Ultrazvučni uređaji i sonde za obradu tekućina

Hielscher ultrasonicators se koriste za laboratorijske uzorke, pilot razmjera obrade ili pune razmjera proizvodnje. To uključuje ultrazvučne procesore i sonde za ultrazvučnu obradu bilo kojeg volumena tekućine, od nekoliko mikrolitara do stotina kubnih metara na sat. Hielscher Ultrasonics isporučuje sonikatore visokih performansi i srodnu ultrazvučnu opremu visokog intenziteta za istraživanje i industriju.

Zahtjevi za tretiranje tekućina ultrazvučnom kavitacijom dolaze u mnogim veličinama: uzorci tkiva u malim bočicama, uzorci boja u limenkama, šarže reaktora ili kontinuirani protok materijala. Hielscher nudi ultrazvučne uređaje za bilo koji volumen tekućine. Na primjer, UP100H je kompaktni ručni sonikator tipa sonike za do 500 ml. Snažni ultrazvučni uređaji snage 400 W UP400St snažan je laboratorijski homogenizator za do 2000 ml. A s industrijskim razredom UIP1000hdT, nudimo snažnu ultrazvučnu mješalicu tipa sonde za razvoj aplikacija i proizvodnju u malim razmjerima. Za veće proizvodne ciljeve, Hielscher nudi sonikatore od 4000 watta, 6000 watta, 10 kW i 16 kW. Tablica ispod navodi sve standardne laboratorijske i industrijske ultrazvučne uređaje.

Laboratorijski ultrazvučni homogenizatori

industrijski ultrazvučni uređaji

Ultrazvučni procesi i primjene

Ultrazvučno miješanje

Dok mješalice u spremnicima mogu miješati tekućine slične viskoznosti koje se lako miješaju, tekućine različite viskoznosti ili viskoznije tekućine mogu zahtijevati visoko mehaničko smicanje za brzo i potpuno miješanje. Naši ultrazvučni uređaji mogu jednostavno miješati dvije ili više tekućina u liniji. Za to bi se tekućine kombinirale neposredno prije reaktora ultrazvučnih protočnih ćelija. Pročitajte više o blendanju!

ultrazvučno homogeniziranje

Hielscher ultrazvučni homogenizatori su vrlo učinkoviti u postizanju male i ujednačene kuglice ili veličine čestica pri obradi formulacija prah/tekućina ili tekućina/tekućina. Visoke hidrauličke sile smicanja koje generira ultrazvuk razbijaju aglomerate, kapljice i stanično tkivo u manje fragmente i proizvode ujednačen proizvod fine veličine. Naš asortiman homogenizatora pokriva bilo koji volumen obrade od laboratorijskih bočica do masovne proizvodnje. Pročitajte više o homogenizaciji!

Ultrazvučna deaglomeracija

Hielscher ultrazvučni homogenizatori razbijaju aglomerate praha u tekućinama koje konvencionalne mješalice i mikseri visokog smicanja ne mogu razbiti. Visoko kavitacijsko smicanje raspršuje i homogenizira aglomerirane čestice što rezultira većom specifičnom površinom. Hielscher ultrazvučni homogenizatori mogu se jednostavno integrirati u liniji ili u seriji. Pročitajte više o deaglomeraciji!

ultrazvučno raspršivanje

Za gotovo svaki proizvod važno je da su čestice odvojene od ostalih čestica kako bi se povećala površina čestica i postigla jednolika raspodjela. Čak i disperzije se lako mogu postići ultrazvukom. Hielscher ultrasonicators naširoko se koristi za proizvodnju fine veličine disperzije u mikron- i nano-rasponu. Pročitajte više o disperziji!

ultrazvučno emulgiranje

Prilikom miješanja tekućina koje se ne miješaju u emulziju, veličina kapljice i distribucija su ključni čimbenici za stabilnost emulzije. Ultrazvuk može stvoriti kapljice vrlo fine veličine i usku distribuciju veličine. U većini slučajeva, naše ultrazvučne mješalice mogu postići submikronske kapljice pri pripremi emulzija u seriji ili u liniji. Za razliku od visokotlačnih homogenizatora, visoko smicanje koje proizvode naši ultrazvučni uređaji će emulgirati čak i tekućine visoke viskoznosti, kao što su teška loživa ulja (HFO). Neke formulacije mogu zahtijevati dodavanje emulgatora ili stabilizatora. U ovom slučaju ultrazvučni uređaji pomažu u jednoličnom miješanju emulgatora. Pročitajte više o emulgiranju!

ultrazvučno otapanje

Ultrazvučni homogenizatori su učinkovito i pouzdano sredstvo za solubilizaciju različitih materijala, kao što su sol, šećeri, sirupi, smole i polimeri. Mlazovi tekućine velike brzine stvoreni ultrazvučnom kavitacijom povećavaju prijenos mase na graničnim slojevima. To rezultira bržim i potpunijim otapanjem i ispiranjem čestica ili tekućina visoke viskoznosti. Pročitajte više o ultrazvučnom otapanju!

Ultrazvučno smanjenje veličine čestica

Hielscher ultrazvučni procesori mogu razbiti aglomerate, agregate i primarne čestice različitih materijala, kao što su pigmenti, metalni oksidi ili kristali. Ultrazvuk može postići vrlo ujednačenu i usku distribuciju veličine čestica s malo ili nimalo varijacija između serija. Ultrazvučno mljevenje je najučinkovitije u rasponu ispod 500 mikrona do submikrona i rasponu nano veličine. Naši ultrazvučni reaktori mogu podnijeti velika opterećenja čvrstih tvari i visoku viskoznost kaše. Konačna veličina čestica ovisit će o tvrdoći proizvoda. Pročitajte više o smanjenju veličine čestica!

