Ultrazvučno otapanje krutina u tekućinama

Priprema otopina važan je korak i za laboratorijske uzorke i za industrijsku proizvodnju. Općenito, laboratorijski uzorci prije analize moraju se pripremiti u tekućem obliku. Ultrazvučna homogenizacija i otapanje brz su i pouzdan način pripreme uzoraka svih veličina. U industrijskoj proizvodnji priprema homogenih otopina s dobro otopljenim tvarima često je ključan čimbenik za osiguravanje postojanih svojstava proizvoda i ujednačene kvalitete. Ultrazvučni uređaji za otapanje dostupni su kao kompaktni laboratorijski uređaji i kao industrijski uređaji za otapanje za komercijalnu proizvodnju u punom opsegu.

Ultrazvučni uređaji za otapanje: uporaba i primjene

Ultrazvuk je dobro poznat, pouzdan alat za pripremu uzoraka u laboratoriju. Uobičajene primjene uključuju homogenizaciju, emulgiranje, dispergiranje, ekstrakciju, otplinjavanje i sonokemijske obrade.
Za mjerenja analitičkim instrumentima (npr. HPLC-om, atomskim spektrometrom itd.) većinu uzoraka općenito je potrebno pripremiti u tekućem obliku. To znači da uzorak mora biti u homogenom stanju otopine ili se mora prevesti u koloid, suspenziju, disperziju ili emulziju ako je smjesa heterogena. Ultrazvučna obrada velike snage vrlo je učinkovit alat za pripremu i homogenih i heterogenih smjesa.
Ako vas zanima priprema heterogenih suspenzija, kliknite ovdje za: ultrazvučno emulgiranje i ultrazvučno dispergiranje!
Za dobivanje homogenih smjesa ultrazvučnim otapanjem nastavite čitati u nastavku!

Ultrazvučna kavitacija za otapanje

Ako je uzorak topljiv, otopljena tvar (poput sukraloze ili soli, npr. u obliku praha ili tableta) može se otopiti u otapalu (npr. vodi, vodenim otapalima, organskim otapalima itd.), čime nastaje homogena smjesa koja se sastoji od samo jedne faze. Postupak otapanja može se provesti ručnim ili mehaničkim miješanjem, što je dugotrajno i neučinkovito. Povezani su problemi gubici uzorka zbog rukovanja ili nedostatak ponovljivosti zbog slučajnih pogrešaka i neujednačenog miješanja.
Ultrazvučna obrada često se upotrebljava za poticanje učinkovitog i brzog otapanja uzoraka. Ultrazvučno potpomognuto otapanje temelji se na mehaničkom gibanju uzrokovanom kavitacijskim učincima koji nastaju uvođenjem ultrazvučnih valova u tekućine. Uvođenje ultrazvučne energije olakšava i ubrzava prethodnu obradu uzoraka, poput otapanja i izluživanja prije analize.
Ultrazvučno potpomognutom pripremom otopine moguće je otopiti tvari u visokim koncentracijama te učinkovito i brzo pripremiti koncentriranu ili zasićenu (i prezasićenu) otopinu.
Kada se ultrazvuk velike snage i niske frekvencije uvede u tekući medij, nastala akustična kavitacija stvara jedinstvene uvjete. Ultrazvučna obrada poboljšala je prethodnu obradu uzoraka u sustavima tekućina–tekućina i krutina–tekućina (npr. razgradnju, solubilizaciju i ekstrakciju), koja se obično provodi prije analitičke detekcije i mjerenja.

 
Brzina otapanja kvantificira brzinu odvijanja procesa otapanja. Na brzinu otapanja utječu različiti čimbenici:

• materijal: otapalo i otopljena tvar
• temperatura + tlak
• stupanj zasićenosti (ili nezasićenosti)
• učinkovitost i učinak otapanja i miješanja
• površina dodira faza
• prisutnost inhibitora (npr. tvari nataloženih na česticama / koje blokiraju granicu faza)

 
Za ubrzavanje procesa solvatacije i povećanje brzine otapanja potrebni su snažni homogenizatori koji osiguravaju dovoljan mehanički učinak. Sposobnost ultrazvučnih homogenizatora da kavitacijom otapaju i miješaju dobro je poznata, pa su oni uobičajen i pouzdan alat za pripremu uzoraka u laboratorijima.

Mikroskopske snimke suspenzije meloksikama:
Lijevo: neobrađena suspenzija meloksikama; desno: nanosuspenzija meloksikama dobivena ultrazvučnom obradom uređajem UP100H tijekom 45 minuta pri amplitudi od 100% i postavci ciklusa 1.
(istraživanje i slika: ©Iurian et al., 2015)

Ultrazvučno otapanje laboratorijskih uzoraka

Ultrazvučno potpomognuto otapanje za pripremu uzoraka upotrebljava se u laboratorijima prije analitičkih mjerenja.
Popis analitičkih instrumenata koji (često) zahtijevaju uzorke u tekućem obliku:

• HPLC – tekućinska kromatografija visoke djelotvornosti
• FTIR – infracrvena spektroskopija s Fourierovom transformacijom
• GC – plinska kromatografija
• Atomska spektroskopija
• ATR – prigušena totalna refleksija
• Određivanje veličine čestica laserskom difrakcijom
• Dinamičko raspršenje svjetlosti

S uređajem SonoStep za ultrazvučnu pripremu uzoraka obrada uzoraka prije analize može se provoditi u cijelosti u protočnom sustavu: uređaj za ultrazvučnu pripremu uzoraka ima ugrađenu miješalicu i pumpu, pa uzorci ravnomjerno i kontinuirano prolaze kroz zatvoreni sustav. Time se jamči ujednačena i pouzdana sonikacija bez rizika od unakrsne kontaminacije i promjene svojstava uzoraka ili gubitka uzoraka.
Pročitajte više o višenamjenskoj jedinici SonoStep za ultrazvučnu pripremu uzoraka!

Ultrazvučno otapanje za industrijsku proizvodnju

U industrijske proizvodne linije ugrađuje se ultrazvuk velike snage radi otapanja i homogenizacije smjesa krutina–tekućina kako bi se dobio ujednačen i stabilan proizvod.
U nastavku su neki primjeri za različite industrijske grane:

• Farmaceutska industrija: otapanje sastojaka lijekova, npr. soli, polimera
• Industrija hrane i pića: otapanje sastojaka, npr. šećera, soli, sirupa, začina
• Boje i premazi: otapanje polimera
• Kemija: priprema prezasićene otopine prije reakcija taloženja

Ultrazvučni procesori za primjene otapanja u svim razmjerima

Hielscher Ultrasonics nudi idealno rješenje za vaše primjene otapanja i kvašenja. Bilo da trebate pripremiti analitičke uzorke u laboratoriju ili proizvesti velike količine otopina ili slanih otopina u kontinuiranom protočnom radu – Hielscher Ultrasonics ima idealan ultrazvučni uređaj za otapanje za vaš proces!
Uz ultrazvučne uređaje svih razina snage, za šaržnu obradu i obradu u protočnom sustavu, preporučit ćemo vam najprikladniji ultrazvučni uređaj za vaše ciljeve obrade!
Tablica u nastavku daje vam uvid u približan kapacitet obrade naših ultrazvučnih uređaja: