Ultradźwięki i sondy do przetwarzania cieczy

Ultradźwięki Hielscher są wykorzystywane do próbek laboratoryjnych, przetwarzania w skali pilotażowej lub produkcji na pełną skalę. Obejmuje to procesory ultradźwiękowe i sondy do ultradźwięków dowolnej objętości cieczy, od kilku mikrolitrów do setek metrów sześciennych na godzinę. Hielscher Ultrasonics dostarcza wysokowydajne sonikatory i powiązany sprzęt ultradźwiękowy o wysokiej intensywności do badań i przemysłu.

Wymóg obróbki cieczy za pomocą kawitacji ultradźwiękowej występuje w wielu rozmiarach: Próbki tkanek w małych fiolkach, próbki farb w puszkach, partie reaktorów lub ciągły przepływ materiału. Hielscher oferuje urządzenia ultradźwiękowe dla każdej objętości cieczy. Na przykład UP100H to kompaktowy ręczny sonikator typu sondy do 500 ml. Ultradźwięki o mocy 400 W UP400St to silny homogenizator laboratoryjny o pojemności do 2000 ml. A dzięki przemysłowej klasie UIP1000hdT oferujemy potężny ultradźwiękowy mikser typu sondy do opracowywania aplikacji i produkcji na małą skalę. Dla większych celów produkcyjnych Hielscher oferuje sonikatory o mocy 4000 W, 6000 W, 10 kW i 16 kW. Poniższa tabela zawiera listę wszystkich standardowych laboratoryjnych i przemysłowych urządzeń ultradźwiękowych.

Laboratoryjne homogenizatory ultradźwiękowe

ultrasonografy przemysłowe

Ultradźwiękowe procesy i aplikacje

Mieszanie ultradźwiękowe

Podczas gdy mieszadła zbiornikowe mogą mieszać łatwo mieszalne ciecze o podobnej lepkości, ciecze o różnej lepkości lub ciecze bardziej lepkie mogą wymagać wysokiego ścinania mechanicznego w celu szybkiego i całkowitego wymieszania. Nasze urządzenia ultradźwiękowe mogą z łatwością mieszać dwie lub więcej cieczy w linii. W tym celu ciecze zostaną połączone tuż przed ultradźwiękowymi reaktorami przepływowymi. Przeczytaj więcej o miksowaniu!

homogenizacja ultradźwiękowa

Homogenizatory ultradźwiękowe Hielscher są bardzo skuteczne w uzyskiwaniu małych i jednolitych rozmiarów kulek lub cząstek podczas przetwarzania preparatów proszek/ciecz lub ciecz/ciecz. Wysokie hydrauliczne siły ścinające generowane przez ultradźwięki rozbijają aglomeraty, kropelki i tkankę komórkową na mniejsze fragmenty i wytwarzają jednolity produkt o drobnych rozmiarach. Nasza gama homogenizatorów obejmuje dowolną objętość przetwarzania, od fiolek laboratoryjnych po masową produkcję. Przeczytaj więcej o homogenizacji!

Dezaglomeracja ultradźwiękowa

Homogenizatory ultradźwiękowe Hielscher rozbijają aglomeraty proszków w cieczach, których konwencjonalne mieszadła i mieszalniki o wysokim ścinaniu nie są w stanie rozbić. Wysokie ścinanie kawitacyjne rozprasza i homogenizuje aglomerowane cząstki, co skutkuje wyższą powierzchnią właściwą. Homogenizatory ultradźwiękowe Hielscher można łatwo zintegrować w linii lub w partii. Przeczytaj więcej o deaglomeracji!

Ultradźwiękowe rozpraszanie

W przypadku prawie każdego produktu ważne jest, aby cząstki były oddzielone od innych cząstek w celu zwiększenia powierzchni cząstek i uzyskania jednolitego rozkładu. Nawet dyspersje można łatwo osiągnąć za pomocą ultradźwięków. Ultradźwięki Hielscher są szeroko stosowane do produkcji dyspersji drobnoziarnistych w zakresie mikronów i nano. Przeczytaj więcej o rozpraszaniu!

emulgowanie ultradźwiękowe

Podczas mieszania niemieszających się cieczy w emulsję, wielkość i rozkład kropel są kluczowym czynnikiem wpływającym na stabilność emulsji. Ultradźwięki mogą tworzyć bardzo drobne kropelki i wąskie rozkłady wielkości. W większości przypadków nasze mieszalniki ultradźwiękowe mogą osiągnąć submikronowe kropelki podczas przygotowywania emulsji w partii lub w linii. W odróżnieniu od homogenizatorów wysokociśnieniowych, wysokie ścinanie wytwarzane przez nasze urządzenia ultradźwiękowe emulguje nawet ciecze o wysokiej lepkości, takie jak ciężkie oleje opałowe (HFO). Niektóre preparaty mogą wymagać dodania emulgatorów lub stabilizatorów. W tym przypadku ultradźwięki pomagają równomiernie wymieszać emulgator. Przeczytaj więcej o emulgowaniu!

rozpuszczanie ultradźwiękowe

Homogenizatory ultradźwiękowe są skutecznym i niezawodnym środkiem do rozpuszczania różnych materiałów, takich jak sól, cukry, syropy, żywice i polimery. Szybkie strumienie cieczy wytwarzane przez kawitację ultradźwiękową zwiększają przenoszenie masy w warstwach granicznych. Powoduje to szybsze i pełniejsze rozpuszczanie i wymywanie cząstek lub cieczy o wysokiej lepkości. Przeczytaj więcej o rozpuszczaniu ultradźwiękowym!

Ultradźwiękowa redukcja wielkości cząstek

Procesory ultradźwiękowe Hielscher mogą rozbijać aglomeraty, agregaty i pierwotne cząstki różnych materiałów, takich jak pigmenty, tlenki metali lub kryształy. Ultradźwięki mogą osiągnąć bardzo jednolite i wąskie rozkłady wielkości cząstek z niewielkimi lub żadnymi różnicami między partiami. Frezowanie ultradźwiękowe jest najbardziej wydajne w zakresie od poniżej 500 mikronów do submikronów i nano-rozmiarów. Nasze reaktory ultradźwiękowe mogą obsługiwać duże obciążenia ciałami stałymi i wysoką lepkość zawiesiny. Ostateczna wielkość cząstek będzie zależeć od twardości produktu. Dowiedz się więcej o redukcji wielkości cząstek!