Više ultrazvučnih procesa

Ultrazvučno čišćenje površine čestica

Površina čestica praha je ključni faktor za interakciju s okolnom tekućinom. Na takvim granicama čvrste/tekuće faze odvija se otapanje, kemijske reakcije ili katalitička aktivnost. Ultrazvučna homogenizacija povećava izloženost površine čestica tekućoj fazi ravnomjernom deaglomeracijom i smanjenjem veličine čestica. Tijekom katalitičkih i kemijskih reakcija, površina čestica može biti blokirana taloženjem ostataka, stvaranjem graničnog sloja, slojeva oksida i onečišćenja. Ultrazvučna kavitacija uzrokuje brze mlazove tekućine, visoko hidrauličko smicanje i međučestične sudare što rezultira čišćenjem površine čestica. Hielscher ultrazvučni uređaji mogu se koristiti u seriji ili u liniji za uklanjanje onečišćenja od čestica u tekućinama.

ultrazvučna agitacija

Ultrazvučno miješanje i miješanje spremnika zahtijeva pouzdanu opremu, posebno za povećanje viskoznosti i volumena. Konvencionalne mješalice u spremniku kao što su mješalice s lopaticama ili rotor-statorske mješalice ograničene su raznim čimbenicima, uključujući viskoznost i skalabilnost. Stoga je ultrazvučno miješanje spremnika velike snage pravi izbor za vaš proces miješanja zbog veće propusnosti, uštede vremena, nižih operativnih troškova, sigurnog rada (bez pokretnih dijelova) i jednostavnog održavanja. Pročitajte više o ultrazvučnim mješačima spremnika!

Ultrazvučna hidratacija

Prilikom miješanja suhih praškova, kao što su pigmenti, zgušnjivači ili gume s tekućinama, čestice praha imaju tendenciju stvaranja aglomerata, grudica ili tzv. “Riblje oči” (djelomično hidratizirani prah s jezgrom suhog praha). Miješalice i mješalice ispirat će samo površinu takvih aglomerata. To rezultira dugim vremenom miješanja i lošom kvalitetom proizvoda. Ultrazvučno miješanje razbija aglomerate i grudice što dovodi do rješenja bez aglomerata. Nadalje, dobro je poznato da sonokemijski učinci aktiviraju površinu čestica, što dovodi do prednosti kao što su brže reakcije i poboljšana kvaliteta proizvoda.

ultrazvučna priprema uzorka

Za mjerenja pomoću analitičkih instrumenata (npr. HPLC, atomski spektrometar, itd.), općenito većina uzoraka mora biti ukapljena. Ako je uzorak topiv, otopljena tvar (kao što je sukraloza, soli, npr. u obliku praha ili tableta) može se otopiti u otapalu (npr. voda, vodena otapala, organska otapala itd.) što rezultira homogenom smjesom, sastavljenom samo od jednog faza. Proces otapanja može se provesti ručnim ili mehaničkim miješanjem, što je dugotrajno i neučinkovito. Povezani problemi su gubici uzorka zbog manipulacije ili nedostatka ponovljivosti slučajnim pogreškama i neravnomjernim miješanjem.

Ultrazvuk za kemijsku aktivaciju

Za pokretanje kemijske reakcije potrebna je energija. Takozvana aktivacijska energija je količina energije potrebna da se reakcija započne i spontano nastavi. Unosom ultrazvučne energije može se pokrenuti kemijska reakcija jer se privlačne sile svladavaju i stvaraju slobodni radikali. Tipične kemijske reakcije koje imaju koristi od ultrazvuka su sono-kataliza (npr kataliza prijenosa faza), sintetske organske reakcije, sonoliza kao i sol-gel-rute. Nadalje, ultrazvučne sile stvaraju visoko reaktivne površine, što je važna tehnika za povećanje aktivnosti katalizatora.

Ultrazvučno stanjivanje smicanjem

Fenomen smanjenja viskoznosti pod povećanjem posmičnih sila naziva se smično stanjivanje ili tiksotropija. Smanjenje viskoznosti je od velike važnosti kada treba modificirati opterećenje medija česticama. Da bi se postiglo veće opterećenje čvrstom tvari, u prvom koraku mora se smanjiti viskoznost. Nakon smanjenja viskoznosti, krutine se mogu dodati i dispergirati u mediju. Visoke sile smicanja stvorene ultrazvučnom kavitacijom uzrokuju stanjivanje smicanjem i izvanredne rezultate raspršivanja. Ova se primjena uglavnom integrira prije sušenja raspršivanjem ili zamrzavanja raspršivanjem kako bi se povećao kapacitet procesa raspršivanja ili kako bi se utjecalo na reologiju tiksotropnog materijala, npr. polimera.

Ultrazvučno mokro mljevenje

Mljevenje i smanjenje veličine čestica ključni su procesi u mnogim industrijskim granama, primjerice za boje & premazi, inkjet tinta & tiskanje, kemikalije ili kozmetika. Ultrazvučna tehnologija mljevenja dokazana je zbog pouzdanog smanjenja veličine i disperzije u mikronskom i nano rasponu veličine. Njegova nenadmašna snaga u odnosu na mlinove s perlama, kuglicama i šljunčanim mlinovima leži u izbjegavanju bilo kakvih medija za mljevenje (npr. perli/bisera) koji zagađuju konačni proizvod zbog abrazije. Nasuprot tome, ultrazvučno mljevenje temelji se na interpartikularnom sudaru – to znači da se čestice koje se samelju koriste kao krupica. Stoga dugotrajno čišćenje medija za mljevenje više nije problem. Visoke viskoznosti i velike količine struje mogu se obraditi što rezultira visokokvalitetnim proizvodom. Za integraciju u industrijsku procesnu liniju, Hielscher nudi odgovarajuće rješenje: sustave koji se mogu klasterizirati, jednostavnu integraciju/naknadno opremanje, malo održavanja, jednostavan rad i visoku pouzdanost. Pročitajte više o mokrom mljevenju i finom mljevenju!

