaalsed omadused, kuna genereeritud sol-osakesed on nanomeetri suurused. Ultraheli sol-gel marsruudil saab luua geelid (nn sono-geelid), millel on väikseim osakeste suurus, suurim pindala ja suurim pooride maht. Hielscheri ultraheli seadmete lai valik pakub ideaalset seadme konfiguratsiooni konkreetsete materjalide ja mahtude jaoks. Loe lähemalt sol-gel protsesside kohta!

Ultraheli keemiline lagunemine

Keemilised jäätmed, mis põhjustavad nende taaskasutamist ja lagunemist, on tõsine probleem tööstusprotsessides, nagu kaevandamine, kemikaalide tootmine ja prügilad. Jäätmeid ja saasteaineid (nt pinnases, reovees jne) tuleb töödelda ringlussevõtu, jäätmete vähendamise või sadestumise eesmärgil. Sonokeemiline lagunemine on väga potentsiaalne protsess, mida iseloomustab lisaks silmapaistvatele ja ainulaadsetele tulemustele ka keskkonnasõbralikkus ja lihtne kasutamine. Sonikatsioon võib põhjustada sidemete lõhustamist, ahela pikkuse vähendamist, molekulaarset muundamist või aktiveerimist. Seega aitab see kaasa oksüdatsioonile, sorptsioonile, sonolüüsile ja leostumisele. Ultraheli abil toimuva lagunemise iseloomulikud tunnused on keemilise konversioonimäära suurenemine, samuti ultraheli kavitatsioon ja sonokeemilised mõjud tagavad parema segamise, reaktsioonide algatamise energiasisendi abil, funktsionaalse rühma loomise (nt lõhustumine –OH hüdroksüülrühmad) ja radikaalid (nt H₂O -> H+ ja HO-).

ultraheli polümerisatsioon

Sonikatsioonil on polümeeridele mitmesuguseid mõjusid: füüsilise olemuse mõjud hõlmavad segamist (nagu emulgeerimine, hajutamine, deagglomeratsioon, kapseldamine) ja lahtist kuumutamist, samas kui keemilised mõjud tekitavad vabu radikaale ja muudavad molekulaarseid struktuure. Ultraheli aitab mitmel viisil kaasa polümerisatsioonile: Suure võimsusega ultraheli lained toodavad ja hajutavad nanosuuruses osakesi, emulgeerivad mittesegunevaid vedelaid faase ja loovad vabu radikaale, mis aitavad kaasa emulsiooni polümerisatsioonile. Polümeeri nanokomposiite ja hüdrogeele saab ultraheliga edukalt toota. Lisaks mängib polümeeride pinna funktsionaliseerimine olulist rolli põhipolümeeride jõudluse suurendamisel ja pakub uusi lähenemisviise kohandatud materjalide väljatöötamisele. Kaubapolümeeride pinnaomaduste parandamine on suure majandusliku huviga. Seega on sonokeemia õige viis polümeeride edukaks töötlemiseks.

Ultraheli katalüsaatori taastamine ja regenereerimine

Kui reaktiivid reageerivad katalüsaatori osakeste pinnal, kogunevad keemilise reaktsiooni saadused kontaktpinnale. See koos saastavate ja passiivsete kihtidega blokeerib teiste reaktiivimolekulide interaktsiooni sellel katalüsaatori pinnal. Ultraheli kavitatsiooniga ja seeläbi põhjustatud osakestevahelise kokkupõrkega purustatakse osakeste pinnal olevad jäägid ja pestakse ultraheli voogesitusega vedelikus. Kavitatsiooniline erosioon osakeste pindadel tekitab läbitungimatuid, väga reaktiivseid pindu. Lühiajalised kõrged temperatuurid ja rõhud aitavad kaasa molekulaarsele lagunemisele ja suurendavad paljude keemiliste liikide reaktiivsust. Hielscheri ultraheli reaktoreid saab kasutada katalüsaatorite ettevalmistamiseks, taastamiseks ja regenereerimiseks.

