حل‌کردن جامدات در مایعات با فراصوت
تهیهٔ محلول‌ها مرحله‌ای مهم در آماده‌سازی نمونه‌های آزمایشگاهی و نیز تولید صنعتی است. به‌طور کلی، نمونه‌های آزمایشگاهی باید پیش از آنالیز به حالت مایع درآیند. همگن‌سازی و حل‌کردن با فراصوت روشی سریع و قابل‌اعتماد برای آماده‌سازی نمونه‌ها در هر حجمی است. در تولید صنعتی، تهیهٔ محلول‌های همگن که مواد در آن‌ها به‌خوبی حل شده‌اند، اغلب عاملی حیاتی برای تضمین ثبات ویژگی‌های محصول و یکنواختی کیفیت است. دستگاه‌های حل‌کنندهٔ فراصوتی به‌صورت دستگاه‌های آزمایشگاهی جمع‌وجور و نیز حل‌کننده‌های صنعتی در مقیاس کامل تجاری عرضه می‌شوند.
حل‌کننده‌های فراصوتی: استفاده و کاربردها
فراصوت ابزاری شناخته‌شده و قابل‌اعتماد برای آماده‌سازی نمونه در آزمایشگاه است. کاربردهای متداول آن شامل همگن‌سازی، امولسیون‌سازی، پراکنده‌سازی، استخراج، گاززدایی و تیمارهای سونوشیمیایی است.
برای اندازه‌گیری با دستگاه‌های آنالیز (مانند HPLC، طیف‌سنج اتمی و غیره)، معمولاً بیشتر نمونه‌ها باید به حالت مایع درآیند. به این معنا که نمونه باید یا به‌صورت یک محلول همگن باشد یا، اگر مخلوط ماهیتی ناهمگن دارد، به کلوئید، سوسپانسیون، دیسپرسیون یا امولسیون تبدیل شود. فراصوت‌دهی پرتوان ابزاری بسیار مؤثر برای تهیهٔ مخلوط‌های همگن و ناهمگن است.
اگر به تهیهٔ سوسپانسیون‌های ناهمگن علاقه‌مندید، اینجا کلیک کنید: امولسیون‌سازی فراصوتی و پراکنده‌سازی فراصوتی!
برای آشنایی با تهیهٔ مخلوط‌های همگن از طریق حل‌کردن با فراصوت، ادامهٔ مطلب را بخوانید!
دستگاه فراصوت پرتوان UP200St با توان 200W واحدی کاری پرتوان و بسیار مستحکم برای آزمایشگاه و تولید در مقیاس‌های کوچک‌تر است.
کاویتاسیون فراصوتی برای حل‌کردن
اگر نمونه انحلال‌پذیر باشد، می‌توان مادهٔ حل‌شونده (مانند سوکرالوز یا نمک‌ها، مثلاً به شکل پودر یا قرص) را در یک حلال (مانند آب، حلال‌های آبی، حلال‌های آلی و غیره) حل کرد تا مخلوطی همگن و متشکل از تنها یک فاز حاصل شود. فرایند حل‌کردن را می‌توان با هم‌زدن دستی یا مکانیکی انجام داد که زمان‌بر و ناکارآمد است. مشکلات مرتبط با این روش شامل اتلاف نمونه بر اثر دست‌کاری یا نبود تکرارپذیری به‌دلیل خطاهای تصادفی و اختلاط غیریکنواخت است.
فراصوت‌دهی اغلب برای تسهیل انحلال مؤثر و سریع نمونه‌ها به کار می‌رود. حل‌کردن به کمک فراصوت بر آشفتگی مکانیکی ناشی از آثار کاویتاسیون استوار است که با ورود امواج فراصوت به مایعات ایجاد می‌شوند. ورود انرژی فراصوت، پیش‌تیمار نمونه پیش از آنالیز، مانند حل‌کردن و آبشویی، را تسهیل و تسریع می‌کند.
تهیهٔ محلول به کمک فراصوت، حل‌کردن مواد حل‌شونده در غلظت‌های بالا و تولید سریع و کارآمد محلولی غلیظ یا اشباع (و فوق‌اشباع) را امکان‌پذیر می‌کند.
هنگامی که فراصوت با توان بالا / فرکانس پایین وارد محیط مایع می‌شود، کاویتاسیون آکوستیکی حاصل، شرایط منحصربه‌فردی ایجاد می‌کند. فراصوت‌دهی، پیش‌تیمارهای مایع–مایع و جامد–مایع نمونه (مانند هضم، حل‌پذیرسازی و استخراج) را که معمولاً پیش از آشکارسازی و اندازه‌گیری تحلیلی انجام می‌شوند، بهبود داده است.
نرخ انحلال، سرعت فرایند حل‌شدن را به‌صورت کمّی بیان می‌کند. عوامل گوناگونی بر نرخ انحلال تأثیر می‌گذارند:
- مواد: حلال و مادهٔ حل‌شونده
- دما + فشار
- درجهٔ اشباع (یا عدم اشباع)
- کارایی و تأثیر حل‌کردن و اختلاط
- مساحت سطح مشترک فازها
- وجود بازدارنده‌ها (مانند موادی که روی ذرات رسوب کرده‌اند / در مرز فازها مانع ایجاد می‌کنند)
برای تسریع فرایند حلال‌پوشی و افزایش نرخ انحلال، به هموژنایزرهای پرتوانی نیاز است که اثر مکانیکی کافی ایجاد کنند. توانایی هموژنایزرهای فراصوتی در حل‌کردن و اختلاط از طریق کاویتاسیون به‌خوبی شناخته شده است؛ ازاین‌رو این دستگاه‌ها ابزاری رایج و قابل‌اعتماد برای آماده‌سازی نمونه در آزمایشگاه‌ها هستند.