Ultrazvučna ekstrakcija i liza stanica

Dezintegracija ili liza stanica uobičajeni je dio dnevne pripreme uzoraka u biotehnološkim laboratorijima. Cilj od liza je poremetiti dijelove stanične stijenke ili cijelu stanicu kako bi se oslobodile biološke molekule. Takozvani lizat može se sastojati od npr. plazmida, analiza receptora, proteina, DNA, RNA itd. Sljedeći koraci nakon lize su frakcioniranje, izolacija organela i/ili ekstrakcija i pročišćavanje proteina. Ekstrahirani materijal (= lizat) mora se odvojiti i podliježe daljnjim ispitivanjima ili primjenama, npr. za proteomska istraživanja. Ultrazvučni homogenizatori uobičajeni su alat za uspješnu lizu i ekstrakciju stanica. Budući da se ultrazvučni intenzitet može izravnati podešavanjem parametara procesa, optimalni intenzitet sonikacije – varira od vrlo mekog do vrlo intenzivnog – može se postaviti za svaku tvar i medij. Pročitajte više o ekstrakciji i lizi stanica!

Ultrazvučna inaktivacija mikroba

Inaktivacija mikroba ključni je proces u preradi hrane. Zbog sve veće potražnje za svježom, blago prerađenom hranom, industrija slijedi zahtjeve kupaca zamjenjujući termičko čuvanje blažim metodama obrade. Ultrasonication je ne-termalna tehnika koja omogućuje inaktivaciju mikroorganizama na subletalnim temperaturama što rezultira boljim očuvanjem senzorskih atributa, hranjivih i funkcionalnih svojstava proizvoda. Kako su mikroorganizmi glavni uzrok kvarenja hrane, tehnika konzerviranja mora biti usmjerena prema njima. Prednost sonikacije je potpuna kontrola nad intenzitetom sonikacije, a time i prilagodljivost određenim vrstama mikroba i proizvoda. Pročitajte više o inaktivaciji mikroba!

ultrazvučno otplinjavanje

U mnogim tekućim proizvodima, otopljeni plin kao što je zrak, kisik ili ugljični dioksid, uzrokuje probleme za nizvodne procese ili kvalitetu proizvoda. Otopljeni plin može uzrokovati koroziju, pjenjenje, stvaranje mikro mjehurića ili rast mikroba.
Pod ultrazvučnim zračenjem, otopljeni plin se ekstrahira u vakuum kavitacijskih mjehurića (vakuumsko otplinjavanje). Mjehurići ispunjeni plinom naknadno isplivaju na vrh i tako se mogu ukloniti. Sadržaj plina u tekućini može se brzo smanjiti ispod prirodne ravnoteže pri atmosferskom tlaku pomoću ultrazvučnog otplinjavanja. Pročitajte više o otplinjavanju!

Ultrazvučno uklanjanje mikro-mjehurića

Suspendirani mikro-mjehurići u tekućinama i kašama značajan su problem kvalitete za mnoge proizvode, budući da takvi mjehurići mogu rezultirati nečistoćom proizvoda, rastom mikroba, zamagljenošću premaza, mehaničkom nestabilnošću ili neujednačenim rezultatima ispisa inkjet tinte koja sadrži plin. Ultrazvučni valovi koji se šire kroz tekućinu prisiljavaju suspendirane mjehuriće da se spoje u veće mjehuriće koji će isplivati na vrh i na taj način se mogu ukloniti. Ultrazvučna obrada pomaže mjehurićima da se kreću kroz tekućinu, npr. vodu, ulje ili smolu, što dovodi do bržeg i potpunijeg odzračivanja. Pročitajte više o uklanjanju mikro mjehurića!

Ultrazvučno uklanjanje pjene

U mnogim industrijskim procesima, kao što su fermentacija, probava ili kemijski procesi, pjena uzrokuje velike probleme jer proces čini manje kontroliranim. Uglavnom, pjena je neželjeni nusprodukt, koji se mora ukloniti. Uobičajeno korištene kemikalije protiv pjenjenja skupe su i zagađuju konačni proizvod. Nasuprot tome, visoko intenzivni ultrazvučni valovi (sono-defoaming) razbijaju pjenu bez kontaminacije. Uništavanje pjene je meka ultrazvučna aplikacija niske energije. Posebno dizajnirane pločaste sonotrode stvaraju valove visoke amplitude rođene zrakom, koji destabiliziraju mjehuriće u pjeni tako da se kolabiraju. To se može postići u nekoliko sekundi i nema nikakvih zaostalih učinaka. Pročitajte više o uklanjanju pjene!

