Ultradźwiękowe rozpuszczanie ciał stałych w cieczach

Przygotowanie roztworów jest ważnym etapem zarówno w przypadku próbek laboratoryjnych, jak i w produkcji przemysłowej. Zasadniczo próbki laboratoryjne muszą zostać doprowadzone do postaci ciekłej przed analizą. Homogenizacja i rozpuszczanie ultradźwiękowe to szybki i niezawodny sposób przygotowania próbek o dowolnej wielkości. W produkcji przemysłowej przygotowanie jednorodnych roztworów z dobrze rozpuszczonymi składnikami jest często kluczowym czynnikiem zapewniającym stałe właściwości produktu i niezmienną jakość. Urządzenia do rozpuszczania ultradźwiękowego są dostępne jako kompaktowe urządzenia laboratoryjne oraz jako w pełni komercyjne urządzenia przemysłowe.

Urządzenia do rozpuszczania ultradźwiękowego: wykorzystanie i zastosowania

Ultradźwięki są dobrze znanym, niezawodnym narzędziem do przygotowania próbek w laboratorium. Typowe zastosowania obejmują homogenizację, emulgowanie, dyspergowanie, ekstrakcję, odgazowywanie oraz obróbkę sonochemiczną.
Na potrzeby pomiarów za pomocą przyrządów analitycznych (np. HPLC, spektrometru atomowego itp.) większość próbek zasadniczo musi zostać doprowadzona do postaci ciekłej. Oznacza to, że próbka musi mieć postać jednorodnego roztworu albo zostać przekształcona w koloid, zawiesinę, dyspersję lub emulsję, jeśli mieszanina ma charakter niejednorodny. Sonikacja o dużej mocy jest bardzo skutecznym narzędziem do przygotowania zarówno jednorodnych, jak i niejednorodnych mieszanin.
Jeśli interesuje Cię przygotowanie niejednorodnych zawiesin, kliknij tutaj, aby dowiedzieć się więcej o: emulgowaniu ultradźwiękowym i dyspergowaniu ultradźwiękowym!
Aby dowiedzieć się, jak wytwarzać jednorodne mieszaniny poprzez rozpuszczanie ultradźwiękowe, czytaj dalej!

Kawitacja ultradźwiękowa w rozpuszczaniu

Jeśli próbka jest rozpuszczalna, substancję rozpuszczaną (taką jak sukraloza, sole, np. w postaci proszku lub tabletek) można rozpuścić w rozpuszczalniku (np. w wodzie, rozpuszczalnikach wodnych, rozpuszczalnikach organicznych itp.), uzyskując jednorodną mieszaninę złożoną tylko z jednej fazy. Proces rozpuszczania można prowadzić przez mieszanie ręczne lub mechaniczne, co jest czasochłonne i nieefektywne. Związane z tym problemy to straty próbek spowodowane czynnościami podczas ich przygotowania lub brak powtarzalności wynikający z błędów losowych i nierównomiernego mieszania.
Sonikacja jest często stosowana w celu wspomagania skutecznego i szybkiego rozpuszczania próbek. Rozpuszczanie wspomagane ultradźwiękami opiera się na mechanicznym mieszaniu wywołanym efektami kawitacyjnymi powstającymi wskutek wprowadzania fal ultradźwiękowych do cieczy. Wprowadzanie energii ultradźwiękowej ułatwia i przyspiesza wstępne przygotowanie próbek przed analizą, takie jak rozpuszczanie i ługowanie.
Przygotowanie roztworu wspomagane ultradźwiękami umożliwia rozpuszczanie substancji w wysokim stężeniu oraz wydajne i szybkie uzyskanie roztworu stężonego lub nasyconego (a także przesyconego).
Gdy do ośrodka ciekłego wprowadzane są ultradźwięki o dużej mocy i niskiej częstotliwości, powstająca kawitacja akustyczna tworzy wyjątkowe warunki. Sonikacja usprawniła wstępne przygotowanie próbek w układach ciecz–ciecz i ciało stałe–ciecz (np. mineralizację, solubilizację i ekstrakcję), które zazwyczaj przeprowadza się przed detekcją i pomiarem analitycznym.

