Dissoluzione di solidi nei liquidi mediante ultrasuoni

La preparazione di soluzioni è una fase importante sia per i campioni di laboratorio sia per la produzione industriale. In generale, i campioni di laboratorio devono essere portati allo stato liquido prima dell’analisi. L’omogeneizzazione e la dissoluzione mediante ultrasuoni rappresentano un metodo rapido e affidabile per preparare campioni di qualsiasi dimensione. Nella produzione industriale, la preparazione di soluzioni omogenee in cui i soluti siano ben disciolti è spesso un fattore cruciale per garantire caratteristiche costanti del prodotto e una qualità uniforme. I dissolutori a ultrasuoni sono disponibili sia come dispositivi compatti da laboratorio sia come dissolutori industriali per la produzione commerciale su vasta scala.

Dissolutori a ultrasuoni: uso e applicazioni

Gli ultrasuoni sono uno strumento noto e affidabile per la preparazione dei campioni in laboratorio. Le applicazioni abituali comprendono omogeneizzazione, emulsificazione, dispersione, estrazione, degassificazione e trattamenti sonochimici.
Per le misurazioni con strumenti analitici (ad es. HPLC, spettrometro atomico ecc.), la maggior parte dei campioni deve generalmente essere portata allo stato liquido. Ciò significa che il campione deve trovarsi nello stato omogeneo di una soluzione oppure, se la miscela è di natura eterogenea, deve essere trasformato in un colloide, una sospensione, una dispersione o un’emulsione. La sonicazione ad alta potenza è uno strumento molto efficace per preparare miscele sia omogenee sia eterogenee.
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Cavitazione ultrasonica per la dissoluzione

Se il campione è solubile, il soluto (come sucralosio o sali, ad es. in polvere o in compresse) può essere disciolto in un solvente (ad es. acqua, solventi acquosi, solventi organici ecc.), ottenendo una miscela omogenea composta da un’unica fase. Il processo di dissoluzione può essere eseguito mediante agitazione manuale o meccanica, che richiede tempo ed è inefficiente. I problemi associati comprendono perdite di campione dovute alla manipolazione o scarsa riproducibilità dovuta a errori casuali e miscelazione non uniforme.
La sonicazione viene spesso utilizzata per favorire una dissoluzione efficace e rapida dei campioni. La dissoluzione assistita da ultrasuoni si basa sull’agitazione meccanica prodotta dagli effetti cavitazionali causati dall’introduzione di onde ultrasoniche nei liquidi. L’apporto di energia ultrasonica facilita e accelera il pretrattamento del campione, come la dissoluzione e la lisciviazione, prima dell’analisi.
La preparazione di una soluzione assistita da ultrasuoni permette di disciogliere soluti ad alta concentrazione e di ottenere in modo efficiente e rapido una soluzione concentrata o satura (e sovrasatura).
Quando si introducono ultrasuoni ad alta potenza e bassa frequenza in un mezzo liquido, la cavitazione acustica risultante crea condizioni uniche. La sonicazione ha migliorato i pretrattamenti dei campioni liquido–liquido e solido–liquido (ad es. digestione, solubilizzazione ed estrazione), che vengono tipicamente eseguiti prima della rilevazione e della misurazione analitiche.

 
La velocità di dissoluzione quantifica la rapidità del processo di dissoluzione. La velocità di dissoluzione è influenzata da diversi fattori:

• materiale: solvente e soluto
• temperatura + pressione
• grado di saturazione o sottosaturazione
• efficienza e azione della dissoluzione e della miscelazione
• area della superficie interfacciale
• presenza di inibitori (ad es. sostanze depositate sulle particelle o che bloccano l’interfaccia tra le fasi)

 
Per accelerare il processo di solvatazione e aumentare la velocità di dissoluzione, sono necessari omogeneizzatori potenti che forniscano un’azione meccanica sufficiente. La capacità degli omogeneizzatori a ultrasuoni di dissolvere e miscelare mediante cavitazione è ben nota; questi dispositivi sono quindi uno strumento comune e affidabile per la preparazione dei campioni nei laboratori.

Immagini al microscopio della sospensione di meloxicam:
A sinistra: sospensione di meloxicam non trattata; a destra: nanosospensione di meloxicam ottenuta mediante sonicazione con UP100H per 45 minuti al 100% di ampiezza e con ciclo 1.
(studio e immagine: ©Iurian et al., 2015)

Dissoluzione di campioni di laboratorio mediante ultrasuoni

La dissoluzione assistita da ultrasuoni per la preparazione dei campioni viene utilizzata nei laboratori prima delle misurazioni analitiche.
Elenco degli strumenti analitici che richiedono (spesso) campioni allo stato liquido:

• HPLC – Cromatografia liquida ad alte prestazioni
• FTIR – Spettroscopia infrarossa a trasformata di Fourier
• GC – Gascromatografia
• Spettroscopia atomica
• ATR – Riflessione totale attenuata
• Misurazione delle dimensioni delle particelle mediante diffrazione laser
• Diffusione dinamica della luce

Con il dispositivo a ultrasuoni per la preparazione dei campioni SonoStep, il trattamento dei campioni prima dell’analisi può essere eseguito interamente in linea: il dispositivo a ultrasuoni per la preparazione dei campioni dispone di un agitatore e di una pompa integrati, che consentono ai campioni di fluire in modo costante e continuo attraverso un sistema chiuso. Si garantisce così una sonicazione uniforme e affidabile, senza il rischio di contaminazione crociata, alterazione o perdita del campione.
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Dissoluzione mediante ultrasuoni per la produzione industriale

Nelle linee di produzione industriale, gli ultrasuoni ad alta potenza vengono integrati per dissolvere e omogeneizzare miscele solido–liquido, ottenendo un prodotto uniforme e stabile.
Di seguito sono riportati alcuni esempi relativi a diversi settori industriali:

• Industria farmaceutica: dissoluzione di componenti dei farmaci, ad es. sali e polimeri
• Industria alimentare e delle bevande: dissoluzione di ingredienti, ad es. zucchero, sale, sciroppo e condimenti
• Vernici e rivestimenti: dissoluzione di polimeri
• Chimica: preparazione di una soluzione sovrasatura prima delle reazioni di precipitazione

Processori a ultrasuoni per applicazioni di dissoluzione su qualsiasi scala

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