Ultrazvučno grijanje

Iako zagrijavanje uglavnom nije glavna svrha sonikacije, ne treba zanemariti nuspojavu stvaranja topline u tretiranom mediju. Kontrolirano grijanje ima prednost jer se toplinom poboljšavaju mnogi procesi. Tijekom mnogih procesa, npr. konzerviranja ili kemijskih reakcija, ultrazvučni tretman je namjerno podržan povišenom temperaturom, poznatom kao termosonifikacija. Za materijale osjetljive na toplinu, ciljano hlađenje tijekom sonikacije osigurava stabilne temperature tijekom ultrazvučne obrade. Implementacijom ledenih kupki, protočnih ćelija s rashladnim omotačima i integriranim izmjenjivačima topline u postavu, Hielscher nudi rješenje za vaše pojedinačne ciljeve.

ultrazvučna stabilizacija

Ultrazvuk velike snage pridonosi mehaničkoj i mikrobnoj stabilizaciji. Ultrazvučno generirane velike sile smicanja osiguravaju izuzetno fino miješanje tako da se međučestične veze prevladaju i postiže mehanička stabilizacija. Trajnost stabilnosti ovisi o formulaciji: neke emulzije i disperzije su samostabilne zbog vrlo fine i ravnomjerne homogenizacije, dok druge smjese moraju biti podržane dodatkom stabilizatora. Ako su potrebni stabilizatori, ultrazvuk je vrlo pouzdan alat za miješanje stabilizatora u smjesu.
Za biološke proizvode i proizvode povezane s hranom, ultrazvuk je pouzdana tehnika inaktivacije mikroba kako bi se postigla stabilnost i očuvanje proizvoda. Ultrazvučna mikrobna stabilizacija alternativa je netermalnog očuvanja koja uvjerava učinkovitom deaktivacijom mikroba i samo blagim stvaranjem topline. Ultrazvuk se pokazao vrlo učinkovitim u uništavanju patogena koji se prenose hranom, kao što su E.coli, Salmonellae, Ascaris, Giargia, Cryptosporidium ciste i poliovirus.

Ultrazvučna funkcionalizacija površine čestica

Struktura površine čestice važna je za karakteristike čestice. Specifična površina čestice postaje veća u korelaciji sa smanjenjem veličine čestice. Stoga, smanjenjem veličine čestica, površinska svojstva postaju sve istaknutija – posebno tijekom nanonizacije. Za korištenje takvih materijala površinske karakteristike su jednako važne kao i svojstva jezgre čestice. To znači da funkcionalizacija nanomaterijala omogućuje širok raspon primjena kao što su polimeri, nanofluidi, biokompoziti, nanomedicina i elektronika. To čini smanjenje veličine, deaglomeraciju i funkcionalizaciju bitnim korakom u obradi čestica. Hielscher ultrasonicators naširoko se koriste za obradu mikronskih i nano-čestica kako bi se mljevenje, deaglomeracija, raspršivanje i modificiranje njihove strukture. Modifikacijom površine čestica može se izbjeći neželjeno nakupljanje čestica. U nizvodnim koracima, ultrazvučno modificirane čestice mogu se miješati u kompozite, gdje se sonikacijom postiže homogena distribucija unutar matrice. Ovo je vrlo važno za brojne industrijske primjene u pogledu dugotrajne stabilnosti ili mehaničkih svojstava hibridnih materijala.

Ultrazvučno ispitivanje erozije

Otpornost na kavitacijsku eroziju važan je aspekt trajnosti i vijeka trajanja materijala. Kako bi se osigurala funkcionalnost materijala, sklonost eroziji i zamor materijala moraju se ispitati radi osiguranja kvalitete. Otpornost na eroziju je od velike važnosti za materijale koji se koriste u zahtjevnim okruženjima kao što su brodski propeleri, (pomorski) premazi, pumpe, komponente motora, hidrauličke turbine, hidraulični dinamometri, ventili, ležajevi, košuljice cilindara dizel motora, hidrogliseri i u unutarnjim protočnim prolazima s zapreke itd. Za izvođenje ispitivanja kavitacijske erozije u skladu s ASTM standardom G32-92 neizbježna je kontrolirana i ponovljiva ultrazvučna obrada. Hielscher ultrazvučni uređaji mogu se koristiti za izravno i neizravno ispitivanje erozije uzoraka. Ista ultrazvučna oprema može se koristiti za oba, izravna i neizravna ispitivanja. Tijekom izravnog ispitivanja uzorak je montiran na sonotrodu, dok je za neizravno ispitivanje erozije uzorak fiksiran u čaši. Ispitivanja erozije mogu se provesti u potpuno kontroliranim uvjetima okoline iu gotovo svakoj tekućini. Podešavanjem intenziteta ultrazvuka, snaga erozije može se prilagoditi zahtjevima ispitivanja. Pročitajte više o ispitivanju erozije!

Ultrazvučno čišćenje žica i kabela

Beskrajni materijali kao što su žice, kabeli, trake, šipke i cijevi moraju se očistiti od ostataka maziva prije nego što se mogu dalje obraditi nizvodno, kao što je pocinčavanje, ekstruzija ili zavarivanje. Čišćenje beskrajnih materijala često je usko grlo proizvodne linije. Hielscher Ultrasonics nudi jedinstveni ultrazvučni proces čišćenja za učinkovito inline čišćenje, koji može podnijeti čak i veliku brzinu protoka. Učinak kavitacije koju stvara ultrazvučna snaga uklanja ostatke maziva poput ulja ili masti, sapuna, stearata ili prašine. Osim toga, čestice onečišćenja se raspršuju u tekućinu za čišćenje. Time se izbjegava novo prianjanje na materijal koji se čisti i čestice se ispiraju. Prednosti ultrazvučnog čišćenja na prvi pogled: dokazano & pouzdan, učinkovit, ekološki prihvatljiv, manje ili bez kemijskih sredstava za čišćenje, plug-and-play, modularni sustavi, jednostavan rad, malo održavanja, rad 24/7, mali otisak, mogućnost naknadne ugradnje, prilagodljiv. Pročitajte više o kontinuiranom čišćenju niti!

