המסה אולטרסונית של מוצקים בנוזלים
הכנת תמיסות היא שלב חשוב הן עבור דגימות מעבדה והן בייצור תעשייתי. ככלל, יש להכין את דגימות המעבדה בצורה נוזלית לפני האנליזה. הומוגניזציה והמסה אולטרסוניות הן אמצעי מהיר ואמין להכנת דגימות בכל גודל. בייצור תעשייתי, הכנת תמיסות הומוגניות שהחומרים בהן מומסים היטב היא לעיתים קרובות גורם מכריע בהבטחת מאפייני מוצר קבועים ואיכות אחידה. מכשירי המסה אולטרסוניים זמינים כמכשירי מעבדה קומפקטיים וכמכשירי המסה תעשייתיים לייצור מסחרי בהיקף מלא.
מכשירי המסה אולטרסוניים: שימוש ויישומים
אולטרסאונד הוא כלי מוכר ואמין להכנת דגימות במעבדה. היישומים הנפוצים כוללים הומוגניזציה, יצירת תחליבים, פיזור, מיצוי, סילוק גזים וטיפולים סונוכימיים.
לצורך מדידות במכשירים אנליטיים (למשל HPLC, ספקטרומטר אטומי וכדומה), בדרך כלל יש להכין את רוב הדגימות בצורה נוזלית. פירוש הדבר הוא שהדגימה חייבת להיות במצב הומוגני של תמיסה, או שיש להעבירה לצורת קולואיד, תרחיף, דיספרסיה או תחליב אם התערובת הטרוגנית באופייה. טיפול אולטרסוני רב עוצמה הוא כלי יעיל מאוד להכנת תערובות הומוגניות והטרוגניות כאחד.
אם אתם מעוניינים בהכנת תרחיפים הטרוגניים, לחצו כאן למידע על: יצירת תחליבים באולטרסאונד וכן פיזור אולטרסוני!
ליצירת תערובות הומוגניות באמצעות המסה אולטרסונית, המשיכו לקרוא בהמשך!
המכשיר האולטרסוני רב העוצמה UP200St בהספק 200W הוא יחידת עבודה רבת עוצמה ועמידה מאוד למעבדה ולייצור בהיקפים קטנים יותר.
קוויטציה אולטרסונית להמסה
אם הדגימה מסיסה, ניתן להמיס את המומס (כגון סוכרלוז או מלחים, למשל בצורת אבקה או טבליות) בממס (למשל מים, ממסים מימיים, ממסים אורגניים וכדומה), וכך מתקבלת תערובת הומוגנית המורכבת מפאזה אחת בלבד. ניתן לבצע את תהליך ההמסה באמצעות ערבוב ידני או מכני, שהוא ממושך ולא יעיל. בעיות נלוות הן אובדן דגימה עקב הטיפול בה או היעדר שחזוריות עקב שגיאות אקראיות וערבוב לא אחיד.
טיפול אולטרסוני משמש לעיתים קרובות לקידום המסה יעילה ומהירה של דגימות. המסה בסיוע אולטרסאונד מבוססת על הערבול המכני הנובע מהשפעות הקוויטציה הנגרמות מהחדרת גלי אולטרסאונד לנוזלים. החדרת אנרגיה אולטרסונית מקלה על הטיפול המקדים בדגימות ומאיצה אותו, למשל בהמסה ובמיצוי בשטיפה לפני האנליזה.
הכנת תמיסה בסיוע אולטרסאונד מאפשרת להמיס מומסים בריכוז גבוה וליצור ביעילות ובמהירות תמיסה מרוכזת או רוויה (וגם בעלת רוויית יתר).
כאשר מוחדר אולטרסאונד בהספק גבוה ובתדר נמוך לתווך נוזלי, הקוויטציה האקוסטית הנוצרת יוצרת תנאים ייחודיים. טיפול אולטרסוני שיפר טיפולים מקדימים בדגימות נוזל–נוזל ומוצק–נוזל (למשל עיכול, המסה ומיצוי), המיושמים בדרך כלל לפני זיהוי ומדידה אנליטיים.
קצב ההמסה מכמת את מהירות תהליך ההמסה. קצב ההמסה מושפע מגורמים שונים:
- החומרים: הממס והמומס
- טמפרטורה + לחץ
- דרגת הרוויה (או תת־הרוויה)
- היעילות וההשפעה של ההמסה והערבוב
- שטח הפנים של הממשק בין הפאזות
- נוכחות מעכבים (למשל חומרים השוקעים על החלקיקים או יוצרים חסימה בגבול בין הפאזות)
כדי להאיץ את תהליך הסולבציה ואת קצב ההמסה, נדרשים הומוגנייזרים רבי עוצמה המספקים השפעה מכנית מספקת. יכולות ההמסה והערבוב באמצעות קוויטציה של הומוגנייזרים אולטרסוניים מוכרות היטב, ולכן הם כלי נפוץ ואמין להכנת דגימות במעבדות.
