Omogeneizzatori a ultrasuoni
Gli omogeneizzatori a ultrasuoni sono strumenti potenti per mescolare e omogeneizzare sospensioni solido-liquido e liquido-liquido. L'omogeneizzazione a ultrasuoni è un processo meccanico che riduce le particelle in un liquido in modo che diventino uniformemente piccole e distribuite. Hielscher offre potenti omogeneizzatori a ultrasuoni per applicazioni in laboratorio e su scala produttiva.
Applicazioni e impatto degli omogeneizzatori a ultrasuoni
Gli omogeneizzatori a ultrasuoni sono miscelatori potenti e affidabili, utilizzati in laboratorio e nell'industria per numerose applicazioni.
Un omogeneizzatore a ultrasuoni può essere utilizzato per diverse applicazioni, tra cui:
- Omogeneizzazione: Gli omogeneizzatori a ultrasuoni possono omogeneizzare i campioni per creare miscele uniformi e coerenti.
- Dispersione: Gli omogeneizzatori a ultrasuoni possono essere utilizzati per disperdere le particelle solide nei liquidi e creare sospensioni stabili. Gli ultrasuoni sono straordinariamente efficienti nel creare nano-dispersioni.
- Emulsione: Gli omogeneizzatori a ultrasuoni possono essere utilizzati per creare emulsioni e nanoemulsioni stabili, rompendo e disperdendo liquidi immiscibili, come olio e acqua.
- Interruzione delle cellule: Gli omogeneizzatori a ultrasuoni possono aprire le cellule per estrarre componenti intracellulari come proteine, acidi nucleici, enzimi e metaboliti.
- Degassificazione: Gli omogeneizzatori a ultrasuoni possono essere utilizzati per rimuovere i gas disciolti dai liquidi, ad esempio per degassare i solventi HPLC o i fluidi di raffreddamento.
- Reazioni chimiche assistite dagli ultrasuoni: Gli omogeneizzatori a ultrasuoni possono essere utilizzati anche per le reazioni chimiche assistite da sonicazione, come la sintesi, la catalisi o la degradazione sonica.
Nel complesso, gli omogeneizzatori a ultrasuoni sono uno strumento versatile che può essere utilizzato per un'ampia gamma di applicazioni nella ricerca, nello sviluppo e nei processi industriali.
Omogeneizzatore a ultrasuoni UIP1000hdT per R&D e produzione
Ultrasuoni di potenza per la riduzione delle dimensioni delle particelle: Quando gli omogeneizzatori a ultrasuoni vengono utilizzati per applicazioni come la miscelazione, la dispersione e l'emulsione, l'obiettivo è quello di ridurre le piccole particelle o goccioline in un liquido o in un impasto per migliorare l'uniformità e la stabilità della miscela. Queste particelle (fase dispersa) possono essere solide o liquide. Una riduzione del diametro medio delle particelle aumenta il numero di particelle singole. Ciò comporta una riduzione della distanza media delle particelle e un aumento della loro superficie. Il grafico mostra la correlazione tra il diametro delle singole particelle e l'area superficiale totale. L'area superficiale e la distanza media delle particelle possono influenzare la reologia di un liquido.
Se esiste una differenza di peso specifico tra le particelle e il liquido, l'omogeneità della miscela può influenzare la stabilità della dispersione. Se la dimensione delle particelle è simile per la maggior parte di esse, la tendenza ad agglomerarsi durante la decantazione o la risalita si riduce, perché le particelle simili hanno una velocità di risalita o di decantazione simile.
Le dispersioni a ultrasuoni mostrano una distribuzione granulometrica uniforme con particelle ridotte in modo omogeneo. Le curve mostrano la distribuzione delle particelle di silice prima degli ultrasuoni (curva verde) e dopo la dispersione ultrasonica (curva rossa).
Omogeneizzatori a ultrasuoni e ad alta pressione
Il meccanismo più comune per l'omogeneizzazione è l'omogeneizzazione ad alta pressione. Il liquido viene spinto ad alta pressione (circa 2000 barg) attraverso una valvola di omogeneizzazione. Quando passa la valvola, il liquido subisce un breve ciclo (circa 50 microsec.) di alta pressione e bassa pressione.
Sebbene questo meccanismo funzioni bene per le particelle piccole e morbide, come i globuli di grasso nel latte, presenta dei limiti quando viene utilizzato per la dispersione di materiali duri e abrasivi, come pigmenti, mezzi di lucidatura o ossidi metallici, o di materiali fibrosi e filamentosi, come puree di frutta, alghe o fanghi. Ciò è dovuto alle elevate velocità del liquido (fino a 120 mtr/sec) e ai piccoli orifizi delle valvole utilizzate. Il materiale abrasivo, passando attraverso le pompe e l'orifizio della valvola, provoca l'usura. Ciò riduce l'efficienza e la durata della pompa e della valvola.