Ultrazvučno prosijavanje i filtracija

Razdvajanje čestica razlikom u veličini zahtijeva miješanje sita ili mreže. Ultrazvučno miješanje za prosijavanje i prosijavanje dokazani je alat koji povećava kapacitet prosijavanja i štedi vrijeme jer je prašcima omogućeno brže i potpunije prolaženje kroz sito. Rezultat je bolja kvaliteta konačnog proizvoda s manjim gubicima materijala zbog nepotpunog odvajanja – i sve to unutar kraćeg vremena obrade. Pročitajte više o prosijavanju i prosijavanju!

Ultrazvučna obrada vode

Kontrola rasta bakterija i algi u vodi je za mnoge industrije vrlo relevantan uzvodni ili nizvodni proces proizvodnje. Snažni ultrazvučni valovi poznati su po svojim učincima na stanične strukture uzrokujući lizu i smrt stanica kao i po sposobnosti čišćenja uslijed mehaničkog utjecaja.
Nadalje, spremnici, bačve, posude, pa čak i filtri mogu se uspješno očistiti od biofilmova, ostataka i krhotina u vrlo jednostavnom, ali učinkovitom koraku sonikacije. Ultrazvučno generirane mehaničke vibracije i kavitacijske posmične sile uklanjaju onečišćenje. Općenito, sredstva za čišćenje nisu potrebna, a uklonjeni ostaci mogu se lako isprati.

Rješenja specifična za industriju

Ultrazvuk za nano-materijale

Nano materijali su privukli pozornost znanstvenika, istraživača i inženjera gotovo svih grana jer čestice nano veličine pokazuju jedinstvene karakteristike. Njihova fizikalna svojstva poput optičkih i magnetskih svojstava, specifične topline, tališta i površinske reaktivnosti nude velike potencijale za materijale izvanredne čvrstoće. Ali što su čestice manje, to je njihovo liječenje teže. Ultrazvuk velike snage često je jedina metoda za učinkovito djelovanje nano čestica. Utjecaj snažnog ultrazvuka omogućuje višestruku primjenu u kemiji materijala & razvoj, kataliza, elektronika, energija, kao i biologija & lijek.
Uglavnom, ultrazvučni uređaji velike snage jedini su učinkovit alat za postizanje željenih rezultata mljevenja i raspršivanja nano čestica (npr. nanocijevi, grafen, nanodijamanti, keramika, metalni oksidi itd.). Alternativno, ultrazvučno potpomognuto taloženje ili takozvana sinteza odozdo prema gore učinkovit je način za stvaranje čistih nano kristala s jedinstvenim svojstvima. Metalne nano čestice, legure i organometalni kompoziti privlače poseban interes, budući da su metali od velike važnosti u industrijskom sektoru. I ovdje sonikacija nudi jedinstvene rezultate kao što je prevlačenje čestica aluminija i titana kositrom.

Ultrazvučna sinteza odozdo prema gore

Taloženje ili sinteza odozdo prema gore opisuje kontrolirano formiranje atoma, molekula i iona u veće kemijske spojeve. Taloženje je također korisno za pročišćavanje proizvoda. Prednost taloženja je što se ovom metodom dobivaju najmanje čestice gotovo ujednačenog oblika, veličine čestica/kristala i morfologije. Za proizvodnju nano čestica visoke čistoće, taloženje i samoorganizacija molekularnih komponenti često je jedini način da se postigne željena kvaliteta. Kako je taloženje vrlo brza reakcija, bitno je učinkovito miješanje reaktanata. Ultrazvučno miješanje je ključ za ravnomjernu i finu miješanu otopinu. Hielscher Ultrasonics isporučuje vrlo pouzdanu ultrazvučnu opremu koja jamči potpunu kontrolu nad parametrima procesa i potpunu ponovljivost. Pročitajte više o oborinama!

Ultrazvuk u kemiji i sonokemiji

Ultrazvučne primjene u kemiji granaju se u svakom dijelu uključujući sintezu materijala, analitiku & determinacija, biokemija, organska & anorganska kemija, neurokemija, nuklearna kemija kao i elektrokemija. Promiče li ultrazvuk velike snage reakcije svojim izvanrednim sposobnostima miješanja (npr. kemija emulzije, kataliza prijenosa faze PTC), aktivira površine (npr kataliza, sol-gel), pokreće doprinosom potrebne kinetičke energije ili nadvladavanjem kemijskih sila (npr. Zeta potencijal, Van-der-Waalsove sile, reakcije otvaranja prstena), mogu se postići jedinstveni rezultati.

Ultrazvučna sono-kataliza

Katalizatori povećavaju stopu konverzije kemijskih reakcija i potrebni su za pokretanje reakcije ili održavanje reakcije dok se ne postigne potpuna konverzija. Činjenica da su katalitičke reakcije često spore i nepotpune može se promijeniti ultrazvukom velike snage. Ultrasonication pridonosi i homogene i heterogene katalize i postiže brže stope pretvorbe i veće prinose. Ultrazvučne sile stvaraju visoko reaktivne površine i time povećavaju katalitičku aktivnost. Iako se katalizatori sami ne troše, taloženje na površini može s vremenom smanjiti aktivnost katalizatora. Budući da čvrsti katalizatori često zahtijevaju rijetke i skupe metale, dug životni vijek je ekonomski bitan aspekt. Ultrazvuk je dokazana tehnika za uklanjanje prljavštine s površine katalizatora za reaktivaciju do punog katalitičkog kapaciteta. Pročitajte više o sono-katalizi!