תמונות מיקרוסקופיות של תרחיף מלוקסיקם:
משמאל: תרחיף מלוקסיקם שלא טופל; מימין: ננו־תרחיף מלוקסיקם שהתקבל באמצעות טיפול אולטרסוני באמצעות UP100H במשך 45 דקות באמפליטודה של 100% ובהגדרת מחזור 1.
(מחקר ותמונה: ©Iurian et al., 2015)
המסה אולטרסונית של דגימות מעבדה
המסה בסיוע אולטרסאונד להכנת דגימות משמשת במעבדות לפני מדידות אנליטיות.
רשימת מכשירים אנליטיים הדורשים (לעיתים קרובות) דגימות בצורה נוזלית:
- HPLC – כרומטוגרפיה נוזלית בביצועים גבוהים
- FTIR – ספקטרוסקופיית תת־אדום בהתמרת פורייה
- GC – כרומטוגרפיית גזים
- ספקטרוסקופיה אטומית
- ATR – החזרה פנימית מלאה מוחלשת
- מדידת גודל חלקיקים באמצעות עקיפת לייזר
- פיזור אור דינמי
באמצעות המכשיר האולטרסוני להכנת דגימות SonoStep, ניתן לבצע את כל הטיפול בדגימות לפני האנליזה באופן מקוון: המכשיר האולטרסוני להכנת דגימות כולל בוחש ומשאבה משולבים, כך שהדגימות זורמות באופן יציב ורציף במערכת סגורה. כך מובטחת סוניקציה אחידה ואמינה ללא סיכון לזיהום צולב ולשינוי בתכונות הדגימה או לאובדן דגימה.
קראו עוד על SonoStep, היחידה האולטרסונית הכוללת להכנת דגימות!
המסה אולטרסונית לייצור תעשייתי
בקווי ייצור תעשייתיים משולב אולטרסאונד בהספק גבוה כדי להמיס תערובות מוצק–נוזל ולהפוך אותן להומוגניות, ליצירת מוצר אחיד ויציב.
להלן כמה דוגמאות מענפי תעשייה שונים:
- תעשיית התרופות: המסה של רכיבי תרופות, למשל מלחים ופולימרים
- תעשיית המזון והמשקאות: המסה של רכיבים, למשל סוכר, מלח, סירופ ותבלינים
- צבעים וציפויים: המסה של פולימרים
- כימיה: הכנת תמיסה בעלת רוויית יתר לפני תגובות שיקוע
מכשיר המסה אולטרסוני UIP6000hdT לתפוקה גבוהה בייצור תעשייתי של תמיסות
מעבדים אולטרסוניים ליישומי המסה בכל קנה מידה
Hielscher Ultrasonics מציעה את הפתרון האידיאלי ליישומי ההמסה וההרטבה שלכם. בין שאתם צריכים להכין דגימות אנליטיות במעבדה ובין שאתם צריכים לייצר נפחים גדולים של תמיסות או תמלחות במצב זרימה רציפה – ל-Hielscher Ultrasonics יש מכשיר המסה אולטרסוני אידיאלי לתהליך שלכם!
עם מכשירים אולטרסוניים בכל דרגת הספק, הן לעיבוד באצוות והן לעיבוד מקוון, נמליץ לכם על המכשיר האולטרסוני המתאים ביותר למטרות העיבוד שלכם!
הטבלה שלהלן מציגה הערכה של כושר העיבוד המשוער של המכשירים האולטרסוניים שלנו:
| נפח אצווה | ספיקת זרימה | מכשירים מומלצים |
|---|---|---|
| 1 עד 500mL | 10 עד 200mL/min | UP100H |
| 10 עד 2000mL | 20 עד 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 עד 20L | 0.2 עד 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 עד 100L | 2 עד 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 עד 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | גבוהה יותר | מערך של מכשירי UIP16000 |
צרו איתנו קשר! / שאלו אותנו!
Hielscher Ultrasonics מייצרת הומוגנייזרים אולטרסוניים עתירי ביצועים ליישומי ערבוב, פיזור, יצירת תחליבים ומיצוי בקנה מידה מעבדתי, בקנה מידה של פיילוט ובקנה מידה תעשייתי.
ספרות / מקורות
- 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.