Więcej procesów ultradźwiękowych

Ultradźwiękowe czyszczenie powierzchni cząstek

Powierzchnia cząstek proszku jest kluczowym czynnikiem dla interakcji z otaczającą cieczą. To właśnie na takich granicach faz ciało stałe/ciecz zachodzą reakcje rozpuszczania, reakcje chemiczne lub aktywność katalityczna. Homogenizacja ultradźwiękowa zwiększa ekspozycję powierzchni cząstek na fazę ciekłą poprzez równomierną deaglomerację i redukcję wielkości cząstek. Podczas reakcji katalitycznych i chemicznych powierzchnia cząstek może być blokowana przez osadzanie się pozostałości, tworzenie warstwy granicznej, warstwy tlenków i zanieczyszczenia. Kawitacja ultradźwiękowa powoduje szybkie strumienie cieczy, wysokie ścinanie hydrauliczne i zderzenia międzycząsteczkowe powodujące czyszczenie powierzchni cząstek. Urządzenia ultradźwiękowe Hielscher mogą być używane w partii lub w linii do usuwania zanieczyszczeń z cząstek w cieczach.

mieszanie ultradźwiękowe

Ultradźwiękowe mieszanie i mieszanie zbiorników wymaga niezawodnego sprzętu, szczególnie w przypadku zwiększania lepkości i objętości. Konwencjonalne mieszadła zbiorników, takie jak mieszadła łopatkowe lub mieszadła rotor-stator, są ograniczone przez różne czynniki, w tym lepkość i skalowalność. Dlatego mieszanie ultradźwiękowe zbiorników o dużej mocy jest właściwym wyborem dla procesu mieszania ze względu na wyższą przepustowość, oszczędność czasu, niższe koszty operacyjne, bezpieczną obsługę (brak ruchomych części) i prostą konserwację. Dowiedz się więcej o ultradźwiękowych mieszadłach do zbiorników!

Ultradźwiękowe nawilżanie

Podczas mieszania suchych proszków, takich jak pigmenty, zagęszczacze lub gumy z płynami, cząsteczki proszku mają tendencję do tworzenia aglomeratów, grudek lub tzw. “Rybie oczy” (częściowo uwodniony proszek z rdzeniem z suchego proszku). Mieszadła i mieszadła będą myć tylko powierzchnię takich aglomeratów. Skutkuje to długim czasem mieszania i niską jakością produktu. Mieszanie ultradźwiękowe rozbija aglomeraty i grudki, prowadząc do roztworu wolnego od aglomeratów. Ponadto dobrze wiadomo, że efekty sonochemiczne aktywują powierzchnię cząstek, co prowadzi do korzyści, takich jak szybsze reakcje i lepsza jakość produktu.

ultradźwiękowe przygotowanie próbki

W przypadku pomiarów za pomocą instrumentów analitycznych (np. HPLC, spektrometru atomowego itp.) większość próbek musi zostać upłynniona. Jeśli próbka jest rozpuszczalna, substancję rozpuszczoną (taką jak sukraloza, sole, np. w postaci proszku lub tabletki) można rozpuścić w rozpuszczalniku (np. wodzie, rozpuszczalnikach wodnych, rozpuszczalnikach organicznych itp.), uzyskując jednorodną mieszaninę składającą się tylko z jednej fazy. Proces rozpuszczania może być przeprowadzany poprzez mieszanie ręczne lub mechaniczne, co jest czasochłonne i nieefektywne. Związane z tym problemy to straty próbki spowodowane manipulacją lub brak odtwarzalności z powodu przypadkowych błędów i nierównomiernego mieszania.

Ultradźwięki do aktywacji chemicznej

Do zainicjowania reakcji chemicznej potrzebna jest energia. Tak zwana energia aktywacji to ilość energii wymagana do zainicjowania reakcji i jej spontanicznego przebiegu. Poprzez wprowadzenie energii ultradźwiękowej można zainicjować reakcję chemiczną, ponieważ siły przyciągania są przezwyciężane i powstają wolne rodniki. Typowe reakcje chemiczne, które korzystają z ultradźwięków to sonokataliza (np. kataliza przeniesienia fazowego), syntetyczne reakcje organiczne, sonoliza, jak również zol-żel-trasy. Ponadto siły ultradźwiękowe tworzą wysoce reaktywne powierzchnie, co jest ważną techniką zwiększania aktywności katalizatora.

Ultradźwiękowe przecinanie ścinające

Zjawisko zmniejszania się lepkości pod wpływem rosnących sił ścinających jest określane jako rozrzedzanie ścinaniem lub tiksotropia. Zmniejszenie lepkości ma istotne znaczenie, gdy należy zmodyfikować obciążenie cząstkami medium. Aby uzyskać większe obciążenie ciałami stałymi, w pierwszym etapie należy obniżyć lepkość. Po zmniejszeniu lepkości, ciała stałe mogą być dodawane i rozpraszane w medium. Wysokie siły ścinające wytwarzane przez kawitację ultradźwiękową powodują rozrzedzanie ścinające i doskonałe wyniki dyspergowania. Ta aplikacja jest głównie zintegrowana przed suszeniem rozpyłowym lub zamrażaniem rozpyłowym w celu zwiększenia wydajności procesu natryskiwania lub wpłynięcia na reologię materiału tiksotropowego, np. polimerów.