Sono-kemija

Kemijske reakcije često su spore i nepotpune, stoga je poželjno postizanje potpunijeg iskorištenja prekursora. Ultrazvuk velike snage uzrokuje fizikalne učinke u tekućinama, na primjer poboljšani prijenos mase, emulzifikaciju, toplinsko zagrijavanje mase i razne učinke na čvrste tvari (mljevenje, deaglomeracija, površinska aktivacija, modifikacija). Ovi fizički učinci značajno utječu na kemijske reakcije. Posljedično, ultrazvuk doprinosi višestrukim kemijskim reakcijama kao što su kataliza, sinteza & taloženje, sol-gel putevi, kemija emulzija i kemija polimera. Hielscher ultrazvučni uređaji idealni su za sonokemijsku primjenu budući da su Hielscherovi sustavi sposobni za rukovanje otapalima, kiselinama, bazama i eksplozivnim materijalima (ATEX ultrazvučni uređaj s oznakom UIP1000hd-Exd). Svi se sustavi mogu koristiti za šaržnu sonikaciju kao i za inline sonikaciju. Širok asortiman uređaja i pribora omogućuje usklađivanje sa zahtjevima procesa. Pročitajte više o sonokemiji!

Ultrazvučne sol-gel rute

Ultra fine čestice nano veličine i čestice sferičnog oblika, tanki filmovi, vlakna, porozni i gusti materijali, kao i iznimno porozni aerogeli i kserogeli su visoko potencijalni aditivi za razvoj i proizvodnju materijala visokih performansi. Napredni materijali, uključujući npr. keramiku, visoko porozne, ultra lagane aerogelove i organsko-anorganske hibride mogu se sintetizirati iz koloidnih suspenzija ili polimera u tekućini putem sol-gel metode. Materijal pokazuje jedinstvene karakteristike, budući da se generirane čestice sola kreću u nanometarskim veličinama. Ultrazvučnim sol-gel putem mogu se stvoriti gelovi (tzv. sono-gelovi) s najmanjom veličinom čestica, najvećom površinom i najvećim volumenom pora. Širok raspon Hielscher ultrazvučne opreme nudi idealnu konfiguraciju uređaja za specifične materijale i volumene. Pročitajte više o sol-gel procesima!

Ultrazvučna kemijska razgradnja

Kemijski otpad koji doprinosi njegovoj oporabi i razgradnji ozbiljan je problem industrijskih procesa kao što su rudarstvo, proizvodnja kemikalija i odlagališta otpada. Otpad i zagađivači (npr. u tlu, otpadnim vodama…) moraju se preraditi u smislu recikliranja, smanjenja otpada ili taloženja. Sonokemijska razgradnja je proces visokog potencijala, koji se osim izvanrednim i jedinstvenim rezultatima odlikuje prihvatljivošću za okoliš i jednostavnim rukovanjem. Sonikacija može rezultirati cijepanjem veza, smanjenjem duljine lanca, molekularnom modifikacijom ili aktivacijom. Time pridonosi oksidaciji, sorpciji, sonolizi i ispiranju. Karakteristične značajke ultrazvučno potpomognute razgradnje su povećanje stope kemijske pretvorbe, kao i ultrazvučna kavitacija, a sonokemijski učinci omogućuju bolje miješanje, pokretanje reakcija unosom energije, stvaranje funkcionalne skupine (npr. cijepanje –OH hidroksilne skupine) i radikala (npr. H₂O -> H+ i HO-).

ultrazvučna polimerizacija

Sonikacija ima različite učinke na polimere: učinci fizičke prirode uključuju miješanje (poput emulgiranja, dispergiranja, deaglomeracije, kapsuliranja) i zagrijavanje mase, dok kemijski učinci stvaraju slobodne radikale i mijenjaju molekularne strukture. Ultrazvuk pridonosi polimerizaciji na nekoliko načina: ultrazvučni valovi velike snage proizvode i raspršuju čestice nano veličine, emulgiraju tekuće faze koje se ne miješaju i stvaraju slobodne radikale koji pridonose polimerizaciji emulzije. Polimerni nanokompoziti i hidrogelovi mogu se uspješno proizvesti ultrazvukom. Nadalje, površinska funkcionalizacija polimera igra važnu ulogu u poboljšanju učinkovitosti osnovnih polimera i nudi nove pristupe razvoju prilagođenih materijala. Poboljšanje površinskih svojstava robnih polimera od velikog je ekonomskog interesa. Stoga je sonokemija pravi put za uspješnu obradu polimera.

Ultrazvučno obnavljanje i regeneracija katalizatora

Kada reagensi reagiraju na površini čestice katalizatora, proizvodi kemijske reakcije nakupljaju se na kontaktnoj površini. Ovo zajedno sa slojevima zaprljanja i pasiviziranja sprječava interakciju drugih molekula reagensa na ovoj površini katalizatora. Ultrazvučnom kavitacijom i time uzrokovanim međučestičnim sudarom, ostaci na površini čestice se odlamaju i ispiraju ultrazvučnim strujanjem u tekućini. Kavitacijska erozija na površinama čestica stvara nepasivirane, visoko reaktivne površine. Kratkotrajne visoke temperature i tlakovi pridonose molekularnoj razgradnji i povećavaju reaktivnost mnogih kemijskih vrsta. Hielscher ultrazvučni reaktori mogu se koristiti u pripremi, obnavljanje i regeneraciju katalizatora.