Sonoluminiscence

Sonoluminiscence kirjeldab lühikeste valguskiirguse purunemiste nähtust, mis on tekitatud ultraheli kavitatsioonimullide implodeerimisel vedelas keskkonnas. Kuigi on erinevaid teooriaid, mis püüavad sonoluministsentsi nähtust paljastada, ei suutnud teadlased tänaseni tõestada oma teooriaid, mis hõlmavad leviala, bremsstrahlungi kiirgust, kokkupõrkest põhjustatud kiirgust ja koroonaheitmeid, mitteklassikalist valgust, prootonite tunneldamist, elektrodünaamilisi joad ja fraktoluminestsentsjoad, kvantselgitust (mis on seotud Unruhi või Casimiri efektiga) või termotuumasünteesi reaktsiooni.

Ultraheli bioloogias ja mikrobioloogias

Ultraheli mõju bioloogilistele ja mikrobioloogilistele süsteemidele on mitmekülgne: Hajutamine & Homogeniseerimine, agregaatide lahustamine, rakkude ja kudede lüüs (nt bakterid, pärm, viirused, vetikad...) & rakusiseste materjalide (nt valgud, organellid, ribosoomid, DNA, RNA, lipiidid, peptiidid...) ekstraheerimine, taimerakkude transformatsioon, kromatiini isoleerimine ja lõikamine, kromatiini immunoprecipitatsioon ja sellega seotud rakendused viiakse edukalt läbi ultrahelitöötlusega.
Hielscher Ultrasonicsil on iga üksiku rakenduse jaoks täiesti sobiv ultrasonikaator. Väikseimate viaalide ja katseklaaside jaoks on VialTweeter teie valitud seade, samas kui laborisondi seade, näiteks UP200Ht või UP400St, ravib kõige paremini suuremaid proove. Pink-top ja kaubanduslike rakenduste jaoks on ultrahelisüsteemid alates 500 vatist kuni 16 000 vatti kergesti käsitseda suure mahuga vooge. Erinevad sonotroodid, voolurakud ja tarvikud täidavad programmi ja katavad kõik nõuded.

Ultraheli DNA, RNA ja kromatiini lõikamine

Deoyxribonukleiinhape (DNA), ribonukleiinhape (RNA) ja kromatiin on koos valkudega peamised makromolekulid kõigi eluvormide jaoks. DNA ja RNA on molekulid, mis kodeerivad organismide geneetilisi juhiseid. Kromatiin on DNA ja valkude kombinatsioon, kus raku tuuma sisust on ehitatud. Teadusuuringute eesmärgil on vaja need molekulaarsed ehitusplokid killustada väiksemateks komponentideks, et neid uurida ja analüüsida või immunoprecipitatsiooni ja ristsidumise ajal ümber korraldada. DNA, RNA ja kromatiini lõikamiseks, on fragmendi suurus väga oluline. Täieliku kontrolli all kõigi oluliste parameetrite üle võimaldab ultraheli suunata molekulide killustumist. Näiteks on ideaalne kromatiini fragmendi pikkus vahemikus 200 kuni 1000 bp. ultraheli lõikamine saavutatakse pulsirežiimis purunemisega. Intelligentsete seadmete ja tarvikute tõttu pakuvad Hielscheri ultraheli seadmed töötlemisvajadusi, nagu otsene või kaudne sonifikatsioon, proovi jahutamine, digitaalne protsessi salvestamine. See tagab eduka mikrobioloogilise töötlemise ja töömugavuse.

