Homogeneizadores ultrassônicos
Os homogeneizadores ultrassônicos são ferramentas poderosas para misturar e homogeneizar suspensões sólido-líquido e líquido-líquido. A homogeneização ultrassônica é um processo mecânico para reduzir as partículas em um líquido para que elas se tornem uniformemente pequenas e distribuídas uniformemente. A Hielscher oferece homogeneizadores ultrassônicos poderosos para aplicação em escala de laboratório e produção.
Aplicações e impacto dos homogeneizadores ultrassônicos
Os homogeneizadores ultrassônicos são misturadores poderosos e confiáveis, usados em laboratórios e na indústria para inúmeras aplicações.
Um homogeneizador ultrassônico pode ser usado para várias aplicações, incluindo:
- Homogeneização: Os homogeneizadores ultrassônicos podem homogeneizar amostras para criar misturas uniformes e consistentes.
- Dispersão: Os homogeneizadores ultrassônicos podem ser usados para dispersar partículas sólidas em líquidos para criar suspensões estáveis. A ultrassonografia é extraordinariamente eficiente na criação de nanodispersões.
- Emulsificação: Os homogeneizadores ultrassônicos podem ser usados para criar emulsões e nanoemulsões estáveis, quebrando e dispersando líquidos imiscíveis, como óleo e água.
- Ruptura celular: Os homogeneizadores ultrassônicos podem quebrar células abertas para extrair componentes intracelulares, como proteínas, ácidos nucléicos, enzimas e metabólitos.
- Desgaseificação: Os homogeneizadores ultrassônicos podem ser usados para remover gases dissolvidos de líquidos, como solventes de HPLC de desgaseificação ou fluidos de resfriamento.
- Reações químicas assistidas por ultrassom: Os homogeneizadores ultrassônicos também podem ser usados para reações químicas assistidas por sonicação, como síntese sonoquímica, catálise ou degradação.
No geral, os homogeneizadores ultrassônicos são uma ferramenta versátil que pode ser usada para uma ampla gama de aplicações em pesquisa, desenvolvimento e processos industriais.
Homogeneizador ultrassônico UIP1000hdT para R&D e produção
Ultrassom de potência para redução do tamanho das partículas: Quando os homogeizers ultrassônicos são usados para aplicações como mistura, dispersão e emulsificação, o objetivo é reduzir pequenas partículas ou gotículas em um líquido ou pasta para melhorar a uniformidade e a estabilidade da mistura. Essas partículas (fase dispersa) podem ser sólidas ou líquidas. Uma redução no diâmetro médio das partículas aumenta o número de partículas individuais. Isso leva a uma redução da distância média das partículas e aumenta a área da superfície das partículas. O gráfico mostra a correlação entre o diâmetro individual da partícula e a área total da superfície. A área de superfície e a distância média das partículas podem influenciar a reologia de um líquido.
Se houver uma diferença de gravidade específica entre as partículas e o líquido, a homogeneidade da mistura pode influenciar a estabilidade da dispersão. Se o tamanho da partícula for semelhante para a maioria das partículas, a tendência de se aglomerar durante a sedimentação ou subida diminui, porque as partículas semelhantes têm uma velocidade semelhante de subida ou sedimentação.
As dispersões ultrassônicas mostram uma distribuição uniforme do tamanho das partículas com partículas homogeneamente reduzidas. As curvas mostram a distribuição de partículas de sílica antes do ultrassom (curva verde) e após a dispersão ultrassônica (curva vermelha).
Homogeneizadores ultrassônicos vs de alta pressão
O mecanismo mais comum de homogeneização é a homogeneização de alta pressão. Lá, o líquido é prensado em alta pressão (aprox. 2000 barg) através de uma válvula homogeneizadora. Ao passar pela válvula, o líquido passa por um ciclo curto (aprox. 50 microssegundos) de alta pressão e baixa pressão.