Sonoluminiscencija

Sonoluminiscencija opisuje fenomen kratkih izboja svjetlosne emisije generirane implozijom ultrazvučnih kavitacijskih mjehurića u tekućem mediju. Iako postoje različite teorije koje pokušavaju razotkriti fenomen sonoluminiscencije, do danas znanstvenici nisu uspjeli dokazati svoje teorije, a to su hotspot, bremsstrahlung zračenje, zračenje inducirano sudarima i koronska pražnjenja, neklasična svjetlost, protonsko tuneliranje, elektrodinamički mlazovi i fraktoluminiscentni mlazovi, kvantno objašnjenje (koje je povezano s Unruhovim ili Casimirovim efektom) ili reakcija termonuklearne fuzije.

Ultrazvuk u biologiji i mikrobiologiji

Ultrazvučni učinci na biološke i mikrobiološke sustave su višestruki: Raspršivanje & Homogenizacija, otapanje agregata, liza stanica i tkiva (npr. bakterije, kvasci, virusi, alge…) & ekstrakcija unutarstaničnih materijala (npr. proteina, organela, ribosoma, DNA, RNA, lipida, peptida…), transformacija biljnih stanica, izolacija i šišanje kromatina, imunoprecipitacija kromatina i srodne primjene uspješno se izvode sonikacijom.
Hielscher Ultrasonics ima savršeno prikladan ultrazvučni uređaj za svaku pojedinačnu primjenu. Za najmanje bočice i epruvete, VialTweeter je uređaj po vašem izboru, dok laboratorijska sonda kao što je UP200Ht ili UP400St najbolje obrađuje veće uzorke. Za stalne i komercijalne primjene, ultrazvučni sustavi od 500 watta do 16.000 watta lako podnose velike količine struje. Razne sonotrode, protočne ćelije i pribor upotpunjuju program i pokrivaju sve zahtjeve.

Ultrazvučno smicanje DNA, RNA i kromatina

Deoyxribonukleinska kiselina (DNA), ribonukleinska kiselina (RNA) i kromatin su – uz proteine – glavne makromolekule za sve oblike života. DNA i RNA su molekule koje kodiraju genetske upute organizama. Kromatin je kombinacija DNA i proteina gdje se izgrađuje sadržaj stanične jezgre. U svrhu istraživanja, potrebno je fragmentirati ove molekularne građevne blokove u manje komponente kako bi ih se istražilo i analiziralo ili ih prerasporedilo tijekom imunoprecipitacije i unakrsnog povezivanja. Za smicanje DNA, RNA i kromatina, veličina fragmenta je vrlo važna. Potpunom kontrolom nad svim važnim parametrima, ultrazvuk omogućuje ciljanu fragmentaciju molekula. Na primjer, idealna duljina kromatinskog fragmenta kreće se između 200 i 1000 bp. ultrazvučno šišanje postiže se praskama u pulsnom načinu rada. Zbog inteligentnih uređaja i dodataka, potrebe obrade kao što su izravna ili neizravna sonifikacija, hlađenje uzorka, digitalno snimanje procesa osigurava Hielscher ultrazvučna oprema. To osigurava uspješnu mikrobiološku obradu i udobnost rada.

Ultrazvuk za boje, tintu i pigmente

U industriji boja, premaza i tinte, čestice su bitna sirovina za formulacije proizvoda. Za proizvode visoke kvalitete koji nude očekivane karakteristike, ravnomjerna i pouzdana obrada čestica je ključna. Veličina čestica je ključni faktor koji utječe na svojstva konačnog proizvoda. Ultrazvuk velike snage učinkovito je sredstvo za mljevenje i deaglomeraciju mikronske i nano veličine – bez gnjavaže do koje dolazi korištenjem medija za mljevenje ili mlaznica.
Za tinte i ink jet tinte, veličina čestica ključna je oznaka kvalitete: ako su pigmenti premali, tinta gubi snagu nijansiranja – ako su pigmenti preveliki, mlaznice pisača se začepljuju što dovodi do loših ispisa. Ultrasonication omogućuje prilagodbu parametara obrade točno na aspirirane rezultate mljevenja i deaglomeracije. Kada se jednom pronađu idealni parametri ultrazvučne obrade, nema razloga za njihovu promjenu. Kontinuirana inline proizvodnja omogućuje ravnomjeran učinak najviše kvalitete proizvoda. Raspodjela čestica unutar formulacije ključna je za izražavanje svojstava proizvoda. Samo ako su čestice ravnomjerno i jednolično raspoređene, konačni proizvod pokazuje zadovoljavajuću kvalitetu kao što je prozirnost, UV otpornost ili otpornost premaza na ogrebotine. Raspršivanje je jedna od dokazanih moćnih primjena ultrazvuka.

Ultrazvuk za kozmetiku i proizvode za osobnu njegu

Za proizvodnja kozmetike, miješanje sastojaka bitan je korak. Ultrazvuk velike snage postiže pouzdane rezultate u finoj homogenizaciji, dispergiranju i emulgiranju – npr. za kreme i losione, lakove za nokte i proizvode za šminkanje. Osim primjena miješanja, ultrazvuk je dobro poznat za ekstrakciju i modificiranje stanica (npr liposomi), isto. Kako se mnogi sastojci, koji ulaze u formulaciju, dobivaju ekstrakcijom, na primjer lipidi, proteini, aromatski spojevi ili bojila iz stanica, ultrazvuk je alat visokog potencijala za nove formulacije.