Ultradźwiękowe frezowanie na mokro

Mielenie i redukcja wielkości cząstek są kluczowymi procesami w wielu gałęziach przemysłu, np. w produkcji farb i lakierów. & powłoki, tusz do drukarek atramentowych & drukowanie, chemikalia lub kosmetyki. Technologia frezowania ultradźwiękowego została sprawdzona pod kątem niezawodnej redukcji wielkości i dyspersji w zakresie mikronów i nanometrów. Jego niezrównana siła w stosunku do młynów perełkowych, kulkowych i żwirowych polega na unikaniu wszelkich mediów mielących (np. koralików / pereł), które zanieczyszczają produkt końcowy w wyniku ścierania. Wręcz przeciwnie, frezowanie ultradźwiękowe opiera się na zderzeniach międzycząsteczkowych - oznacza to, że cząstki, które mają być zmielone, są używane jako śruta. Dlatego czasochłonne czyszczenie mediów mielących nie jest już problemem. Można przetwarzać strumienie o wysokiej lepkości i dużej objętości, uzyskując produkt wysokiej jakości. W celu integracji z przemysłową linią technologiczną, Hielscher dostarcza odpowiednie rozwiązanie: systemy klastrowe, łatwa integracja / modernizacja, niskie koszty utrzymania, prosta obsługa i wysoka niezawodność. Dowiedz się więcej o mieleniu na mokro i drobnym mieleniu!

Ekstrakcja ultradźwiękowa i liza komórek

Dezintegracja lub liza komórek jest powszechną częścią codziennego przygotowywania próbek w laboratoriach biotechnologicznych. Celem liza polega na przerwaniu części ściany komórkowej lub całej komórki w celu uwolnienia cząsteczek biologicznych. Tak zwany lizat może składać się np. z plazmidu, testów receptorowych, białek, DNA, RNA itp. Kolejne etapy po lizie to frakcjonowanie, izolacja organelli lub/i ekstrakcja i oczyszczanie białek. Wyekstrahowany materiał (= lizat) musi zostać oddzielony i podlega dalszym badaniom lub zastosowaniom, np. w badaniach proteomicznych. Homogenizatory ultradźwiękowe są powszechnym narzędziem do skutecznej lizy i ekstrakcji komórek. Ponieważ intensywność ultradźwięków można wyrównać, dostosowując parametry procesu, optymalna intensywność sonikacji – od bardzo łagodnych do bardzo intensywnych – można ustawić dla każdej substancji i nośnika. Przeczytaj więcej o ekstrakcji i lizie komórek!

Ultradźwiękowa dezaktywacja drobnoustrojów

Inaktywacja drobnoustrojów jest kluczowym procesem w przetwórstwie żywności. Ze względu na rosnące zapotrzebowanie na świeżą, łagodnie przetworzoną żywność, przemysł podąża za zapotrzebowaniem klientów, zastępując konserwację termiczną łagodniejszymi metodami przetwarzania. Ultrasonizacja jest techniką nietermiczną, która pozwala na inaktywację mikroorganizmów w temperaturach subletalnych, co skutkuje lepszym zachowaniem właściwości sensorycznych, odżywczych i funkcjonalnych produktu. Ponieważ mikroorganizmy są główną przyczyną psucia się żywności, technika konserwacji musi być ukierunkowana na nie. Zaletą sonikacji jest pełna kontrola nad intensywnością sonikacji, a tym samym możliwość dostosowania do określonych rodzajów drobnoustrojów i produktu. Przeczytaj więcej o inaktywacji drobnoustrojów!

odgazowanie ultradźwiękowe

W wielu produktach płynnych rozpuszczony gaz, taki jak powietrze, tlen lub dwutlenek węgla, powoduje problemy w procesach niższego szczebla lub z jakością produktu. Rozpuszczony gaz może powodować korozję, pienienie, powstawanie mikropęcherzyków lub rozwój drobnoustrojów.
Pod wpływem promieniowania ultradźwiękowego rozpuszczony gaz jest ekstrahowany do próżni pęcherzyków kawitacyjnych (odgazowanie próżniowe). Wypełnione gazem pęcherzyki unoszą się następnie do góry i mogą zostać usunięte. Zawartość gazu w cieczy można szybko zmniejszyć poniżej naturalnej równowagi przy ciśnieniu atmosferycznym za pomocą odgazowania ultradźwiękowego. Przeczytaj więcej o odgazowywaniu!

Ultradźwiękowe usuwanie mikropęcherzyków

Zawieszone mikropęcherzyki w cieczach i zawiesinach są istotnym problemem jakościowym dla wielu produktów, ponieważ takie pęcherzyki mogą powodować zanieczyszczenie produktu, rozwój drobnoustrojów, zamglenie powłok, niestabilność mechaniczną lub nierówne wyniki drukowania atramentem zawierającym gaz. Fale ultradźwiękowe rozchodzące się w cieczy zmuszają zawieszone pęcherzyki do łączenia się w większe pęcherzyki, które unoszą się na górze i mogą być w ten sposób usunięte. Ultradźwięki pomagają pęcherzykom przemieszczać się przez ciecz, np. wodę, olej lub żywicę, prowadząc do szybszego i pełniejszego odpowietrzania. Przeczytaj więcej o usuwaniu mikropęcherzyków!

Ultradźwiękowe odpienianie

W wielu procesach przemysłowych, takich jak fermentacja, trawienie lub procesy chemiczne, piana powoduje duże problemy, ponieważ sprawia, że proces jest mniej kontrolowany. W większości przypadków piana jest niepożądanym produktem ubocznym, który musi zostać usunięty. Powszechnie stosowane środki przeciwpieniące są drogie i zanieczyszczają produkt końcowy. Natomiast bardzo intensywne fale ultradźwiękowe (sono-defoaming) rozbijają pianę bez zanieczyszczeń. Zniszczenie piany jest miękką, niskoenergetyczną aplikacją ultradźwiękową. Specjalnie zaprojektowane sonotrody płytowe wytwarzają fale powietrzne o wysokiej amplitudzie, które destabilizują pęcherzyki w pianie, dzięki czemu zapadają się. Można to osiągnąć w ciągu kilku sekund i nie ma to żadnych skutków ubocznych. Przeczytaj więcej o odpienianiu!

Ogrzewanie ultradźwiękowe

Chociaż ogrzewanie w większości przypadków nie jest głównym celem sonikacji, nie należy lekceważyć efektu ubocznego generowania ciepła w obrabianym medium. Kontrolowane ogrzewanie jest korzystne, ponieważ wiele procesów jest ulepszanych przez ciepło. Podczas wielu procesów, np. konserwacji lub reakcji chemicznych, obróbka ultradźwiękowa jest celowo wspierana przez podwyższoną temperaturę, znaną jako termosonikacja. W przypadku materiałów wrażliwych na ciepło, ukierunkowane chłodzenie podczas sonikacji zapewnia stabilne temperatury podczas obróbki ultradźwiękowej. Wdrażając łaźnie lodowe, komórki przepływowe z płaszczami chłodzącymi i zintegrowane wymienniki ciepła w konfiguracji, Hielscher oferuje rozwiązanie dla indywidualnych celów.