Ultraheli värvi, tindi ja pigmentide jaoks

Värvi-, pinnakatte- ja tinditööstuses on osakesed toodete koostiste oluline tooraine. Kvaliteetsete toodete puhul, mis pakuvad eeldatavaid omadusi, on ühtlane ja usaldusväärne osakeste töötlemine ülioluline. Osakeste suurus on peamine tegur, mis mõjutab lõpptoote omadusi. Suure võimsusega ultraheli on tõhus vahend mikroni- ja nanosuuruses freesimiseks ja deagglomeratsiooniks - ilma probleemideta, mis tekivad freesimisvahendite või düüside abil.
Tintide ja tindipritsi tintide jaoks, on osakeste suurus peamine kvaliteedimärk: kas pigmendid on liiga väikesed, kaotab tint oma toonimistugevuse – Kas pigmendid on liiga suured, ummistuvad printeripihustid, mille tulemuseks on halvad väljatrükid. Ultraheli võimaldab töötlemisparameetreid reguleerida täpselt aspireeritud jahvatamise ja deagglomeratsiooni tulemustega. Kui ideaalsed ultraheli töötlemise parameetrid on kord leitud, ei ole põhjust neid muuta. Pidev tekstisisene tootmine võimaldab ühtlase väljundi kõrgeima tootekvaliteediga. Osakeste jaotumine preparaadis on toote omaduste väljendamiseks ülioluline. Ainult siis, kui osakesed on ühtlaselt ja ühtlaselt hajutatud, on lõpptootel rahuldav kvaliteet, näiteks läbipaistvus, UV-kindlus või katete kriimustuskindlus. Hajutamine on üks ultraheli tõestatud võimsusrakendusi.

Ultraheli kosmeetikatoodete ja isikliku hügieeni toodete jaoks

Sest kosmeetikatoodete tootmineon koostisosade segamine oluline samm. Suure võimsusega ultraheli saavutab usaldusväärseid tulemusi peene suurusega homogeniseerimisel, hajutamisel ja emulgeerimisel – nt kreemide ja vedelike, küünelakkide ja jumestustoodete puhul. Lisaks segamisrakendustele on ultraheli hästi tuntud ekstraheerimise ja rakkude modifikatsioonide kohta (nt. liposoomid), ka. Kuna paljud koostisse minevad koostisosad saadakse ekstraheerimise teel, näiteks lipiidid, valgud, aromaatsed ühendid või värvained rakkudest, on ultraheli uute ravimvormide jaoks suure potentsiaaliga vahend.

Ultraheli farmaatsiatoodete jaoks

Ultraheli rakendused farmaatsiatööstuses on mitmekesised: keemiliste ühendite süntees, aktiivsete ühendite ekstraheerimine (nt fenoolid, flavonoidid taimedest), emulgeerimine (vedelike, kreemide ja salvide emulgeerimine), liposoomide valmistamine (nanoemulgeerimine ja sellele järgnev bioaktiivsete ühendite kapseldamine) või viiruste ja patogeenide inaktiveerimine vaktsiinide jaoks. Ravimite tootmisel võimaldab Hielscheri ultrasonikaatorite kasutamine suurendada tootmisvõimsust parema saagikusega. Tänu usaldusväärsetele tööstuslikele ultraheli seadmetele saab reaktsioone käivitada suuremas ulatuses – partiiprotsessina või pideva protsessina vooluraku reaktoris.

Biokütuste ultraheli tootmine

Energiasektor pakub ultraheli edukaks ja tõhusaks kasutamiseks mitmesuguseid rakendusi. Kõige populaarsem ja tuntum rakendus on võib-olla ultraheli abil Biodiisel tootmine (ümberesterdamine neitsist või kasutatud / taimeõli jäätmetest (UVO; WVO)/ loomne rasv biodiislikütuseks), mille tulemuseks on suurem saagikus ja kvaliteet, vähem metanooli kasutamist ja oluliselt kiirem muundumine. Kui biodiisli lähteaine sisaldab rohkem kui 2–3% vabu rasvhappeid (FFAd), on happe esterdamine kasulik eelnev etapp, et vältida suure seebi teket. Lisaks ümberesterdamine ja esterdamisprotsessid, suure võimsusega ultraheli toetab õlide ekstraheerimist põllukultuuridest (nt rapsiseemned, soja, raps, mais, palm, maapähkel, kookospähkel, jatropha jne) või vetikatest.
bioetanool on roheline kütus, mis saadakse maisi, põllukultuuride, kartulite, suhkruroo, riisi jne tärklise ja suhkru kääritamisel pärmirakkude poolt etanooliks. Võimsuse ultraheli abil häiritakse taimerakke ja rakusisene materjal ekstraheeritakse nii, et lähteaine on ensümaatiliseks seedimiseks paremini kättesaadav. Seega on tärklis ja suhkrud kääritamiseks paremini kättesaadavad, mille tulemuseks on kiirem ja täielikum muundamine ning suurem saagikus.

