Ultrazvučno otapanje krutih tvari u tekućinama
Priprema otopina je važan korak za laboratorijske uzorke kao i za industrijsku proizvodnju. Općenito, laboratorijski uzorci moraju biti ukapljeni prije analize. Ultrazvučna homogenizacija i otapanje brzo je i pouzdano sredstvo za pripremu uzoraka svih veličina. U industrijskoj proizvodnji, priprema homogenih i dobro otopljenih otopina često je presudan čimbenik za jamčenje postojanih karakteristika proizvoda i postojane kvalitete. Ultrazvučni otapali dostupni su kao kompaktni laboratorijski uređaji i kao potpuno komercijalni industrijski otapali.
Ultrazvučni otapali: upotreba i primjena
Ultrazvuk je dobro poznat, pouzdan alat za pripremu uzoraka u laboratoriju. Uobičajene primjene uključuju homogenizaciju, emulzifikaciju, disperziju, ekstrakciju, otplinjavanje i sonokemijske tretmane.
Za mjerenja pomoću analitičkih instrumenata (npr. HPLC, atomski spektrometar, itd.), općenito većina uzoraka mora biti ukapljena. To znači da uzorak ili mora biti u homogenom stanju otopine ili mora biti prebačen u koloid, suspenziju, disperziju ili emulziju ako je smjesa heterogene prirode. Snažan ultrasonication je vrlo učinkovit alat za pripremu i homogene i heterogene smjese.
Ukoliko ste zainteresirani za pripremu heterogenih suspenzija, kliknite ovdje za: Ultrazvučna emulgacija i ultrazvučno raspršivanje!
Za stvaranje homogenih smjesa ultrazvučnim otapanjem, nastavite čitati u nastavku!
Snažni ultrazvučni uređaj od 200 W UP200St je snažna i vrlo robusna radna jedinica za laboratorijske i manje proizvodnje.
Ultrazvučna kavitacija za otapanje
Ako je uzorak topiv, otopljena tvar (kao što je sukraloza, soli, npr. u obliku praha ili tablete) 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.
Ultrasonication se često koristi za promicanje učinkovitog i brzog otapanja uzoraka. Ultrazvučno potpomognuto otapanje temelji se na mehaničkom miješanju kavitacijskih učinaka uzrokovanih unosom ultrazvučnih valova u tekućine. Unos ultrazvučne energije olakšava i ubrzava predobradu uzorka kao što je otapanje i ispiranje prije analize.
Ultrazvučno potpomognutom pripremom otopine, postaje moguće otopiti otopljene tvari u visokoj koncentraciji i stvoriti učinkovito i brzo koncentriranu ili zasićenu (i prezasićenu) otopinu.
Kada se ultrazvuk velike snage/niske frekvencije uvede u tekući medij, rezultirajuća akustična kavitacija stvara jedinstvene uvjete. Ultrasonication ima poboljšane predtretmane uzoraka tekućina-tekućina i krutina-tekućina (npr. probava, solubilizacija i ekstrakcija), koje se obično primjenjuju prije analitičke detekcije i mjerenja.
Brzina otapanja kvantificira brzinu procesa otapanja. Na brzinu otapanja utječu različiti čimbenici:
- materijal: otapalo i otopljena tvar
- temperatura + tlak
- stupanj (pod)zasićenosti
- učinkovitost i učinak otapanja i miješanja
- međufazna površina
- prisutnost inhibitora (npr. tvari taložene na česticama/blokiranje na granici faza)
Da bi se ubrzao proces solvatacije i brzina otapanja, potrebni su snažni homogenizatori koji pružaju dovoljan mehanički učinak. Kavitacijska moć otapanja i miješanja ultrazvučnih homogenizatora dobro je poznata i stoga je uobičajen i pouzdan alat za pripremu uzoraka u laboratorijima.
Mikroskopske slike suspenzije meloksikama:
Lijevo: neobrađena suspenzija meloksikama; Desno: nanosuspenzija meloksikama dobivena ultrazvučnom obradom s UP100H 45 minuta pri 100% amplitudi i ciklus 1.
(studija i slika: ©Iurian et al., 2015.)
Ultrazvučno otapanje laboratorijskih uzoraka
Ultrazvučno potpomognuto otapanje za pripremu uzorka koristi se u laboratorijima prije analitičkih mjerenja.
Popis analitičkih instrumenata koji zahtijevaju (često) ukapljene uzorke:
- HPLC – Tekuća kromatografija visokog učinka
- FTIR – Infracrvena spektroskopija Fourierove transformacije
- GC – Plinska kromatografija
- Atomska spektroskopija
- ATR – Prigušena potpuna refleksija
- Određivanje veličine čestica pomoću laserske difrakcije
- dinamičko raspršenje svjetlosti
Uz ultrazvučni uređaj za pripremu uzorka SonoStep, obrada uzorka prije analize može se izvoditi potpuno inline: Ultrazvučni uređaj za pripremu uzorka ima integriranu mješalicu i pumpu, tako da uzorci teku ravnomjerno i neprekidno kroz zatvoreni sustav. Time je zajamčena ravnomjerna i pouzdana sonikacija bez rizika od unakrsne kontaminacije i krivotvorenja uzorka ili gubitka uzorka.
Pročitajte više o sveobuhvatnoj ultrazvučnoj jedinici za pripremu uzoraka SonoStep!
Ultrazvučno otapanje za industrijsku proizvodnju
U industrijskim proizvodnim linijama integriran je ultrazvuk velike snage za otapanje i homogeniziranje smjesa kruto-tekuće kako bi se formirao ujednačen i stabilan proizvod.
U nastavku pronađite nekoliko primjera za različite industrijske grane:
- farmaceutska industrija: otapanje komponenti lijeka, npr. soli, polimera
- Industrija hrane i pića: otapanje sastojaka, npr. šećera, soli, sirupa, začina
- boje & premazi: otapanje polimera
- Kemija: priprema prezasićene otopine prije reakcije taloženja
Ultrazvučni otapač UIP6000hdT za veliku propusnost u industrijskoj proizvodnji rješenja
Ultrazvučni procesori za otapanje aplikacija u bilo kojoj mjeri
Hielscher Ultrasonics nudi idealno rješenje za vašu aplikaciju za otapanje i vlaženje. Bilo da trebate pripremiti analitičke uzorke u laboratoriju ili proizvesti velike količine otopina ili slanih otopina u kontinuiranom protočnom načinu – Hielscher Ultrasonics ima idealan ultrazvučni otapač za vaš proces!
S ultrasonicatorima bilo koje snage i za serijsku, kao i inline obradu, preporučit ćemo vam najprikladniji ultrasonicator za vaše ciljeve obrade!
Donja tablica daje vam naznaku približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Volumen serije | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 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 |
| na | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| na | veći | klaster od UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Hielscher Ultrasonics proizvodi visokoučinkovite ultrazvučne homogenizatore za aplikacije miješanja, disperziju, emulzifikaciju i ekstrakciju u laboratorijskim, pilotskim i industrijskim razmjerima.
Literatura / Reference
- 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.
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi od laboratorija do industrijska veličina.