Ultrazvučni homogenizatori
Ultrazvučni homogenizatori su moćni alati za miješanje i homogeniziranje suspenzija kruto-tekuće i tekuće-tekuće. Ultrazvučna homogenizacija je mehanički proces smanjenja čestica u tekućini tako da postanu jednoliko male i ravnomjerno raspoređene. Hielscher nudi snažne ultrazvučne homogenizatore za primjenu u laboratoriju i proizvodnji.
Primjena i utjecaj ultrazvučnih homogenizatora
Ultrazvučni homogenizatori su snažne i pouzdane miješalice, koje se koriste u laboratoriju i industriji za brojne primjene.
Ultrazvučni homogenizator može se koristiti za različite primjene, uključujući:
- Homogenizacija: Ultrazvučni homogenizatori mogu homogenizirati uzorke za stvaranje jednolikih i konzistentnih smjesa.
- Disperzija: Ultrazvučni homogenizatori mogu se koristiti za raspršivanje krutih čestica u tekućinama za stvaranje stabilnih suspenzija. Ultrasonication je izvanredno učinkovit u stvaranju nano-disperzija.
- Emulgiranje: Ultrazvučni homogenizatori mogu se koristiti za stvaranje stabilnih emulzija i nanoemulzija razbijanjem i raspršivanjem tekućina koje se ne miješaju, kao što su ulje i voda.
- Poremećaj stanica: Ultrazvučni homogenizatori mogu razbiti otvorene stanice kako bi ekstrahirali unutarstanične komponente kao što su proteini, nukleinske kiseline, enzimi i metaboliti.
- Otplinjavanje: Ultrazvučni homogenizatori mogu se koristiti za uklanjanje otopljenih plinova iz tekućina, kao što su otplinjavanje HPLC otapala ili rashladnih tekućina.
- Ultrazvučno potpomognute kemijske reakcije: Ultrazvučni homogenizatori također se mogu koristiti za kemijske reakcije potpomognute sonikacijom, kao što je sonokemijska sinteza, kataliza ili razgradnja.
Sve u svemu, ultrazvučni homogenizatori su svestran alat koji se može koristiti za širok raspon primjena u istraživanju, razvoju i industrijskim procesima.
Ultrazvučni homogenizator UIP1000hdT za R&D i proizvodnja
Snažni ultrazvuk za smanjenje veličine čestica: Kada se ultrazvučni homogeizatori koriste za primjene kao što su miješanje, dispergiranje i emulgiranje, cilj je smanjiti male čestice ili kapljice u tekućini ili kaši kako bi se poboljšala ujednačenost i stabilnost smjese. Te čestice (disperzna faza) mogu biti krutine ili tekućine. Smanjenje srednjeg promjera čestica povećava broj pojedinačnih čestica. To dovodi do smanjenja prosječne udaljenosti čestica i povećanja površine čestica. Grafikon prikazuje korelaciju između promjera pojedinačne čestice i ukupne površine. Površina i prosječna udaljenost čestica mogu utjecati na reologiju tekućine.
Ako postoji razlika u specifičnoj težini između čestica i tekućine, homogenost smjese može utjecati na stabilnost disperzije. Ako je veličina čestica slična za većinu čestica, smanjuje se tendencija aglomeracije tijekom taloženja ili dizanja, jer slične čestice imaju sličnu brzinu dizanja ili taloženja.
Ultrazvučne disperzije pokazuju jednoliku distribuciju veličine čestica s homogeno smanjenim česticama. Krivulje pokazuju raspodjelu čestica silicija prije ultrazvuka (zelena krivulja) i nakon ultrazvučne disperzije (crvena krivulja).
Ultrazvučni vs visokotlačni homogenizatori
Najčešći mehanizam homogenizacije je homogenizacija pod visokim pritiskom. Tamo se tekućina tlači pod visokim tlakom (cca. 2000 barg) kroz homogenizirajući ventil. Prilikom prolaska kroz ventil, tekućina prolazi kratki (otprilike 50 mikrosekundi) ciklus visokog tlaka i niskog tlaka.
Dok ovaj mehanizam dobro funkcionira za male, mekane čestice, kao što su masne kuglice u mlijeku, on ima svoja ograničenja kada se koristi za disperzije tvrdih i abrazivnih materijala, kao što su pigmenti, mediji za poliranje ili metalni oksidi, ili vlaknasti i žilasti materijali, kao što su voćne kašice, alge ili mulj. To je zbog velikih brzina tekućine (do 120mtr/sec) i zbog malih otvora korištenih ventila. Dok abrazivni materijal prolazi kroz pumpe i otvor ventila, uzrokuje trošenje. To smanjuje učinkovitost i životni vijek pumpe i ventila.
Prednosti ultrazvučnih homogenizatora
- Ultrazvučni homogenizatori proizvode male čestice/kapljice i usku krivulju distribucije.
- Ultrazvučni homogenizatori mogu podnijeti visoke koncentracije čvrstih tvari.
- Ultrazvučni homogenizatori pripremaju stabilan suspenzije, disperzije i emulzije.
- Ultrazvučnim homogenizatorima se može precizno upravljati jer se na važne procesne parametre (npr. amplituda, snaga, vrijeme, temperatura i tlak) može utjecati i podešavati.
- Ultrazvučni homogenizatori su vrlo učinkoviti, energetski učinkoviti, jednostavni za korištenje i sigurni za rad.
Ultrazvučni homogenizatori za zahtjevne primjene
Mokro mljevenje, mljevenje i miješanje su tipične primjene, gdje se ultrazvučni uređaji koriste kao pouzdani homogenizatori. Ultrazvučni homogenizatori su vrlo učinkoviti za smanjenje mekih i tvrdih čestica. Za razliku od mnogih drugih tehnologija homogenizacije, homogenizatori tipa ultrazvučne sonde mogu rukovati čak i s vrlo tvrdim, abrazivnim i vlaknastim materijalima.
Princip rada ultrazvučne homogenizacije temelji se na kavitaciji. Kada su tekućine izložene intenzivnom ultrazvuku, zvučni valovi se šire kroz tekućinu uzrokujući naizmjenične cikluse visokog i niskog tlaka (približno 20000 ciklusa/sek.). Tijekom ciklusa niskog tlaka, stvaraju se mali vakuumski mjehurići visokog intenziteta u tekućini, kako se postiže tlak pare tekućine.
Kada mjehurići dosegnu određenu veličinu, snažno se kolabiraju tijekom ciklusa visokog tlaka. Tijekom te implozije lokalno se stvaraju vrlo visoki tlakovi i brzi mlazevi tekućine. Rezultirajuće struje i turbulencije ometaju aglomerate čestica i dovode do nasilnih sudara između pojedinačnih čestica.
Jedna od glavnih prednosti ultrazvučnih homogenizatora je mali broj mokrih i pokretnih dijelova. To smanjuje trošenje uslijed trenja i vrijeme čišćenja. Postoje samo dva mokra dijela: sonotroda i protočna ćelija. Oba imaju jednostavnu geometriju i nemaju male ili skrivene otvore.
Još jedna prednost je točna kontrola nad radnim parametrima koji utječu na kavitaciju. Hielscher ultrazvučni homogenizatori mogu se koristiti pri amplitudama oscilacija od cca. 1 do 200 mikrona. Tlak tekućine može varirati od 0 do pribl. 500 psig. Budući da su amplituda i tlak najutjecajniji parametri, širok radni raspon svakog parametra omogućuje vrlo nježnu do vrlo destruktivnu obradu.
Hielscher ultrazvučni homogenizatori su kontrolirane amplitude. Time će se podešena amplituda održavati u svim radnim uvjetima. To čini ultrazvuk kontroliranim i ponovljivim. Sonikacija pod identičnim radnim parametrima dat će dosljedne i ponovljive rezultate. Ovo je važno za kvalitetu proizvedenog materijala i za povećanje rezultata procesa od laboratorija do razine proizvodnje.
Ultrazvučni homogenizatori za sve razmjere
Hielscher proizvodi ultrazvučne homogenizatore za homogenizaciju bilo kojeg volumena uzorka za šaržnu ili inline obradu. Laboratorijski ultrazvučni homogenizatori mogu se koristiti za volumene od 1,5 mL do cca. 5L. Ultrazvučni industrijski homogenizatori koriste se za razvoj procesa i proizvodnju šarža od 0,5 do približno 2000L ili protoka od 0,1L do 20m³ na sat.
Projektiranje, proizvodnja i savjetovanje – Kvaliteta Proizvedeno u Njemačkoj
Hielscher ultrasonicators su poznati po svojim najvišim standardima kvalitete i dizajna. Robusnost i jednostavan rad omogućuju glatku integraciju naših ultrazvučnih uređaja u industrijske objekte. Teški uvjeti i zahtjevna okruženja lako se nose s Hielscher ultrasonicators.