Stabilizacja ultradźwiękowa

Ultradźwięki o dużej mocy przyczyniają się do stabilizacji mechanicznej i mikrobiologicznej. Generowane ultradźwiękowo wysokie siły ścinające zapewniają niezwykle dokładne mieszanie, dzięki czemu wiązania międzycząsteczkowe są przezwyciężane i osiągana jest stabilizacja mechaniczna. Trwałość stabilizacji zależy od preparatu: niektóre emulsje i dyspersje są samostabilne ze względu na bardzo drobną i równomierną homogenizację, podczas gdy inne mieszaniny muszą być wspomagane przez dodanie środków stabilizujących. Jeśli potrzebne są stabilizatory, ultradźwięki są bardzo niezawodnym narzędziem do mieszania stabilizatora z mieszaniną.
W przypadku produktów biologicznych i związanych z żywnością, ultradźwięki są niezawodną techniką inaktywacji drobnoustrojów w celu osiągnięcia stabilności i konserwacji produktu. Ultradźwiękowa stabilizacja mikrobiologiczna jest nietermiczną alternatywą konserwacji, która przekonuje skuteczną dezaktywacją drobnoustrojów i jedynie łagodnym wytwarzaniem ciepła. Wykazano, że ultradźwięki są bardzo skuteczne w niszczeniu patogenów przenoszonych przez żywność, takich jak E. coli, Salmonellae, Ascaris, Giargia, cysty Cryptosporidium i Poliovirus.

Ultradźwiękowa funkcjonalizacja powierzchni cząstek

Struktura powierzchni cząstek jest ważna dla ich charakterystyki. Powierzchnia właściwa cząstki staje się większa w korelacji ze zmniejszeniem rozmiaru cząstki. Tak więc, zmniejszając rozmiar cząstek, właściwości powierzchni stają się coraz bardziej widoczne - szczególnie podczas nanonizacji. W przypadku stosowania takich materiałów, właściwości powierzchniowe są równie ważne jak właściwości rdzenia cząstek. Oznacza to, że funkcjonalizacja nanomateriałów umożliwia szeroki zakres zastosowań, takich jak polimery, nanopłyny, biokompozyty, nanomedycyna i elektronika. To sprawia, że redukcja rozmiaru, deaglomeracja i funkcjonalizacja są istotnymi etapami obróbki cząstek. Ultradźwięki Hielscher są szeroko stosowane do obróbki mikro- i nanocząstek w celu mielenia, deaglomeracji, dyspersji i modyfikacji ich struktury. Poprzez modyfikację powierzchni cząstek można uniknąć niepożądanej agregacji cząstek. W dalszych etapach, ultradźwiękowo zmodyfikowane cząstki mogą być mieszane w kompozyty, gdzie sonikacja osiąga jednorodny rozkład w matrycy. Jest to bardzo ważne dla różnorodnych zastosowań przemysłowych dotyczących długoterminowej stabilności lub właściwości mechanicznych materiałów hybrydowych.

Ultradźwiękowe badanie erozji

Odporność na erozję kawitacyjną jest ważnym aspektem trwałości i żywotności materiału. Aby zapewnić funkcjonalność materiału, należy przetestować skłonność do erozji i zmęczenie materiału w celu zapewnienia jakości. Odporność na erozję ma duże znaczenie dla materiałów stosowanych w wymagających środowiskach, takich jak śruby okrętowe, powłoki (morskie), pompy, elementy silników, turbiny hydrauliczne, dynamometry hydrauliczne, zawory, łożyska, tuleje cylindrowe silników wysokoprężnych, wodoloty oraz w wewnętrznych kanałach przepływowych z przeszkodami itp. Aby przeprowadzić badania erozji kawitacyjnej zgodnie z normą ASTM G32-92, nieunikniona jest kontrolowana i powtarzalna ultrasonizacja. Urządzenia ultradźwiękowe Hielscher mogą być używane do bezpośredniego i pośredniego badania erozji próbek. Ten sam sprzęt ultradźwiękowy może być używany zarówno do testów bezpośrednich, jak i pośrednich. Podczas bezpośredniego badania próbka jest montowana do sonotrody, podczas gdy do pośredniego badania erozji próbka jest mocowana w zlewce. Testy erozji mogą być przeprowadzane w pełni kontrolowanych warunkach środowiskowych i w prawie każdym płynie. Poprzez regulację intensywności ultradźwięków, moc erozyjna może być dostosowana do wymagań testu. Przeczytaj więcej o testach erozji!

Ultradźwiękowe czyszczenie przewodów i kabli

Materiały niekończące się, takie jak druty, kable, taśmy, pręty i rury, muszą zostać oczyszczone z pozostałości smaru, zanim będą mogły zostać poddane dalszej obróbce, takiej jak galwanizacja, wytłaczanie lub spawanie. Czyszczenie niekończących się materiałów jest często wąskim gardłem linii produkcyjnej. Hielscher Ultrasonics oferuje unikalny proces czyszczenia ultradźwiękowego do wydajnego czyszczenia w linii, który może obsługiwać nawet wysoką przepustowość. Efekt kawitacji generowany przez moc ultradźwiękową usuwa pozostałości smarowania, takie jak olej lub smar, mydła, stearyniany lub kurz. Ponadto cząsteczki zanieczyszczeń są rozpraszane w cieczy czyszczącej. Dzięki temu unika się ponownego przylegania do czyszczonego materiału, a cząsteczki są wypłukiwane. Zalety czyszczenia ultradźwiękowego w skrócie: sprawdzone & niezawodne, wydajne, przyjazne dla środowiska, mniej lub brak chemicznych środków czyszczących, plug-and-play, systemy modułowe, prosta obsługa, niskie koszty utrzymania, praca 24/7, niewielkie rozmiary, możliwość doposażenia, możliwość dostosowania. Przeczytaj więcej o ciągłym czyszczeniu pasm!

