Kiinteiden aineiden liuottaminen nesteisiin ultraäänellä
Liuosten valmistaminen on tärkeä vaihe sekä laboratorionäytteiden käsittelyssä että teollisessa tuotannossa. Yleensä laboratorionäytteet on saatettava nestemäiseen muotoon ennen analyysiä. Ultraäänihomogenointi ja liuottaminen ultraäänellä ovat nopeita ja luotettavia keinoja kaikenkokoisten näytteiden valmisteluun. Teollisessa tuotannossa homogeenisten ja hyvin liuenneiden liuosten valmistaminen on usein ratkaiseva tekijä tuotteen vakaiden ominaisuuksien ja tasaisen laadun takaamiseksi. Ultraääniliuottimia on saatavana kompakteina laboratoriolaitteina sekä täysimittaiseen kaupalliseen tuotantoon tarkoitettuina teollisuuslaitteina.
Ultraääniliuottimet: käyttö ja sovellukset
Ultraääni on tunnettu ja luotettava menetelmä näytteiden valmisteluun laboratoriossa. Tavallisia sovelluksia ovat homogenointi, emulgointi, dispergointi, uutto, kaasunpoisto ja sonokemialliset käsittelyt.
Analyyttisillä laitteilla (esim. HPLC, atomispektrometri jne.) tehtäviä mittauksia varten useimmat näytteet on yleensä saatettava nestemäiseen muotoon. Tämä tarkoittaa, että näytteen on joko oltava homogeenisena liuoksena tai se on muutettava kolloidiksi, suspensioksi, dispersioksi tai emulsioksi, jos seos on luonteeltaan heterogeeninen. Voimakas ultraäänikäsittely on erittäin tehokas keino sekä homogeenisten että heterogeenisten seosten valmistamiseen.
Jos olet kiinnostunut heterogeenisten suspensioiden valmistamisesta, napsauta tästä: ultraääniemulgointi ja ultraäänidispergointi!
Jos haluat valmistaa homogeenisia seoksia liuottamalla ultraäänellä, jatka lukemista alla!
Tehokas 200 W:n ultraäänilaite UP200St on tehokas ja erittäin kestävä työlaite laboratorioihin ja pienimuotoiseen tuotantoon.
Ultraäänikavitaatio liuottamisessa
Jos näyte on liukeneva, liuotettava aine (kuten sukraloosi tai suolat, esim. jauheena tai tabletteina) voidaan liuottaa liuottimeen (esim. veteen, vesipohjaisiin liuottimiin, orgaanisiin liuottimiin jne.), jolloin syntyy homogeeninen, vain yhdestä faasista koostuva seos. Liuottaminen voidaan suorittaa sekoittamalla käsin tai mekaanisesti, mikä on aikaa vievää ja tehotonta. Tähän liittyviä ongelmia ovat käsittelystä johtuva näytehävikki tai satunnaisvirheistä ja epätasaisesta sekoittumisesta johtuva puutteellinen toistettavuus.
Ultraäänikäsittelyä käytetään usein edistämään näytteiden tehokasta ja nopeaa liukenemista. Ultraääniavusteinen liuottaminen perustuu mekaaniseen sekoittumiseen, joka syntyy nesteeseen johdettujen ultraääniaaltojen aiheuttamista kavitaatiovaikutuksista. Ultraäänienergian syöttäminen helpottaa ja nopeuttaa näytteen esikäsittelyä, kuten liuottamista ja liuotusuuttoa, ennen analyysiä.
Liuoksen valmistaminen ultraäänen avulla mahdollistaa liuotettavien aineiden liuottamisen suurina pitoisuuksina sekä väkevän tai kylläisen (ja ylikylläisen) liuoksen tehokkaan ja nopean valmistamisen.
Kun nestemäiseen väliaineeseen johdetaan suuritehoista, matalataajuista ultraääntä, syntyvä akustinen kavitaatio luo ainutlaatuiset olosuhteet. Ultraäänikäsittely on tehostanut neste–neste- ja kiinteä aine–neste -näytteiden esikäsittelyjä (esim. hajotusta, liukoiseksi saattamista ja uuttoa), joita tavallisesti käytetään ennen analyyttistä määritystä ja mittausta.
Liukenemisnopeus ilmaisee liukenemisprosessin nopeuden määrällisesti. Liukenemisnopeuteen vaikuttavat useat tekijät:
- materiaali: liuotin ja liuotettava aine
- lämpötila + paine
- kylläisyysaste (tai alikylläisyysaste)
- liuottamisen ja sekoittamisen tehokkuus ja vaikutus
- faasien välisen rajapinnan pinta-ala
- inhibiittorien esiintyminen (esim. hiukkasten pinnalle kerrostuneet aineet / faasirajalla vaikuttavat esteet)
Solvataatioprosessin ja liukenemisnopeuden kiihdyttämiseen tarvitaan tehokkaita homogenisaattoreita, jotka tuottavat riittävän mekaanisen vaikutuksen. Ultraäänihomogenisaattorien kavitaatioon perustuva liuotus- ja sekoitusteho tunnetaan hyvin, ja siksi ne ovat yleinen ja luotettava väline näytteiden valmisteluun laboratorioissa.
Meloksikaamisuspension mikroskooppikuvat:
Vasemmalla: käsittelemätön meloksikaamisuspensio; oikealla: ultraäänikäsittelyllä saatu meloksikaamin nanosuspensio laitteella UP100H 45 minuutin ajan 100 %:n amplitudilla ja sykliasetuksella 1.
(tutkimus ja kuva: ©Iurian et al., 2015)
Laboratorionäytteiden liuottaminen ultraäänellä
Ultraääniavusteista liuottamista käytetään laboratorioissa näytteiden valmisteluun ennen analyyttisiä mittauksia.
Luettelo analyysilaitteista, jotka vaativat (usein) nestemäiseen muotoon saatettuja näytteitä:
- HPLC – korkean erotuskyvyn nestekromatografia
- FTIR – Fourier-muunnosinfrapunaspektroskopia
- GC – kaasukromatografia
- Atomispektroskopia
- ATR – vaimennettu kokonaisheijastus
- Hiukkaskoon määritys laserdiffraktiolla
- Dynaaminen valonsironta
Ultraääneen perustuvalla näytteiden valmistelulaitteella SonoStep näytteiden käsittely ennen analyysiä voidaan toteuttaa kokonaan suoraan prosessivirrassa: ultraääneen perustuvassa näytteiden valmistelulaitteessa on integroitu sekoitin ja pumppu, joten näytteet kulkevat tasaisesti ja jatkuvasti suljetun järjestelmän läpi. Näin taataan tasainen ja luotettava ultraäänikäsittely ilman ristikontaminaation, näytteiden ominaisuuksien muuttumisen tai näytehävikin riskiä.
Lue lisää ultraääneen perustuvasta näytteiden valmisteluyksiköstä SonoStep, jossa kaikki tarvittava on samassa laitteessa!
Liuottaminen ultraäänellä teollisessa tuotannossa
Teollisiin tuotantolinjoihin integroidaan suuritehoista ultraääntä kiinteiden aineiden ja nesteiden seosten liuottamiseen ja homogenointiin, jotta saadaan tasainen ja stabiili tuote.
Alla on joitakin esimerkkejä eri teollisuudenaloilta:
- Lääketeollisuus: lääkeainevalmisteiden komponenttien, esim. suolojen ja polymeerien, liuottaminen
- Elintarvike- ja juomateollisuus: ainesosien, esim. sokerin, suolan, siirapin ja mausteiden, liuottaminen
- Maalit ja pinnoitteet: polymeerien liuottaminen
- Kemia: ylikylläisen liuoksen valmistaminen ennen saostusreaktioita
Ultraääniliuotin UIP6000hdT suuren tuotantokapasiteetin saavuttamiseen liuosten teollisessa tuotannossa
Ultraääniprosessorit liuotussovelluksiin kaikissa mittakaavoissa
Hielscher Ultrasonics tarjoaa ihanteellisen ratkaisun liuotus- ja kostutussovellukseesi. Tarvitsetpa analyyttisten näytteiden valmistelua laboratoriossa tai suurten liuos- tai suolaliuosmäärien tuotantoa jatkuvassa läpivirtaustilassa – Hielscher Ultrasonics tarjoaa prosessiisi ihanteellisen ultraääniliuottimen!
Valikoimassamme on ultraäänilaitteita kaikissa teholuokissa sekä eräkäsittelyyn että jatkuvatoimiseen käsittelyyn, ja suosittelemme käsittelytavoitteisiisi parhaiten soveltuvaa ultraäänilaitetta!
Alla oleva taulukko antaa viitteitä ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista:
| Erätilavuus | Tilavuusvirta | Suositellut laitteet |
|---|---|---|
| 1–500 mL | 10–200 mL/min | UP100H |
| 10–2000 mL | 20–400 mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20 L | 0,2–4 L/min | UIP2000hdT |
| 10–100 L | 2–10 L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10–100 L/min | UIP16000 |
| n.a. | suurempi | laiteryhmä: UIP16000 |
Ota yhteyttä! / Kysy meiltä!
Hielscher Ultrasonics valmistaa suorituskykyisiä ultraäänihomogenisaattoreita sekoitussovelluksiin, dispergointiin, emulgointiin ja uuttoon laboratorio-, pilotti- ja teollisuusmittakaavassa.
Kirjallisuus / lähteet
- 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 valmistaa suorituskykyisiä ultraäänihomogenisaattoreita kokoluokissa laboratoriokoosta aina teolliseen kokoon asti.