Hielscher Ultrasonics je ISO certificirana tvrtka i stavlja poseban naglasak na ultrazvučne uređaje visokih performansi koji sadrže najsuvremeniju tehnologiju i jednostavnu su za korištenje. Naravno, Hielscher ultrasonicators sukladni su CE i ispunjavaju zahtjeve UL, CSA i RoHs.
| Volumen serije | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 0.5 do 1,5 ml | na | VialTweeter |
| 1 do 500 ml | 10 do 200 ml/min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100l | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 do 150L | 3 do 15L/min | UIP6000hdT |
| na | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| na | veći | klaster od UIP16000 |
Ultrazvučni homogenizatori za visokoučinkovite primjene
Hielscher ultrazvučni homogenizatori su radni konj za miješanje i homogenizaciju. Ultrazvučni laboratorijski homogenizatori su kompaktni i pouzdan alat za učinkovito i brzo raspršivanje i emulgiranje malih i srednjih uzoraka. Hielscherovi industrijski ultrazvučni homogenizatori su učinkoviti i nadmašuju tradicionalne tehnike homogenizacije kao što su visokotlačni homogenizatori ili mlinovi s kuglicama. Hielscher industrijski homogenizatori mogu isporučiti vrlo visoke amplitude i stoga su iznimno snažni kada su u pitanju procesi miješanja, dispergiranja i mljevenja. Amplitude do 200 µm mogu se lako neprekidno izvoditi u radu 24/7. Za još veće amplitude dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode. Robusnost Hielscherove ultrazvučne opreme omogućuje 24/7 rad pri teškim uvjetima rada iu zahtjevnim okruženjima.
Naši kupci su zadovoljni izvanrednom robusnošću i pouzdanošću Hielscher Ultrasonics’ homogenizatori. Instalacija u područjima teške primjene, zahtjevna okruženja i rad 24/7 osiguravaju učinkovitu i ekonomičnu obradu. Intenziviranjem ultrazvučnog procesa skraćuje se vrijeme obrade i postižu bolji rezultati, tj. veća kvaliteta, veći prinosi, inovativni proizvodi.
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Ultrazvučni homogenizatori tkiva
Osim pripreme disperzija i emulzija, ultrazvučni homogenizatori čvrsto su utemeljeni u biotehnologiji, staničnoj i molekularnoj biologiji i znanosti o životu za staničnu lizu i frakcioniranje, razbijanje tkiva, ekstrakciju unutarstaničnih spojeva kao i smicanje DNA, RNA i kromatina . Dostupni su ultrazvučni homogenizatori za pripremu uzoraka od malih volumena (0,1 mL) do vrlo velikih volumena za industrijske procese (npr. ekstrakcija bioaktivnih spojeva za proizvodnju dodataka).
Kako bi se poremetilo tkivo ultrazvučnim homogenizatorom, koristi se izotonična puferska otopina za zaustavljanje osmotskog oštećenja. Hielscher ultrazvučni homogenizatori dolaze sa senzorom temperature i postavkom za kontrolu temperature, što omogućuje da uzorci budu u dobro kontroliranom rasponu temperature.
Za više detalja o ultrazvučnim homogenizatorima tkiva kliknite ovdje!
Literatura / Reference
- Seyed Mohammad Mohsen Modarres-Gheisari, Roghayeh Gavagsaz-Ghoachani, Massoud Malaki, Pedram Safarpour, Majid Zandi (2019): Ultrasonic nano-emulsification – A review. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 52, 2019. 88-105.
- Alex Patist, Darren Bates (2008): Ultrasonic innovations in the food industry: From the laboratory to commercial production. Innovative Food Science & Emerging Technologies, Volume 9, Issue 2, 2008. 147-154.
- Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
- Suslick, Kenneth S.; Hyeon, Taeghwan; Fang, Mingming; Cichowlas, Andrzej A. (1995): Sonochemical synthesis of nanostructured catalysts. Materials Science and Engineering: A. Proceedings of the Symposium on Engineering of Nanostructured Materials. ScienceDirect 204 (1–2): 186–192.
- Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue1. January 9, 2020.
7 ultrazvučnih homogenizatora UIP1000hdT (7x 1kW ultrazvučne snage) instaliran kao klaster
Činjenice koje vrijedi znati
Primjena ultrazvučnih homogenizatora tipa sonde
Područje primjene, gdje se ultrazvučni homogenizatori sa sondama uspješno koriste, pokriva višestruke procese u različitim industrijama. najistaknutije primjene ultrazvučnih uređaja uključuju pripremu suspenzija, disperzija i emulzija, mokro mljevenje mikronskih i nanočestica, praškove za otapanje i tablete, proizvodnju ekstrakata iz biljaka, lizu stanica, ekstrakciju i naknadno rezanje DNA, RNA i kromatin, ekstrakcija proteina, inkapsulacija API-ja u liposomima i sonokemijske reakcije, gdje se snažni ultrazvučni valovi koriste za pokretanje i ubrzavanje reakcija (sono-kataliza, sono-sinteza), za povećanje prijenosa mase i za promjenu reakcijskih putova.
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi od laboratorija do industrijska veličina.