Homogenizatory ultradźwiękowe są potężnym narzędziem do mieszania i homogenizacji zawiesin stałych i ciekłych. Homogenizacja ultradźwiękowa to mechaniczny proces redukcji cząstek w cieczy tak, że stają się one równomiernie małe i równomiernie rozłożone. Hielscher oferuje wydajne homogenizatory ultradźwiękowe do zastosowań w laboratorium i w skali produkcyjnej.

Zastosowania i wpływ homogenizatorów ultradźwiękowych

Homogenizatory ultradźwiękowe to wydajne i niezawodne mieszalniki, które znajdują liczne zastosowania w laboratorium i przemyśle.
Homogenizator ultradźwiękowy może być używany do różnych zastosowań, m.in:

• Homogenizacja: Homogenizatory ultradźwiękowe mogą homogenizować próbki w celu stworzenia jednolitych i spójnych mieszanin.
• Rozproszenie: Homogenizatory ultradźwiękowe mogą być stosowane do dyspergowania cząstek stałych w cieczach w celu tworzenia stabilnych zawiesin. Homogenizacja ultradźwiękowa jest wyjątkowo skuteczna w tworzeniu nano dyspersji.
• Emulgowanie: Homogenizatory ultradźwiękowe mogą być używane do tworzenia stabilnych emulsji i nanoemulsji poprzez rozbijanie i rozpraszanie niemieszających się cieczy, takich jak olej i woda.
• Zakłócenia w pracy komórki: Homogenizatory ultradźwiękowe mogą rozbijać komórki w celu ekstrakcji składników wewnątrzkomórkowych, takich jak białka, kwasy nukleinowe, enzymy i metabolity.
• Odgazowywanie: Homogenizatory ultradźwiękowe mogą być stosowane do usuwania rozpuszczonych gazów z cieczy, np. do odgazowywania rozpuszczalników HPLC lub płynów chłodzących.
• Reakcje chemiczne wspomagane ultradźwiękami: Homogenizatory ultradźwiękowe mogą być również wykorzystywane do reakcji chemicznych wspomaganych sonikacją, takich jak sonochemiczna synteza, kataliza czy degradacja.

 
Ogólnie rzecz biorąc, homogenizatory ultradźwiękowe są wszechstronnym narzędziem, które może być wykorzystywane w szerokim zakresie zastosowań w badaniach, rozwoju i procesach przemysłowych.

Homogenizatory ultradźwiękowe i wysokociśnieniowe

Najpowszechniejszym mechanizmem homogenizacji jest homogenizacja wysokociśnieniowa. Tam ciecz jest tłoczona pod wysokim ciśnieniem (ok. 2000 barg) przez zawór homogenizujący. Podczas przechodzenia przez zawór ciecz przechodzi krótki (ok. 50 mikrosek.) cykl niskociśnieniowy.
Mechanizm działa na małe, miękkie cząsteczki, takie jak kuleczki tłuszczu w mleku, ale ma swoje ograniczenia jak jest używany do dyspersji twardych i ściernych materiałów, takich jak pigmenty, pasty do polerowania lub tlenków metali, materiałów włóknistych i żylastych, przeciery, glony lub osadu. Wynika to z dużej prędkości cieczy (do 120mtr/sek) i z małego otworu zaworów używanych. Jak materiał ścierny przechodzi pompę i otwór zawory, powoduje ścieranie. To redukuje czas wydajności i życia pompy i zaworu.

Zalety homogenizatorów ultradźwiękowych

Homogenizatory ultradźwiękowe do ciężkich zastosowań

Mielenie na mokro, mielenie i mieszanie to typowe zastosowania, w których ultradźwiękowe urządzenia są wykorzystywane jako niezawodne homogenizatory. Homogenizatory ultradźwiękowe są bardzo skuteczne w redukcji miękkich i twardych cząstek. W przeciwieństwie do wielu innych technologii homogenizacji, homogenizatory ultradźwiękowe z sondą mogą obsługiwać nawet bardzo twarde, ścierne i włókniste materiały.
Zasada działania homogenizacji ultradźwiękowej oparta jest na zjawisku kawitacji. Gdy ciecze poddawane są intensywnemu działaniu ultradźwięków, fale dźwiękowe rozchodzą się w cieczy powodując naprzemienne cykle wysokiego i niskiego ciśnienia (ok. 20000 cykli/sek.). Podczas cyklu niskiego ciśnienia w cieczy powstają małe pęcherzyki próżniowe o dużej intensywności, ponieważ osiągnięte zostaje ciśnienie pary cieczy.
Gdy pęcherzyki osiągną pewną wielkość, pękają podczas cyklu pod wysokim ciśnieniem. Podczas tej implozji tworzą się bardzo wysokie ciśnienia i prowadzą do przepływu cieczy z wysoką prędkością. Powstawający prąd i zawirowania przerywa aglomerat cząstek i prowadzi do kolizji między pojedynczych cząstek.

Jedna z przewag homogenizatorów ultradźwiękowych jest niska liczba ruchomych części i części które mają kontakt z cieczą. Zmniejsza to zużycie przez tarcie i czas na czyszczenie. Istnieją tylko dwie części które mają kontakt z cieczą: sonotrody i celki przepływowe. Obie mają prostą geometryię i nie mają małych lub ukrytych otworów.