 
Szybkość rozpuszczania określa ilościowo tempo procesu rozpuszczania. Na szybkość rozpuszczania wpływają różne czynniki:

• materiał: rozpuszczalnik i substancja rozpuszczana
• temperatura + ciśnienie
• stopień nasycenia (lub niedosycenia)
• skuteczność i oddziaływanie rozpuszczania oraz mieszania
• powierzchnia granicy międzyfazowej
• obecność inhibitorów (np. substancji osadzonych na cząstkach lub blokujących granicę faz)

 
Aby przyspieszyć proces solwatacji i zwiększyć szybkość rozpuszczania, potrzebne są homogenizatory o dużej mocy, zapewniające wystarczające oddziaływanie mechaniczne. Zdolność homogenizatorów ultradźwiękowych do rozpuszczania i mieszania dzięki kawitacji jest dobrze znana, dlatego są one powszechnym i niezawodnym narzędziem do przygotowania próbek w laboratoriach.

Obrazy mikroskopowe zawiesiny meloksykamu:
Po lewej: zawiesina meloksykamu niepoddana obróbce; po prawej: nanozawiesina meloksykamu uzyskana przez sonikację za pomocą UP100H przez 45 minut przy amplitudzie 100% i ustawieniu cyklu 1.
(badanie i zdjęcie: ©Iurian et al., 2015)

Ultradźwiękowe rozpuszczanie próbek laboratoryjnych

Rozpuszczanie wspomagane ultradźwiękami stosuje się w laboratoriach do przygotowania próbek przed pomiarami analitycznymi.
Lista przyrządów analitycznych, które wymagają (często) próbek w postaci ciekłej:

• HPLC – wysokosprawna chromatografia cieczowa
• FTIR – spektroskopia w podczerwieni z transformacją Fouriera
• GC – chromatografia gazowa
• Spektroskopia atomowa
• ATR – osłabione całkowite odbicie
• Pomiar wielkości cząstek metodą dyfrakcji laserowej
• Dynamiczne rozpraszanie światła

Dzięki urządzeniu SonoStep do ultradźwiękowego przygotowania próbek ich obróbkę przed analizą można prowadzić całkowicie w trybie przepływowym: urządzenie do ultradźwiękowego przygotowania próbek ma zintegrowane mieszadło i pompę, dzięki czemu próbki przepływają równomiernie i w sposób ciągły przez zamknięty układ. Gwarantuje to równomierną i niezawodną sonikację bez ryzyka zanieczyszczenia krzyżowego, zmiany właściwości próbek lub ich utraty.
Dowiedz się więcej o urządzeniu SonoStep do ultradźwiękowego przygotowania próbek, które łączy wszystkie funkcje w jednym urządzeniu!

Ultradźwiękowe rozpuszczanie w produkcji przemysłowej

W przemysłowych liniach produkcyjnych integruje się ultradźwięki o dużej mocy w celu rozpuszczania i homogenizacji mieszanin ciało stałe–ciecz, aby uzyskać jednorodny i stabilny produkt.
Poniżej przedstawiono kilka przykładów dla różnych gałęzi przemysłu:

• Przemysł farmaceutyczny: rozpuszczanie składników leków, np. soli, polimerów
• Przemysł spożywczy i napojów: rozpuszczanie składników, np. cukru, soli, syropu, przypraw
• Farby i powłoki: rozpuszczanie polimerów
• Chemia: przygotowanie roztworu przesyconego przed reakcjami strącania

Procesory ultradźwiękowe do rozpuszczania w dowolnej skali

Hielscher Ultrasonics oferuje idealne rozwiązanie do Twoich zastosowań związanych z rozpuszczaniem i zwilżaniem. Niezależnie od tego, czy potrzebujesz przygotowywać próbki analityczne w laboratorium, czy wytwarzać duże objętości roztworów lub solanek w trybie ciągłego przepływu – Hielscher Ultrasonics ma idealne urządzenie do rozpuszczania ultradźwiękowego dla Twojego procesu!
Dysponując sonikatorami o dowolnej mocy znamionowej, przeznaczonymi zarówno do obróbki okresowej, jak i przepływowej, polecimy Ci sonikator najlepiej dopasowany do Twoich celów przetwarzania!
Poniższa tabela przedstawia orientacyjną wydajność przetwarzania naszych sonikatorów: