Dissolution de solides dans des liquides par ultrasons

La préparation de solutions est une étape importante tant pour les échantillons de laboratoire que pour la production industrielle. En général, les échantillons de laboratoire doivent être mis sous forme liquide avant l’analyse. L’homogénéisation et la dissolution par ultrasons constituent un moyen rapide et fiable de préparer des échantillons de toutes tailles. Dans la production industrielle, la préparation de solutions homogènes dans lesquelles les solutés sont bien dissous est souvent un facteur crucial pour garantir des caractéristiques stables du produit et une qualité constante. Les appareils de dissolution à ultrasons sont disponibles sous forme d’appareils de laboratoire compacts et d’appareils industriels destinés à la production commerciale à grande échelle.

Appareils de dissolution à ultrasons : utilisation et applications

Les ultrasons constituent un outil bien connu et fiable pour la préparation des échantillons au laboratoire. Les applications courantes comprennent l’homogénéisation, l’émulsification, la dispersion, l’extraction, le dégazage et les traitements sonochimiques.
Pour les mesures effectuées avec des instruments d’analyse (par exemple, HPLC, spectromètre atomique, etc.), la plupart des échantillons doivent généralement être mis sous forme liquide. Cela signifie que l’échantillon doit soit se présenter sous la forme homogène d’une solution, soit être transformé en colloïde, suspension, dispersion ou émulsion si le mélange est de nature hétérogène. Les ultrasons de forte puissance constituent un outil très efficace pour préparer des mélanges aussi bien homogènes qu’hétérogènes.
Si vous vous intéressez à la préparation de suspensions hétérogènes, cliquez ici pour découvrir : l’émulsification par ultrasons et la dispersion par ultrasons !
Pour obtenir des mélanges homogènes par dissolution à ultrasons, poursuivez votre lecture ci-dessous !

Cavitation ultrasonore pour la dissolution

Si l’échantillon est soluble, le soluté (par exemple, du sucralose ou des sels, notamment sous forme de poudre ou de comprimés) peut être dissous dans un solvant (par exemple, de l’eau, des solvants aqueux, des solvants organiques, etc.), ce qui donne un mélange homogène constitué d’une seule phase. La dissolution peut être réalisée par agitation manuelle ou mécanique, ce qui prend du temps et manque d’efficacité. Les problèmes associés comprennent les pertes d’échantillon dues aux manipulations ou le manque de reproductibilité résultant d’erreurs aléatoires et d’un mélange irrégulier.
Les ultrasons sont souvent utilisés pour favoriser une dissolution efficace et rapide des échantillons. La dissolution assistée par ultrasons repose sur l’agitation mécanique produite par les effets de cavitation dus à l’introduction d’ondes ultrasonores dans les liquides. L’apport d’énergie ultrasonore facilite et accélère le prétraitement des échantillons, notamment la dissolution et la lixiviation avant l’analyse.
La préparation d’une solution assistée par ultrasons permet de dissoudre des solutés à forte concentration et de créer efficacement et rapidement une solution concentrée ou saturée (voire sursaturée).
Lorsque des ultrasons de forte puissance et de basse fréquence sont introduits dans un milieu liquide, la cavitation acoustique qui en résulte crée des conditions uniques. Les ultrasons ont amélioré les prétraitements d’échantillons liquide-liquide et solide-liquide (par exemple, la digestion, la solubilisation et l’extraction), qui sont généralement réalisés avant la détection et la mesure analytiques.

 
La vitesse de dissolution quantifie la rapidité du processus de dissolution. Elle est influencée par différents facteurs :

• matières : solvant et soluté
• température + pression
• degré de saturation ou de sous-saturation
• efficacité et effet de la dissolution et du mélange
• surface de l’interface entre les phases
• présence d’inhibiteurs (par exemple, substances déposées sur les particules ou bloquant l’interface entre les phases)

 
Pour accélérer le processus de solvatation et augmenter la vitesse de dissolution, il faut des homogénéisateurs puissants produisant une action mécanique suffisante. La capacité des homogénéisateurs à ultrasons à dissoudre et à mélanger grâce à la cavitation est bien connue ; ces appareils constituent donc un outil courant et fiable pour la préparation des échantillons dans les laboratoires.

Images microscopiques d’une suspension de méloxicam :
À gauche : suspension de méloxicam non traitée ; à droite : nanosuspension de méloxicam obtenue par sonication avec le UP100H pendant 45 minutes à une amplitude de 100% et un cycle de 1.
(étude et image : ©Iurian et al., 2015)

Dissolution par ultrasons des échantillons de laboratoire

La dissolution assistée par ultrasons est utilisée dans les laboratoires pour préparer les échantillons avant les mesures analytiques.
Liste des instruments d’analyse qui nécessitent souvent des échantillons sous forme liquide :

• HPLC – Chromatographie liquide haute performance
• FTIR – Spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier
• GC – Chromatographie en phase gazeuse
• Spectroscopie atomique
• ATR – Réflexion totale atténuée
• Granulométrie par diffraction laser
• Diffusion dynamique de la lumière

Avec l’appareil de préparation d’échantillons par ultrasons SonoStep, le traitement des échantillons avant l’analyse peut être réalisé entièrement en ligne : l’appareil de préparation d’échantillons par ultrasons comporte un agitateur et une pompe intégrés, de sorte que les échantillons circulent de manière régulière et continue dans un système fermé. Une sonication uniforme et fiable est ainsi garantie, sans risque de contamination croisée, d’altération ou de perte des échantillons.
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Dissolution par ultrasons pour la production industrielle

Dans les lignes de production industrielle, les ultrasons de forte puissance sont intégrés pour dissoudre et homogénéiser les mélanges solide-liquide afin d’obtenir un produit uniforme et stable.
Vous trouverez ci-dessous quelques exemples pour différents secteurs industriels :

• Industrie pharmaceutique : dissolution des composants de médicaments, par exemple des sels et des polymères
• Industrie agroalimentaire et des boissons : dissolution d’ingrédients, par exemple du sucre, du sel, du sirop et des condiments
• Peintures et revêtements : dissolution de polymères
• Chimie : préparation d’une solution sursaturée avant les réactions de précipitation

Appareils à ultrasons pour les applications de dissolution à toutes les échelles

Hielscher Ultrasonics propose la solution idéale pour votre application de dissolution et de mouillage. Que vous ayez besoin de préparer des échantillons pour analyse au laboratoire ou de produire de grands volumes de solutions ou de saumures en mode continu à circulation, Hielscher Ultrasonics dispose de l’appareil de dissolution à ultrasons idéal pour votre procédé !
Grâce à notre gamme d’appareils à ultrasons de toutes puissances, adaptés au traitement discontinu comme au traitement en ligne, nous vous recommanderons l’appareil à ultrasons le mieux adapté à vos objectifs de traitement !
Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos appareils à ultrasons :