Kolejną zaletą jest dokładna kontrola parametrów pracy wpływających na kawitację. Homogenizatory ultradźwiękowe firmy Hielscher mogą być stosowane przy amplitudzie drgań od ok. 1 do 200 mikronów. Ciśnienie cieczy może wynosić od 0 do ok. 500 psig. Ponieważ amplituda i ciśnienie są najbardziej wpływowymi parametrami, szeroki zakres roboczy każdego parametru pozwala na bardzo delikatną i bardzo destrukcyjną obróbkę.

Homogenizatory ultradźwiękowe Hielschera są sterowane amplitudą. W ten sposób regulowana amplituda będzie utrzymywana we wszystkich warunkach operacyjnych. Dzięki temu ultrasonizacja jest kontrolowana i powtarzalna. Sonizacja przy identycznych parametrach operacyjnych da spójne i powtarzalne wyniki. Jest to ważne dla jakości produkowanego materiału i dla zwiększenia skali wyników procesu od laboratorium do poziomu produkcji.

Homogenizatory ultradźwiękowe dla każdej skali

Firma Hielscher produkuje homogenizatory ultradźwiękowe do homogenizacji dowolnych objętości próbek do obróbki wsadowej lub liniowej. Laboratoryjne homogenizatory ultradźwiękowe mogą być stosowane dla objętości od 1,5 mL do ok. 5 l. Ultradźwiękowe homogenizatory przemysłowe są używane do opracowywania procesów i produkcji partii od 0,5 do ok. 2000L lub przepływów od 0,1L do 20m³ na godzinę.

Projektowanie, produkcja i doradztwo – Jakość Made in Germany

Ultradźwięki firmy Hielscher są znane z najwyższej jakości i standardów konstrukcyjnych. Solidność i łatwa obsługa pozwalają na płynną integrację naszych ultradźwięków z obiektami przemysłowymi. Surowe warunki i wymagające środowiska są łatwo obsługiwane przez ultradźwięki Hielscher.

Hielscher Ultrasonics jest firmą posiadającą certyfikat ISO i kładzie szczególny nacisk na ultradźwięki o wysokiej wydajności, charakteryzujące się najnowocześniejszą technologią i łatwością obsługi. Oczywiście ultradźwięki Hielscher są zgodne z CE i spełniają wymagania UL, CSA i RoHs.

Poniższa tabela przedstawia ogólne zalecenia urządzenia w zależności od objętości partii lub natężenia przepływu, które mają być przetwarzane. Kliknij na typ urządzenia, aby uzyskać więcej informacji na temat każdego homogenizatora ultradźwiękowego.

Homogenizatory ultradźwiękowe do zastosowań o wysokiej wydajności

Homogenizatory ultradźwiękowe firmy Hielscher są koniem roboczym do mieszania i homogenizacji. Laboratoryjne homogenizatory ultradźwiękowe są kompaktowymi i niezawodnymi narzędziami do efektywnego i szybkiego rozpraszania i emulgowania małych i średnich próbek. Przemysłowe homogenizatory ultradźwiękowe firmy Hielscher są skuteczne i przewyższają tradycyjne techniki homogenizacji, takie jak homogenizatory wysokociśnieniowe lub młyny perełkowe. Homogenizatory przemysłowe firmy Hielscher mogą dostarczać bardzo duże amplitudy, dzięki czemu są wyjątkowo wydajne w procesach mieszania, dyspergowania i mielenia. Amplitudy do 200 µm mogą być z łatwością wykorzystywane w trybie ciągłym w trybie 24/7. Dla jeszcze większych amplitud, dostępne są sonotrody ultradźwiękowe dostosowane do potrzeb klienta. Wytrzymałość urządzeń ultradźwiękowych firmy Hielscher pozwala na pracę w trybie 24/7 przy dużych obciążeniach i w wymagających środowiskach.
Nasi klienci są zadowoleni z wyjątkowej wytrzymałości i niezawodności systemu Ultrasonics firmy Hielscher.’ homogenizatory. Instalacja w trudnych warunkach pracy, w wymagających środowiskach i w trybie 24/7 zapewnia wydajne i ekonomiczne przetwarzanie danych. Intensyfikacja procesu ultradźwiękowego skraca czas przetwarzania i pozwala uzyskać lepsze wyniki, tj. wyższą jakość, wyższą wydajność, innowacyjne produkty.

Ultradźwiękowe homogenizatory tkankowe

Oprócz przygotowywania dyspersji i emulsji, homogenizatory ultradźwiękowe są mocno ugruntowane w biotechnologii, biologii komórkowej i molekularnej oraz naukach przyrodniczych w zakresie lizy i frakcjonowania komórek, zaburzeń tkanek, ekstrakcji związków wewnątrzkomórkowych oraz strzyżenia DNA, RNA i chromatyny. Homogenizatory ultradźwiękowe są dostępne do przygotowywania próbek o małych objętościach (0,1 ml) do bardzo dużych objętości w procesach przemysłowych (np. ekstrakcja związków bioaktywnych do produkcji suplementów).
W celu przerwania tkanki za pomocą homogenizatora ultradźwiękowego, stosuje się roztwór buforu izotonicznego, który zatrzymuje uszkodzenia osmotyczne. Homogenizatory ultradźwiękowe firmy Hielscher są wyposażone w czujnik temperatury i nastawę kontroli temperatury, które pozwalają na utrzymanie próbek w dobrze kontrolowanym zakresie temperatur.
Więcej szczegółów na temat ultradźwiękowych homogenizatorów tkanek znajdziesz tutaj!

---

---

Literatura / materiały źródłowe

• 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.