שפרו את יעילות החומרים הלוכדים שלכם באמצעות ערבוב אולטרסוני
חומר לוכד הוא חומר כימי שמוסיפים לתערובת כדי להסיר או לנטרל זיהומים ותוצרי לוואי מזיקים. בתגובות רבות משתמשים בעודף של חומרי מוצא כדי להביא תגובה בפאזה נוזלית להשלמה. התערובת הסופית מורכבת מהתוצר הרצוי ומתוצר לוואי בלתי רצוי אחד או יותר. עם השלמת התגובה, יש להסיר את תוצר הלוואי הבלתי רצוי. שיטה נפוצה להסרת חומרים בלתי רצויים מתערובת תגובה היא לכידה. לעיתים קרובות מוסיפים חומרים לוכדים בכמויות עודפות כדי להאיץ את סילוק הזיהומים. ערבוב החומרים הלוכדים בתערובת התגובה באמצעות אולטרסאונד רב־עוצמה מאפשר פיזור לגדלים זעירים, כך שהחומר הלוכד מתפרק לחלקיקים או לטיפות קטנים מאוד. ככל שגודל החלקיק או הטיפה קטן יותר, כך שטח הפנים הפעיל לתגובה גדול יותר. הדבר מוביל לשימוש חסכוני יותר בחומרי הלכידה הכימיים ולסילוק מהיר יותר של זיהומים או תוצרי לוואי בלתי רצויים.
חומרים לוכדים נמצאים בשימוש תדיר בתחומים הבאים
- כימיה: בכימיה קומבינטורית בפאזה נוזלית משתמשים לעיתים קרובות בחומרים לוכדים להסרת עודפי ריאגנטים שלא נצרכו ו/או ריאגנטים משומשים.
- פיתוח וייצור תרופות: נדרשות תרכובות פעילות בדרגת ניקיון גבוהה כדי שיוכלו להפעיל את השפעתן במלואה.
- תעשיית הנפט והגז: למשל, בתהליכי סילוק גופרית. דוגמה נפוצה היא הסרת מימן גופרי (H2S) כדי למנוע תגובות בלתי רצויות כלשהן (בייחוד לצורך בקרת קורוזיה).
- ביולוגיה וביוטכנולוגיה: למשל, ננו־חלקיקים פועלים כלוכדי רדיקלים כדי להגן על רקמות מפני נזק.
סוניקציה היא כלי יעיל מאוד לפיזור ולפירוק אגלומרטים
עוצמת הערבוב האולטרסוני
גלי אולטרסאונד רבי־עוצמה המוחדרים לתווך נוזלי גורמים להיווצרות קוויטציה. כוחות גזירה הנוצרים עקב קוויטציה יעילים מאוד לצורך פיזור וכן יצירת תחליבים. ניתן לשלוט במדויק בהתפלגות הגדלים הזעירים המתקבלת באמצעות ערבוב אולטרסוני רב־עוצמה, כך שנוצרים בקלות חלקיקים או טיפות בגדלים מיקרוניים וננומטריים. גודלם הזעיר של חלקיקי החומר הלוכד ופיזורם האחיד מובילים לשטח פנים גדול של החלקיקים, כלומר לשטח פנים פעיל מאוד לקשירת הזיהומים כדי להסירם מתערובת התגובה.
יתרונות הלכידה האולטרסונית
הפיזור האולטרסוני היעיל מאפשר להשתמש בחומר הלוכד בכמויות קטנות. כוחות האולטרסאונד מפזרים ומפיצים את החלקיקים או הטיפות בגדלים זעירים מאוד, כך שמלוא הפוטנציאל של החומרים הלוכדים מנוצל. כך נמנע שימוש עודף בריאגנטים הלוכדים. הדבר חוסך חומר לוכד ומקל על סילוק תוצרי הלוואי שנלכדו.
לכידה בסיוע אולטרסאונד מאפשרת סינתזה וטיהור מקבילים בתפוקה גבוהה. הדבר מייעל את התהליך שלכם ומשפר את איכות התוצר. יתרונות נוספים נובעים מכך שלכידה היא חלופה חשובה לכרומטוגרפיה נוזלית ולמיצוי נוזל–נוזל, הכרוכים בזמן רב.
ערבוב אולטרסוני תורם לכל סוגי החומרים הלוכדים, כגון חומרים לוכדים מוצקים (למשל אבקות, ג'לים, פולימרים לוכדים, שרפים לוכדים) וחומרים לוכדים נוזליים.
- חסכו בחומר לוכד באמצעות הימנעות משימוש עודף במגיבים!
- הגבירו את מהירות התגובה של תהליכי הלכידה!
סוניקציה באצווה או סוניקציה בקו
ניתן לבצע תהליכים אולטרסוניים כתהליך אצווה וגם במצב של זרימה רציפה. במיוחד בנפחים קטנים יותר, למשל לצורך סוניקציה של דגימות ואצוות ייצור קטנות יותר, ניתן לבצע בקלות את תהליך הסוניקציה בכוס מעבדה או באצווה. עם זאת, בספיקות נפחיות גבוהות יותר מומלצת סוניקציה בקו כדי להבטיח תוצאות תהליך אחידות ועקביות. בהתאם לספיקה הנפחית, Hielscher מציעה מגוון רחב של ריאקטורים אולטרסוניים עם תאי זרימה.
שלבי תהליך הלכידה בסיוע אולטרסאונד
- 1. הכינו את תרחיף התגובה והניחו לחומרים להגיב עד להשלמת התגובה. (שימו לב כי אולטרסאונד מקדם תגובות כימיות! ייתכן שיועיל לבצע סוניקציה של תערובת התגובה גם בשלב הראשון.) לאחר התגובה, התמיסה מכילה את התוצר הסופי ואת תוצרי הלוואי הבלתי רצויים. הוסיפו את החומר הלוכד שבחרתם
- 2. הוסיפו את החומר הלוכד והכינו תרחיף או תחליב בערבוב מקדים גס. לאחר היווצרות התרחיף/התחליב, בצעו סוניקציה של התערובת.
- 3. לאחר השלמת תגובת הלכידה, תוצרי הלוואי קשורים וניתן להסירם או להשאירם כפי שהם בתערובת התגובה, בשל קשירתם לחומר הלוכד. ניתן לבצע טיהור באמצעות איסוף התוצר הנקי בסינון, בצנטריפוגה או באמצעות הסרת הנוזל העליון בעזרת טפטפת/פיפטה.
ספרות ומקורות
- קרקוטי, א.ס.; סינג, ס'; קומאר, א'; מלינסקה, מ.; קוצ'יבהטלה, ש'; ווזניאק, ק'; עצמי, ו.ט.; Seal, S. (2009): PEGylated Nanoceria as Radical Scavenger with Tunable Redox Chemistry. J. Am. Chem. Soc. 131/40, 2009; עמ' 14144–14145.
- Suslick, K.S. (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. 4th ed. J. Wiley & Sons: New York; 26, 1998; pp. 517–541.