Przesiewanie i filtracja ultradźwiękowa

Oddzielanie cząstek na podstawie różnicy wielkości wymaga mieszania sita lub siatki. Ultradźwiękowe mieszanie do przesiewania i przesiewania jest sprawdzonym narzędziem, które zwiększa wydajność przesiewania i oszczędza czas, ponieważ proszki mogą przechodzić przez sito szybciej i pełniej. Rezultatem jest lepsza jakość produktu końcowego przy mniejszej utracie materiału z powodu niepełnej separacji - a wszystko to w krótszym czasie przetwarzania. Dowiedz się więcej o przesiewaniu!

Ultradźwiękowe uzdatnianie wody

Kontrola wzrostu bakterii i glonów w wodzie jest dla wielu gałęzi przemysłu bardzo istotnym procesem produkcji. Potężne fale ultradźwiękowe są znane ze swojego wpływu na struktury komórkowe, powodując lizę i śmierć komórek, a także ze względu na ich zdolność do czyszczenia w wyniku uderzenia mechanicznego.
Ponadto zbiorniki, beczki, naczynia, a nawet filtry mogą być skutecznie czyszczone z biofilmów, pozostałości i zanieczyszczeń w bardzo prostym, ale skutecznym etapie sonikacji. Ultradźwiękowo generowane drgania mechaniczne i kawitacyjne siły ścinające usuwają zanieczyszczenia. Ogólnie rzecz biorąc, środki czyszczące nie są konieczne, a usunięte pozostałości można łatwo spłukać.

Rozwiązania branżowe

Ultradźwięki dla nanomateriałów

Nanomateriały przyciągnęły uwagę naukowców, badaczy i inżynierów z niemal wszystkich branż, ponieważ cząstki o rozmiarach nano wykazują unikalne właściwości. Ich właściwości fizyczne, takie jak właściwości optyczne i magnetyczne, ciepło właściwe, temperatura topnienia i reaktywność powierzchni, oferują duży potencjał dla materiałów o niezwykłych właściwościach. Jednak im mniejsze cząstki, tym trudniejsza staje się ich obróbka. Ultradźwięki o dużej mocy są często jedyną metodą skutecznego oddziaływania na nanocząstki. Wpływ ultradźwięków mocy pozwala na różnorodne zastosowania w chemii materiałów & rozwój, kataliza, elektronika, energia, a także biologia & medycyna.
W większości przypadków ultradźwięki o dużej mocy są jedynym skutecznym narzędziem do osiągnięcia pożądanych wyników mielenia i dyspergowania nanocząstek (np. nanorurek), grafennanodiamenty, ceramika, tlenki metali itp.) Alternatywnie, ultradźwiękowo wspomagane wytrącanie lub tak zwana synteza oddolna jest skutecznym sposobem tworzenia czystych nanokryształów o unikalnych właściwościach. Szczególnym zainteresowaniem cieszą się nanocząstki metaliczne, stopy i kompozyty metaloorganiczne, ponieważ metale mają ogromne znaczenie w sektorze przemysłowym. Również w tym przypadku sonikacja oferuje unikalne wyniki, takie jak powlekanie cyną cząstek aluminium i tytanu.

Ultradźwiękowa synteza oddolna

Wytrącanie lub synteza oddolna opisuje kontrolowane tworzenie atomów, cząsteczek i jonów w większe związki chemiczne. Wytrącanie jest również przydatne do oczyszczania produktów. Zaletą wytrącania jest to, że dzięki tej metodzie uzyskuje się najmniejsze cząstki o prawie jednolitej formie, wielkości cząstek/kryształów i morfologii. W przypadku produkcji nanocząstek o wysokiej czystości, wytrącanie i samoorganizacja składników molekularnych jest często jedynym sposobem na osiągnięcie pożądanej jakości. Ponieważ wytrącanie jest bardzo szybką reakcją, niezbędne jest skuteczne mieszanie reagentów. Mieszanie ultradźwiękowe jest kluczem do równomiernego i dobrze wymieszanego roztworu. Hielscher Ultrasonics dostarcza wysoce niezawodny sprzęt ultradźwiękowy, który gwarantuje pełną kontrolę nad parametrami procesu i pełną powtarzalność. Przeczytaj więcej o opadach!

Ultradźwięki w chemii i sonochemii

Zastosowania ultradźwięków w chemii rozgałęziają się w każdej sekcji, w tym w syntezie materiałów, analityce & oznaczanie, biochemia, organiczna & chemii nieorganicznej, neurochemii, chemii jądrowej, a także elektrochemii. Niezależnie od tego, czy ultradźwięki o dużej mocy sprzyjają reakcjom dzięki wyjątkowym możliwościom mieszania (np. chemia emulsji, kataliza przeniesienia fazowego PTC), aktywuje powierzchnie (np. kataliza, zol-żel), inicjowane przez wkład wymaganej energii kinetycznej lub przezwyciężenie sił chemicznych (np. potencjał Zeta, siły Van-der-Waalsa, reakcje otwarcia pierścienia), można osiągnąć wyjątkowe wyniki.

Sono-kataliza ultradźwiękowa

Katalizatory zwiększają współczynnik konwersji reakcji chemicznych i są potrzebne do zainicjowania reakcji lub do utrzymania reakcji do momentu osiągnięcia pełnej konwersji. Fakt, że reakcje katalityczne są często powolne i niekompletne, można zmienić za pomocą ultradźwięków o dużej mocy. Ultradźwięki przyczyniają się zarówno do homogenicznej, jak i heterogenicznej katalizy i osiągają szybsze współczynniki konwersji i wyższe wydajności. Siły ultradźwiękowe tworzą wysoce reaktywne powierzchnie, a tym samym zwiększają aktywność katalityczną. Nawet jeśli same katalizatory nie są zużywane, osady powierzchniowe mogą z czasem obniżyć aktywność katalizatora. Ponieważ stałe katalizatory często wymagają rzadkich i drogich metali, długa żywotność jest ekonomicznie istotnym aspektem. Ultradźwięki to sprawdzona technika usuwania zanieczyszczeń z powierzchni katalizatora w celu reaktywacji do pełnej wydajności katalitycznej. Dowiedz się więcej o sonokatalizie!