Ultraheli kütuses, energias, naftas ja gaasis

Ultraheli homogeniseerimistehnika on väga efektiivne stabiilsete ja ebastabiilsete emulsioonide tootmiseks, mis võimaldab vesikütuste edukat loomist. Seetõttu emulgeeritakse kütused, mis on enamasti raskemad kütused, nagu laeva diislikütus, veega. Veega infundeeritud kütuse kasutamine toob kaasa tõhusama põlemise ja NOx heitkoguste märkimisväärse vähenemise. Teine oluline valdkond on söe ultraheli töötlemine.

Ultraheli protsessid toidu, piimatoodete ja jookide tootmisel

Mahe toiduainete töötlemine on üha olulisem, kuna klientide nõudlus värske, suures osas loodusliku toidu järele kasvab. Seega tavaliste töötlemisetappide, näiteks segamise puhul & homogeniseerimine, ekstraheerimine, stabiliseerimine & Säilitamine, traditsioonilised meetodid asendatakse järk-järgult uuenduslike töötlemismeetoditega, nagu ultraheliuuring, mis on toidu mittetermiline meetod. Ultrahelitöötluse eelised põhinevad selle kergel, kiirel ja puhtal töötlemisel, mille tulemuseks on vähem toote kadu ja parem toidu kvaliteet, säilitades värskuse ja vitamiinid. Hielscheri ultraheli protsessoreid kasutatakse mitmekülgsetes rakendustes toiduainetööstuses, näiteks säilitamisel & mikroobne inaktiveerimine, homogeniseerimine, stabiliseerimine & mahlade, püreede ja Smuutisid, lõhna- ja maitseainete ning fruktoosi (suhkru) ekstraheerimine, nihke hõrenemine viskoossuse vähendamiseks, küpsemine vein ja palsamiäädikas, alkoholi rafineerimine & lõhna- ja maitseained, pilveemulsioonid, jäätis (jäätuuma ja massiülekande soodustamine), vetikate ekstraheerimine toitainete jaoks, šokolaadi konching suhkrukristallide purustamiseks, vedeldamine Mesi, toiduõlide rafineerimine jne. Loe lähemalt ultraheli kohta toidu ja joogi jaoks!

Teaduskirjandus ja aruanded, mis sisaldavad Hielscheri ultrasonikaatoreid

Järgmises loendis on väike valik teadusartikleid, milles Hielscheri ultraheli sonde kasutati edukalt erinevate rakenduste jaoks. Palun küsige meilt kirjandust, mis käsitleb teile erilist huvi pakkuvaid konkreetseid rakendusi!

• Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International Journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
• Zahra Hadian, Mohammad Ali Sahari, Hamid Reza Moghimi; Mohsen Barzegar (2014): Formulation, Characterization and Optimization of Liposomes Containing Eicosapentaenoic and Docosahexaenoic Acids; A Methodology Approach. Iranian Journal of Pharmaceutical Research (2014), 13 (2): 393-404.
• Shah Purvin, Parameswara Rao Vuddanda, Sanjay Kumar Singh, Achint Jain, Sanjay Singh (2014): Pharmacokinetic and Tissue Distribution Study of Solid Lipid Nanoparticles of Zidov in Rats. Journal of Nanotechnology, Volume 2014.
• Antonia Tamborrino, Agnese Taticchi, Roberto Romaniello, Claudio Perone, Sonia Esposto, Alessandro Leone, Maurizio Servili (2021): Assessment of the olive oil extraction plant layout implementing a high-power ultrasound machine. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 73, 2021.
• Bruno G. Pollet; Faranak Foroughi; Alaa Y. Faid; David R. Emberson; Md.H. Islam (2020): Does power ultrasound (26 kHz) affect the hydrogen evolution reaction (HER) on Pt polycrystalline electrode in a mild acidic electrolyte? Ultrasonics Sonochemistry Vol. 69, December 2020.