تصاویر میکروسکوپی سوسپانسیون ملوکسیکام:
چپ: سوسپانسیون ملوکسیکام تیمارنشده؛ راست: نانوسوسپانسیون ملوکسیکام حاصل از فراصوت‌دهی با UP100H به‌مدت 45 دقیقه با دامنهٔ 100% و چرخهٔ 1.
(مطالعه و تصویر: ©Iurian et al., 2015)
حل‌کردن نمونه‌های آزمایشگاهی با فراصوت
در آزمایشگاه‌ها، انحلال به کمک فراصوت برای آماده‌سازی نمونه پیش از اندازه‌گیری‌های تحلیلی به کار می‌رود.
فهرست دستگاه‌ها و روش‌های آنالیزی که اغلب به نمونه‌های مایع‌شده نیاز دارند:
- HPLC – کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا
- FTIR – طیف‌سنجی فروسرخ تبدیل فوریه
- GC – کروماتوگرافی گازی
- طیف‌سنجی اتمی
- ATR – بازتاب کلی تضعیف‌شده
- اندازه‌گیری اندازهٔ ذرات با پراش لیزری
- پراکندگی دینامیکی نور
با دستگاه آماده‌سازی فراصوتی نمونه SonoStep، می‌توان تیمار نمونه پیش از آنالیز را کاملاً به‌صورت درون‌خطی انجام داد: این دستگاه آماده‌سازی فراصوتی نمونه دارای همزن و پمپ یکپارچه است تا نمونه‌ها به‌طور یکنواخت و پیوسته در یک سامانهٔ بسته جریان یابند. به‌این‌ترتیب، فراصوت‌دهی یکنواخت و قابل‌اعتماد، بدون خطر آلودگی متقاطع، تغییر ماهیت نمونه یا اتلاف نمونه تضمین می‌شود.
دربارهٔ واحد همه‌کارهٔ آماده‌سازی فراصوتی نمونه SonoStep بیشتر بخوانید!
حل‌کردن با فراصوت برای تولید صنعتی
در خطوط تولید صنعتی، فراصوت پرتوان برای حل‌کردن و همگن‌سازی مخلوط‌های جامد–مایع به کار گرفته می‌شود تا محصولی یکنواخت و پایدار تشکیل شود.
در ادامه چند نمونه از کاربردها در شاخه‌های مختلف صنعت آمده است:
- صنعت داروسازی: حل‌کردن اجزای دارویی، مانند نمک‌ها و پلیمرها
- صنعت مواد غذایی و نوشیدنی: حل‌کردن مواد تشکیل‌دهنده، مانند شکر، نمک، شربت و چاشنی‌ها
- رنگ‌ها و پوشش‌ها: حل‌کردن پلیمرها
- شیمی: تهیهٔ محلول فوق‌اشباع پیش از واکنش‌های رسوب‌دهی
حل‌کنندهٔ فراصوتی UIP6000hdT برای ظرفیت پردازش بالا در تولید صنعتی محلول‌ها
پردازشگرهای فراصوتی برای کاربردهای حل‌کردن در هر مقیاسی
Hielscher Ultrasonics راهکاری ایدئال برای کاربردهای حل‌کردن و ترسازی شما ارائه می‌دهد. چه نیاز به آماده‌سازی نمونه‌های آنالیزی در آزمایشگاه داشته باشید و چه بخواهید حجم‌های بالایی از محلول‌ها یا آب‌نمک را در حالت جریان عبوری پیوسته تولید کنید، Hielscher Ultrasonics حل‌کنندهٔ فراصوتی ایدئال برای فرایند شما را در اختیار دارد!
با ارائهٔ دستگاه‌های فراصوت در هر سطح توان نامی و برای پردازش ناپیوسته و درون‌خطی، مناسب‌ترین دستگاه فراصوت را برای اهداف پردازشی شما پیشنهاد می‌کنیم!
جدول زیر نمایی از ظرفیت تقریبی پردازش دستگاه‌های فراصوت ما ارائه می‌دهد:
| حجم هر بچ | دبی | دستگاه‌های پیشنهادی |
|---|---|---|
| 1 تا 500mL | 10 تا 200mL/min | UP100H |
| 10 تا 2000mL | 20 تا 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0٫1 تا 20L | 0٫2 تا 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 تا 100L | 2 تا 10L/min | UIP4000hdT |
| قابل‌اعمال نیست | 10 تا 100L/min | UIP16000 |
| قابل‌اعمال نیست | بیشتر | مجموعه‌ای از دستگاه‌های UIP16000 |
با ما تماس بگیرید! / از ما بپرسید!
Hielscher Ultrasonics هموژنایزرهای فراصوتی با عملکرد بالا برای کاربردهای اختلاط، پراکنده‌سازی، امولسیون‌سازی و استخراج در مقیاس آزمایشگاهی، پایلوت و صنعتی تولید می‌کند.
منابع علمی / مراجع
- Welna, Maja; Szymczycha-Madeja, Anna; Pohl, Pawel: Quality of the Trace Element Analysis: Sample Preparation Steps. In: InTechOpen.
- Castro, Luque de; Capote, Priego F. (ed.) (2007): Analytical Applications of Ultrasound. Elservier Science, 2007.
- del Bosque, A.; Sánchez-Romate, X.F.; Sánchez, M.; Ureña, A. (2022): Easy-Scalable Flexible Sensors Made of Carbon Nanotube-Doped Polydimethylsiloxane: Analysis of Manufacturing Conditions and Proof of Concept. Sensors 2022, 22, 5147.
- Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
Hielscher Ultrasonics هموژنایزرهای فراصوتی با عملکرد بالا را در ابعاد آزمایشگاهی تا صنعتی تولید می‌کند.