Sonochemia

Reakcje chemiczne są często powolne i niekompletne, dlatego pożądane jest osiągnięcie pełniejszego wykorzystania prekursorów. Ultradźwięki o dużej mocy powodują efekty fizyczne w cieczach, na przykład zwiększony transfer masy, emulgowanie, masowe ogrzewanie termiczne i różnorodne efekty na ciałach stałych (mielenie, deaglomeracja, aktywacja powierzchni, modyfikacja). Te efekty fizyczne znacząco wpływają na reakcje chemiczne. W konsekwencji ultradźwięki przyczyniają się do różnorodnych reakcji chemicznych, takich jak kataliza, synteza & wytrącanie, szlaki zol-żel, chemia emulsji i chemia polimerów. Urządzenia ultradźwiękowe Hielscher są idealne do zastosowań sonochemicznych, ponieważ systemy Hielscher są w stanie obsługiwać rozpuszczalniki, kwasy, zasady i materiały wybuchowe (ATEX ultrasonicator UIP1000hd-Exd). Wszystkie systemy mogą być używane do sonikacji wsadowej, jak również do sonikacji liniowej. Szeroki asortyment urządzeń i akcesoriów pozwala na dopasowanie do wymagań procesu. Dowiedz się więcej o sono-chemii!

Ultradźwiękowe ścieżki Sol-Gel

Ultradrobne nanocząstki i cząstki o kulistym kształcie, cienkie powłoki, włókna, porowate i gęste materiały, a także niezwykle porowate aerożele i kserożele są bardzo potencjalnymi dodatkami do rozwoju i produkcji materiałów o wysokiej wydajności. Zaawansowane materiały, w tym np. ceramika, wysoce porowate, ultralekkie aerożele i hybrydy organiczno-nieorganiczne mogą być syntetyzowane z zawiesin koloidalnych lub polimerów w cieczy metodą zol-żel. Materiał wykazuje unikalne właściwości, ponieważ generowane cząstki zolu mają rozmiar nanometrowy. Za pomocą ultradźwiękowej drogi zol-żel można tworzyć żele (tzw. sono-żele) o najmniejszej wielkości cząstek, największej powierzchni i największej objętości porów. Szeroka gama urządzeń ultradźwiękowych Hielscher oferuje idealną konfigurację urządzenia dla określonych materiałów i objętości. Dowiedz się więcej o procesach zol-żel!

Ultradźwiękowa degradacja chemiczna

Odpady chemiczne powodujące ich odzyskiwanie i degradację stanowią poważny problem w procesach przemysłowych, takich jak górnictwo, produkcja chemikaliów i składowiska odpadów. Odpady i zanieczyszczenia (np. w glebie, ściekach...) muszą być przetwarzane pod kątem recyklingu, redukcji odpadów lub składowania. Degradacja sonochemiczna jest procesem o wysokim potencjale, który oprócz wyjątkowych i unikalnych wyników charakteryzuje się przyjaznością dla środowiska i łatwą obsługą. Sonikacja może powodować rozszczepienie wiązań, redukcję długości łańcucha, modyfikację molekularną lub aktywację. W ten sposób przyczynia się do utleniania, sorpcji, sonolizy i ługowania. Charakterystyczne cechy degradacji wspomaganej ultradźwiękami to wzrost współczynnika konwersji chemicznej, a także kawitacja ultradźwiękowa, a efekty sonochemiczne zapewniają lepsze mieszanie, inicjowanie reakcji przez wkład energii, tworzenie grupy funkcyjnej (np. rozszczepienie -OH grupy hydroksylowe) i rodniki (np. H₂O -> H+ i HO-).

polimeryzacja ultradźwiękowa

Sonikacja ma różny wpływ na polimery: efekty natury fizycznej obejmują mieszanie (takie jak emulgowanie, dyspergowanie, deaglomeracja, enkapsulacja) i ogrzewanie masowe, podczas gdy efekty chemiczne tworzą wolne rodniki i zmieniają struktury molekularne. Ultradźwięki przyczyniają się na kilka sposobów do polimeryzacji: Fale ultradźwiękowe o dużej mocy wytwarzają i rozpraszają nanocząstki, emulgują niemieszające się fazy ciekłe i tworzą wolne rodniki, które przyczyniają się do polimeryzacji emulsyjnej. Nanokompozyty polimerowe i hydrożele mogą być z powodzeniem wytwarzane za pomocą ultradźwięków. Ponadto funkcjonalizacja powierzchni polimerów odgrywa ważną rolę w zwiększaniu wydajności podstawowych polimerów i oferuje nowe podejścia do rozwoju dostosowanych materiałów. Poprawa właściwości powierzchniowych polimerów towarowych ma duże znaczenie ekonomiczne. Dlatego sonochemia jest właściwą drogą do skutecznej obróbki polimerów.

Ultradźwiękowa regeneracja katalizatorów

Gdy odczynniki reagują na powierzchni cząstek katalizatora, produkty reakcji chemicznej gromadzą się na powierzchni styku. To wraz z zanieczyszczeniem i warstwami pasywującymi blokuje inne cząsteczki reagentów przed interakcją na tej powierzchni katalizatora. Dzięki kawitacji ultradźwiękowej i spowodowanej przez nią kolizji międzycząsteczkowej, pozostałości na powierzchni cząstek są odrywane i wypłukiwane przez strumień ultradźwiękowy w cieczy. Erozja kawitacyjna na powierzchniach cząstek generuje niepasywowane, wysoce reaktywne powierzchnie. Krótkotrwałe wysokie temperatury i ciśnienia przyczyniają się do rozkładu molekularnego i zwiększają reaktywność wielu gatunków chemicznych. Reaktory ultradźwiękowe Hielscher mogą być stosowane do przygotowania, regeneracji i regeneracji katalizatorów.