Vantaggi degli omogeneizzatori a ultrasuoni
- Gli omogeneizzatori a ultrasuoni producono piccole particelle/gocce e una curva di distribuzione stretta.
- Gli omogeneizzatori a ultrasuoni possono gestire alte concentrazioni di solidi.
- Gli omogeneizzatori a ultrasuoni preparano stabile sospensioni, dispersioni ed emulsioni.
- Gli omogeneizzatori a ultrasuoni sono controllabili con precisione in quanto i parametri di processo più importanti (ad esempio ampiezza, potenza, tempo, temperatura e pressione) possono essere influenzati e regolati.
- Gli omogeneizzatori a ultrasuoni sono molto efficaci, efficienti dal punto di vista energetico, facili da usare e sicuri da utilizzare.
Omogeneizzatori a ultrasuoni per applicazioni pesanti
La macinazione a umido, la macinazione e la miscelazione sono applicazioni tipiche in cui gli ultrasonori vengono utilizzati come omogeneizzatori affidabili. Gli omogeneizzatori a ultrasuoni sono molto efficienti per la riduzione di particelle morbide e dure. A differenza di molte altre tecnologie di omogeneizzazione, gli omogeneizzatori a ultrasuoni a sonda sono in grado di trattare anche materiali molto duri, abrasivi e fibrosi.
Il principio di funzionamento dell'omogeneizzazione a ultrasuoni si basa sulla cavitazione. Quando i liquidi sono esposti a un'intensa ultrasuonizzazione, le onde sonore si propagano attraverso il liquido provocando cicli alternati di alta e bassa pressione (circa 20000 cicli/sec.). Durante il ciclo di bassa pressione, nel liquido si creano piccole bolle di vuoto ad alta intensità, quando viene raggiunta la pressione del vapore liquido.
Quando le bolle raggiungono una certa dimensione, collassano violentemente durante un ciclo ad alta pressione. Durante questa implosione si generano localmente pressioni molto elevate e getti di liquido ad alta velocità. Le correnti e le turbolenze che ne derivano disgregano gli agglomerati di particelle e portano a violente collisioni tra le singole particelle.
Uno dei principali vantaggi degli omogeneizzatori a ultrasuoni è il basso numero di parti bagnate e in movimento. Ciò riduce l'usura da attrito e i tempi di pulizia. Ci sono solo due parti bagnate: Il sonotrodo e la cella di flusso. Entrambi hanno geometrie semplici e non presentano orifizi piccoli o nascosti.
Un altro vantaggio è il controllo preciso dei parametri operativi che influenzano la cavitazione. Gli omogeneizzatori a ultrasuoni Hielscher possono essere utilizzati con ampiezze di oscillazione da circa 1 a 200 micron. La pressione del liquido può variare da 0 a circa 500psig. Poiché l'ampiezza e la pressione sono i parametri più influenti, l'ampio intervallo operativo di ciascun parametro consente di eseguire lavorazioni da molto delicate a molto distruttive.
Gli omogeneizzatori a ultrasuoni Hielscher sono controllati in ampiezza. In questo modo, l'ampiezza regolata viene mantenuta in tutte le condizioni operative. Ciò rende l'ultrasuoni controllabili e ripetibili. La sonicazione con parametri operativi identici darà risultati coerenti e riproducibili. Ciò è importante per la qualità del materiale prodotto e per la scalabilità dei risultati del processo dal laboratorio alla produzione.
Omogeneizzatori a ultrasuoni per qualsiasi scala
Hielscher produce omogeneizzatori a ultrasuoni per l'omogeneizzazione di qualsiasi volume di campione per l'elaborazione in batch o in linea. Gli omogeneizzatori a ultrasuoni da laboratorio possono essere utilizzati per volumi da 1,5mL a circa 5L. Gli omogeneizzatori industriali a ultrasuoni sono utilizzati per lo sviluppo e la produzione di lotti da 0,5 a circa 2000 litri o per portate da 0,1 litri a 20 m³ all'ora.
Progettazione, produzione e consulenza – Qualità Made in Germany
Gli ultrasuoni Hielscher sono noti per i loro elevati standard di qualità e design. La robustezza e la facilità d'uso consentono un'agevole integrazione dei nostri ultrasuoni negli impianti industriali. Gli ultrasuonatori Hielscher sono in grado di gestire facilmente condizioni difficili e ambienti impegnativi.
Hielscher Ultrasonics è un'azienda certificata ISO e pone particolare enfasi sugli ultrasuonatori ad alte prestazioni, caratterizzati da tecnologia all'avanguardia e facilità d'uso. Naturalmente, gli ultrasuoni Hielscher sono conformi alla normativa CE e soddisfano i requisiti UL, CSA e RoH.
| Volume di batch | Portata | Dispositivi raccomandati |
|---|---|---|
| 0,5-1,5 mL | n.a. | VialTweeter |
| 1 - 500mL | 10 - 200mL/min | UP100H |
| 10 - 2000mL | 20 - 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 - 20L | 0,2 - 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 - 100L | 2 - 10L/min | UIP4000hdT |
| Da 15 a 150L | Da 3 a 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 - 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | più grande | cluster di UIP16000 |
Omogeneizzatori a ultrasuoni per applicazioni ad alte prestazioni
Gli omogeneizzatori a ultrasuoni Hielscher sono il cavallo di battaglia per la miscelazione e l'omogeneizzazione. Gli omogeneizzatori a ultrasuoni da laboratorio sono compatti e rappresentano uno strumento affidabile per disperdere ed emulsionare in modo efficiente e rapido campioni di piccole e medie dimensioni. Gli omogeneizzatori industriali a ultrasuoni Hielscher sono efficaci e superano le tecniche di omogeneizzazione tradizionali, come gli omogeneizzatori ad alta pressione o i mulini a perle. Gli omogeneizzatori industriali Hielscher possono fornire ampiezze molto elevate e sono quindi eccezionalmente potenti quando si tratta di processi di miscelazione, dispersione e macinazione. Ampiezze fino a 200 µm possono essere facilmente gestite in modo continuativo, 24 ore su 24, 7 giorni su 7. Per ampiezze ancora maggiori, sono disponibili sonotrodi a ultrasuoni personalizzati. La robustezza delle apparecchiature a ultrasuoni di Hielscher consente di operare 24 ore su 24, 7 giorni su 7, in condizioni di lavoro gravose e in ambienti difficili.
I nostri clienti sono soddisfatti dell'eccezionale robustezza e affidabilità di Hielscher Ultrasonics.’ omogeneizzatori. L'installazione in campi di applicazione gravosi, ambienti impegnativi e funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7, garantiscono un processo efficiente ed economico. L'intensificazione del processo a ultrasuoni riduce i tempi di lavorazione e consente di ottenere risultati migliori, vale a dire una qualità superiore, rese più elevate e prodotti innovativi.
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Omogeneizzatori di tessuti a ultrasuoni
Oltre che per la preparazione di dispersioni ed emulsioni, gli omogeneizzatori a ultrasuoni si sono affermati in biotecnologia, biologia cellulare e molecolare e scienze biologiche per la lisi e il frazionamento delle cellule, la disgregazione dei tessuti, l'estrazione di composti intracellulari e il taglio di DNA, RNA e cromatina. Gli omogeneizzatori a ultrasuoni sono disponibili per la preparazione di campioni di piccoli volumi (0,1 mL) fino a volumi molto grandi per i processi industriali (ad esempio, l'estrazione di composti bioattivi per la produzione di integratori).
Per disgregare i tessuti con un omogeneizzatore a ultrasuoni, si utilizza una soluzione tampone isotonica per evitare danni osmotici. Gli omogeneizzatori a ultrasuoni Hielscher sono dotati di un sensore di temperatura e di un'impostazione di controllo della temperatura, che consentono di mantenere i campioni in un intervallo di temperatura ben controllato.
Per maggiori dettagli sugli omogeneizzatori di tessuti a ultrasuoni, fare clic qui!
Letteratura / Riferimenti
- 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 omogeneizzatori a ultrasuoni UIP1000hdT (7x 1kW di potenza ad ultrasuoni) installato come cluster
Particolarità / Cose da sapere
Applicazioni degli omogeneizzatori a ultrasuoni a sonda
Il campo delle applicazioni, in cui gli omogeneizzatori a sonda a ultrasuoni vengono utilizzati con successo, copre molteplici processi in vari settori industriali. Le applicazioni più importanti degli ultrasuonatori includono la preparazione di sospensioni, dispersioni ed emulsioni, la macinazione a umido di micron e nanoparticelle, la dissoluzione di polveri e compresse, la produzione di estratti da prodotti botanici, la lisi cellulare, l'estrazione e il successivo taglio di DNA, RNA e cromatina, l'estrazione di proteine, l'incapsulamento di API in liposomi, e le reazioni sionochimiche, in cui le potenti onde ultrasonore vengono utilizzate per avviare e accelerare le reazioni (sono-catalisi, sono-sintesi), per aumentare il trasferimento di massa e per cambiare i percorsi di reazione.
Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori ad ultrasuoni ad alte prestazioni da laboratorio a dimensioni industriali.