Ultrazvuk za lijekove

Primjena ultrazvuka u farmaceutskoj industriji je višestruka: sinteza kemijskih spojeva, ekstrakcija aktivnih spojeva (npr. fenoli, flavonoidi iz biljaka), emulgiranje (losiona, krema i masti), priprema liposoma (nanoemulzifikacija i kasnija inkapsulacija bioaktivnih spojeva) , ili inaktivacija virusa i patogena za cjepiva. U proizvodnji lijekova, korištenje Hielscher ultrasonicators omogućuje povećanje proizvodnih kapaciteta poboljšanim prinosima. Zbog pouzdanih industrijskih ultrazvučnih uređaja reakcije se mogu izvoditi u većem opsegu – kao šaržni proces ili kao kontinuirani proces u reaktoru s protočnom ćelijom.

Ultrazvučna proizvodnja biogoriva

Energetski sektor nudi brojne primjene za uspješnu i učinkovitu upotrebu ultrazvuka. Najpopularnija i najpoznatija primjena je možda ultrazvučna potpora Biodizel proizvodnje (transesterifikacija iz djevičanskog ili rabljenog/ otpadnog biljnog ulja (UVO; WVO)/ životinjske masti u biodizel), što rezultira većim prinosom i kvalitetom, manjom upotrebom metanola i značajno ubrzanom pretvorbom. Kada sirovina za biodizel sadrži više od 2-3% slobodnih masnih kiselina (FFA), kiselinska esterifikacija je koristan prethodni korak kako bi se izbjeglo stvaranje visoke količine sapuna. Osim toga transesterifikacija i procese esterifikacije, ultrazvuk velike snage podržava ekstrakciju ulja iz usjeva (npr. uljane repice, soje, kanole, kukuruza, palme, kikirikija, kokosa, jatrofe itd.) ili algi.
bioetanol je zeleno gorivo koje se dobiva kada škrob i šećer iz kukuruza, usjeva, krumpira, trske, riže itd. fermentiraju stanice kvasca u etanol. Primjenom snažnog ultrazvuka, biljne stanice se ometaju, a unutarstanični materijal se ekstrahira tako da je sirovina bolje dostupna za enzimatsku probavu. Time su škrob i šećeri bolje dostupni za fermentaciju što rezultira bržom i potpunijom pretvorbom i većim prinosom.

Ultrazvuk u gorivu, energiji, nafti i plinu

Tehnika ultrazvučne homogenizacije vrlo je učinkovita za proizvodnju stabilnih i nestabilnih emulzija, što omogućuje uspješno stvaranje vodenih goriva. Stoga su goriva uglavnom teža goriva poput brodskog dizela emulgirana s vodom. Korištenje goriva natopljenog vodom rezultira učinkovitijim izgaranjem i značajnim smanjenjem emisije NOx. Drugo važno područje je ultrazvučna obrada ugljena.

Ultrazvučni procesi u proizvodnji hrane, mliječnih proizvoda i pića

Blaga obrada hrane sve je važnija zbog sve veće potražnje kupaca za svježom, uglavnom prirodnom hranom. Dakle, za uobičajene korake obrade kao što je miješanje & homogenizacija, ekstrakcija, stabilizacija & očuvanja, tradicionalne metode postupno se zamjenjuju inovativnim tehnikama obrade kao što je ultrazvučna obrada, koja je netermalna metoda za hranu. Prednosti ultrazvuka temelje se na njegovoj blagoj, brzoj i čistoj obradi, što rezultira manjim gubitkom proizvoda i poboljšanom kvalitetom hrane očuvanjem svježine i vitamina. Hielscher ultrazvučni procesori koriste se za višestruke primjene u prehrambenoj industriji kao što je konzerviranje & mikrobna inaktivacija, homogenizacija, stabilizacija & čuvanje sokova, pirea i smoothieji, ekstrakcija aroma i fruktoze (šećera), razrjeđivanje smicanjem za smanjenje viskoznosti, sazrijevanje vino i balsamico ocat, rafiniranje alkohola & arome, emulzije oblaka, sladoled (poticanje nukleacije leda i prijenos mase), ekstrakcija algi za nutraceutike, konširanje čokolade za lomljenje kristala šećera, ukapljivanje Med, rafiniranje jestivih ulja itd. Pročitajte više o ultrazvuku za hranu i piće!

Znanstvena literatura i izvješća s Hielscher Ultrasonicators

Sljedeći popis sadrži mali izbor znanstvenih članaka u kojima su Hielscherove ultrazvučne sonde uspješno korištene za različite primjene. Molimo zatražite od nas literaturu koja se odnosi na specifične primjene koje vas posebno zanimaju!

• Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International Journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
• Zahra Hadian, Mohammad Ali Sahari, Hamid Reza Moghimi; Mohsen Barzegar (2014): Formulation, Characterization and Optimization of Liposomes Containing Eicosapentaenoic and Docosahexaenoic Acids; A Methodology Approach. Iranian Journal of Pharmaceutical Research (2014), 13 (2): 393-404.
• Shah Purvin, Parameswara Rao Vuddanda, Sanjay Kumar Singh, Achint Jain, Sanjay Singh (2014): Pharmacokinetic and Tissue Distribution Study of Solid Lipid Nanoparticles of Zidov in Rats. Journal of Nanotechnology, Volume 2014.
• Antonia Tamborrino, Agnese Taticchi, Roberto Romaniello, Claudio Perone, Sonia Esposto, Alessandro Leone, Maurizio Servili (2021): Assessment of the olive oil extraction plant layout implementing a high-power ultrasound machine. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 73, 2021.
• Bruno G. Pollet; Faranak Foroughi; Alaa Y. Faid; David R. Emberson; Md.H. Islam (2020): Does power ultrasound (26 kHz) affect the hydrogen evolution reaction (HER) on Pt polycrystalline electrode in a mild acidic electrolyte? Ultrasonics Sonochemistry Vol. 69, December 2020.