Sonoluminiscencja

Sonoluminiscencja opisuje zjawisko krótkich impulsów emisji światła generowanych przez implodujące ultradźwiękowe pęcherzyki kawitacyjne w ciekłym ośrodku. Chociaż istnieją różne teorie, które próbują wyjaśnić zjawisko sonoluminiscencji, do dziś naukowcy nie byli w stanie udowodnić swoich teorii, które obejmują hotspot, promieniowanie bremsstrahlung, promieniowanie wywołane zderzeniami i wyładowaniami koronowymi, światło nieklasyczne, tunelowanie protonów, dżety elektrodynamiczne i fraktoluminescencyjne, wyjaśnienie kwantowe (które jest związane z efektem Unruha lub Casimira) lub reakcję syntezy termojądrowej.

Ultradźwięki w biologii i mikrobiologii

Efekty ultradźwiękowe w systemach biologicznych i mikrobiologicznych są różnorodne: Rozpraszanie & Homogenizacja, rozpuszczanie agregatów, liza komórek i tkanek (np. bakterii, drożdży, wirusów, alg...). & ekstrakcja materiałów wewnątrzkomórkowych (np. białek, organelli, rybosomów, DNA, RNA, lipidów, peptydów...), transformacja komórek roślinnych, izolacja i ścinanie chromatyny, immunoprecypitacja chromatyny i powiązane zastosowania są z powodzeniem wykonywane przez sonikację.
Hielscher Ultrasonics ma idealnie dopasowany ultrasonograf do każdego indywidualnego zastosowania. W przypadku najmniejszych fiolek i probówek, VialTweeter jest urządzeniem z wyboru, podczas gdy urządzenie z sondą laboratoryjną, takie jak UP200Ht lub UP400St, najlepiej traktuje większe próbki. W przypadku zastosowań laboratoryjnych i komercyjnych, systemy ultradźwiękowe o mocy od 500 W do 16 000 W z łatwością obsługują strumienie o dużej objętości. Różne sonotrody, komory przepływowe i akcesoria uzupełniają program i spełniają wszystkie wymagania.

Ultradźwiękowe ścinanie DNA, RNA i chromatyny

Kwas deoksyrybonukleinowy (DNA), kwas rybonukleinowy (RNA) i chromatyna są - wraz z białkami - głównymi makrocząsteczkami wszystkich form życia. DNA i RNA to cząsteczki, które kodują instrukcje genetyczne organizmów. Chromatyna to połączenie DNA i białek, z których zbudowana jest zawartość jądra komórkowego. Do celów badawczych konieczne jest rozdrobnienie tych molekularnych bloków budulcowych na mniejsze elementy w celu ich zbadania i analizy lub zmiany ich układu podczas immunoprecypitacji i sieciowania. Ścinanie DNA, RNA i chromatynyRozmiar fragmentu jest bardzo ważny. Dzięki pełnej kontroli nad wszystkimi ważnymi parametrami, ultradźwięki umożliwiają ukierunkowaną fragmentację cząsteczek. Na przykład idealna długość fragmentu chromatyny wynosi od 200 do 1000 bp. Ścinanie ultradźwiękowe osiąga się za pomocą impulsów w trybie impulsowym. Dzięki inteligentnym urządzeniom i akcesoriom, potrzeby przetwarzania, takie jak bezpośrednia lub pośrednia sonifikacja, chłodzenie próbek, cyfrowa rejestracja procesu są zapewniane przez sprzęt ultradźwiękowy Hielscher. Zapewnia to skuteczne przetwarzanie mikrobiologiczne i komfort obsługi.

Ultradźwięki dla farb, atramentów i pigmentów

W przemyśle farb, lakierów i tuszów cząstki są podstawowym surowcem do tworzenia receptur produktów. Dla uzyskania wysokiej jakości produktów, które oferują oczekiwane właściwości, kluczowe znaczenie ma równomierne i niezawodne przetwarzanie cząstek. Wielkość cząstek jest kluczowym czynnikiem wpływającym na właściwości produktu końcowego. Ultradźwięki o dużej mocy są skutecznym środkiem do mielenia i deaglomeracji mikronów i nano-rozmiarów - bez kłopotów, które występują przy użyciu mediów mielących lub dysz.
Do tuszów i atramentów do drukarek atramentowychRozmiar cząstek jest kluczowym wyznacznikiem jakości: jeśli pigmenty są zbyt małe, atrament traci swoją siłę barwienia – Jeśli pigmenty są zbyt duże, dysze drukarki zatykają się, co skutkuje słabymi wydrukami. Ultradźwięki umożliwiają dostosowanie parametrów przetwarzania dokładnie do zasysanych wyników mielenia i deaglomeracji. Po znalezieniu idealnych parametrów przetwarzania ultradźwiękowego nie ma powodu, aby je zmieniać. Ciągła produkcja w linii umożliwia równomierną produkcję najwyższej jakości produktu. Rozkład cząstek w preparacie ma zasadnicze znaczenie dla ekspresji atrybutów produktu. Tylko wtedy, gdy cząstki są rozproszone równomiernie i jednolicie, produkt końcowy wykazuje zadowalającą jakość, taką jak przezroczystość, odporność na promieniowanie UV lub odporność powłok na zarysowania. Dyspergowanie jest jednym ze sprawdzonych zastosowań mocy ultradźwięków.

Ultradźwięki dla kosmetyków i produktów higieny osobistej

Dla produkcja kosmetykówmieszanie składników jest niezbędnym krokiem. Ultradźwięki o dużej mocy osiągają wiarygodne wyniki w homogenizacji drobnoziarnistej, dyspergowaniu i emulgowaniu - np. w przypadku kremów i balsamów, lakierów do paznokci i produktów do makijażu. Oprócz zastosowań mieszania, ultradźwięki są dobrze znane z ekstrakcji i modyfikacji komórek (np. liposomy). Ponieważ wiele składników, które wchodzą w skład preparatu, uzyskuje się poprzez ekstrakcję, na przykład lipidów, białek, związków aromatycznych lub barwników z komórek, ultradźwięki są potencjalnym narzędziem do nowych preparatów.

Ultradźwięki dla farmacji

Zastosowania ultradźwięków w przemyśle farmaceutycznym są różnorodne: synteza związków chemicznych, ekstrakcja związków aktywnych (np. fenoli, flawonoidów z roślin), emulgowanie (balsamów, kremów i maści), przygotowanie liposomów (nanoemulsyfikacja i późniejsza enkapsulacja związków bioaktywnych) lub inaktywacja wirusów i patogenów do szczepionek. W produkcji farmaceutyków, zastosowanie ultrasonicators Hielscher pozwala na zwiększenie zdolności produkcyjnych poprzez poprawę wydajności. Dzięki niezawodnym przemysłowym urządzeniom ultradźwiękowym reakcje mogą być prowadzone na większą skalę - jako proces wsadowy lub jako proces ciągły w reaktorze przepływowym.

Ultradźwiękowa produkcja biopaliw

Sektor energetyczny oferuje różnorodne zastosowania dla skutecznego i efektywnego wykorzystania ultradźwięków. Najbardziej popularnym i dobrze znanym zastosowaniem jest być może ultradźwiękowo wspomagane Biodiesel (transestryfikacja z pierwotnego lub zużytego/odpadowego oleju roślinnego (UVO; WVO)/tłuszczu zwierzęcego do biodiesla), co skutkuje wyższą wydajnością i jakością, mniejszym zużyciem metanolu i znacznie przyspieszoną konwersją. Gdy surowiec do biodiesla zawiera więcej niż 2-3% wolnych kwasów tłuszczowych (FFA), estryfikacja kwasem jest przydatnym etapem poprzedzającym, aby uniknąć tworzenia się dużej ilości mydła. Oprócz transestryfikacja i procesy estryfikacji, ultradźwięki o dużej mocy wspomagają ekstrakcję olejów z upraw (np. rzepaku, soi, rzepaku, kukurydzy, palmy, orzeszków ziemnych, kokosa, jatrofy itp.) lub alg.
bioetanol to zielone paliwo, które uzyskuje się, gdy skrobia i cukier z kukurydzy, zbóż, ziemniaków, trzciny cukrowej, ryżu itp. są fermentowane przez komórki drożdży do etanolu. Poprzez zastosowanie ultradźwięków mocy, komórki roślinne są zakłócane, a materiał wewnątrzkomórkowy jest ekstrahowany tak, że surowiec jest lepiej dostępny do trawienia enzymatycznego. W ten sposób skrobia i cukry są lepiej dostępne do fermentacji, co skutkuje szybszą i pełniejszą konwersją oraz wyższą wydajnością.

Ultradźwięki w paliwach, energii, ropie i gazie

Technika homogenizacji ultradźwiękowej jest bardzo skuteczna w produkcji stabilnych i niestabilnych emulsji, co pozwala na skuteczne tworzenie akwapaliw. Dlatego paliwa, głównie cięższe paliwa, takie jak olej napędowy do statków, są emulgowane wodą. Zastosowanie paliwa nasyconego wodą skutkuje bardziej wydajnym spalaniem i znaczną redukcją emisji NOx. Inną ważną dziedziną jest ultradźwiękowa obróbka węgla.

Procesy ultradźwiękowe w produkcji żywności, nabiału i napojów

Łagodne przetwarzanie żywności staje się coraz ważniejsze ze względu na rosnące zapotrzebowanie klientów na świeżą, w dużej mierze naturalną żywność. W związku z tym, w przypadku typowych etapów przetwarzania, takich jak mieszanie & homogenizacja, ekstrakcja, stabilizacja & Konserwacja, tradycyjne metody są stopniowo zastępowane przez innowacyjne techniki przetwarzania, takie jak ultradźwięki, które są metodą nietermiczną dla żywności. Zalety sonikacji opierają się na łagodnym, szybkim i czystym przetwarzaniu, co skutkuje mniejszymi stratami produktu i lepszą jakością żywności poprzez zachowanie świeżości i witamin. Procesory ultradźwiękowe Hielscher są wykorzystywane do różnorodnych zastosowań w przemyśle spożywczym, takich jak konserwacja & inaktywacja drobnoustrojów, homogenizacja, stabilizacja & konserwacja soków, przecierów i koktajleekstrakcja aromatów i fruktozy (cukru), rozrzedzanie ścinaniem w celu zmniejszenia lepkości, dojrzewanie wino i ocet balsamicznyrafinacja alkoholu & aromatyzowanie, emulsje chmurowe, lody (promowanie zarodkowania lodu i transferu masy), ekstrakcja alg do nutraceutyków, konszowanie czekolady w celu rozbicia kryształów cukru, upłynnianie Miódrafinacja olejów jadalnych itp. Przeczytaj więcej o ultradźwiękach dla żywności i napojów!

Literatura naukowa i raporty dotyczące ultrasonografów firmy Hielscher

Poniższa lista zawiera niewielki wybór artykułów naukowych, w których sondy ultradźwiękowe Hielscher zostały z powodzeniem wykorzystane do różnych zastosowań. Zapytaj nas o literaturę dotyczącą konkretnych zastosowań, które Cię interesują!

• Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International Journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
• Zahra Hadian, Mohammad Ali Sahari, Hamid Reza Moghimi; Mohsen Barzegar (2014): Formulation, Characterization and Optimization of Liposomes Containing Eicosapentaenoic and Docosahexaenoic Acids; A Methodology Approach. Iranian Journal of Pharmaceutical Research (2014), 13 (2): 393-404.
• Shah Purvin, Parameswara Rao Vuddanda, Sanjay Kumar Singh, Achint Jain, Sanjay Singh (2014): Pharmacokinetic and Tissue Distribution Study of Solid Lipid Nanoparticles of Zidov in Rats. Journal of Nanotechnology, Volume 2014.
• Antonia Tamborrino, Agnese Taticchi, Roberto Romaniello, Claudio Perone, Sonia Esposto, Alessandro Leone, Maurizio Servili (2021): Assessment of the olive oil extraction plant layout implementing a high-power ultrasound machine. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 73, 2021.
• Bruno G. Pollet; Faranak Foroughi; Alaa Y. Faid; David R. Emberson; Md.H. Islam (2020): Does power ultrasound (26 kHz) affect the hydrogen evolution reaction (HER) on Pt polycrystalline electrode in a mild acidic electrolyte? Ultrasonics Sonochemistry Vol. 69, December 2020.