Embora esse mecanismo funcione bem para partículas pequenas e macias, como glóbulos de gordura no leite, ele tem suas limitações quando usado para dispersões de materiais duros e abrasivos, como pigmentos, meios de polimento ou óxidos metálicos, ou materiais fibrosos e fibrosos, como purês de frutas, algas ou lodo. Isso se deve às altas velocidades do líquido (até 120mtr/seg) e aos pequenos orifícios das válvulas utilizadas. À medida que o material abrasivo passa pelas bombas e pelo orifício da válvula, causa desgaste. Isso reduz a eficiência e a vida útil da bomba e da válvula.
Vantagens dos homogeneizadores ultrassônicos
- Os homogeneizadores ultrassônicos produzem pequenas partículas / gotículas e uma curva de distribuição estreita.
- Os homogeneizadores ultrassônicos podem lidar com altas concentrações de sólidos.
- Homogeneizadores ultrassônicos preparam estábulo suspensões, dispersões e emulsões.
- Os homogeneizadores ultrassônicos são controláveis com precisão, pois os parâmetros importantes do processo (por exemplo, amplitude, potência, tempo, temperatura e pressão) podem ser influenciados e ajustados.
- Os homogeneizadores ultrassônicos são muito eficazes, energeticamente eficientes, fáceis de usar e seguros de operar.
Homogeneizadores ultrassônicos para aplicações pesadas
Moagem úmida, moagem e mistura são aplicações típicas, onde os ultrasonicadores são utilizados como homogeneizadores confiáveis. Os homogeneizadores ultrassônicos são muito eficientes para a redução de partículas moles e duras. Em contraste com muitas outras tecnologias de homogeneização, os homogeneizadores ultrassônicos do tipo sonda podem lidar até mesmo com materiais muito duros, abrasivos e fibrosos.
O princípio de funcionamento da homogeneização do ultrassom é baseado na cavitação. Quando os líquidos são expostos a ultrassom intenso, as ondas sonoras se propagam através do líquido, causando ciclos alternados de alta e baixa pressão (aprox. 20000 ciclos/seg.). Durante o ciclo de baixa pressão, pequenas bolhas de vácuo de alta intensidade são criadas no líquido, à medida que a pressão de vapor do líquido é atingida.
Quando as bolhas atingem um certo tamanho, elas colapsam violentamente durante um ciclo de alta pressão. Durante esta implosão, pressões muito altas e jatos de líquido de alta velocidade são gerados localmente. As correntes e turbulências resultantes interrompem os aglomerados de partículas e levam a colisões violentas entre partículas individuais.
Uma grande vantagem dos homogeneizadores ultrassônicos é o baixo número de peças molhadas e móveis. Isso reduz o desgaste por fricção e o tempo de limpeza. Existem apenas duas partes molhadas: o sonotrodo e a célula de fluxo. Ambos têm geometrias simples e não têm orifícios pequenos ou ocultos.
Outra vantagem é o controle exato sobre os parâmetros operacionais que influenciam a cavitação. Os homogeneizadores ultrassônicos Hielscher podem ser usados em amplitudes de oscilação de aprox. 1 a 200 mícrons. A pressão do líquido pode variar de 0 a aprox. 500psig. Como a amplitude e a pressão são os parâmetros mais influentes, a ampla faixa operacional de cada parâmetro permite um processamento muito suave a muito destrutivo.
Os homogeneizadores ultrassônicos Hielscher são controlados por amplitude. Com isso, a amplitude ajustada será mantida em todas as condições operacionais. Isso torna a ultrassonografia controlável e repetível. A sonicação sob parâmetros operacionais idênticos produzirá resultados consistentes e reprodutíveis. Isso é importante para a qualidade do material produzido e para o aumento de escala dos resultados do processo do laboratório para o nível de produção.
Homogeneizadores ultrassônicos para qualquer escala
A Hielscher produz homogeneizadores ultrassônicos para a homogeneização de qualquer volume de amostra para processamento em lote ou em linha. Os homogeneizadores ultrassônicos de laboratório podem ser usados para volumes de 1,5mL a aprox. 5L. Os homogeneizadores industriais ultrassônicos são usados para o desenvolvimento de processos e produção de lotes de 0,5 a aproximadamente 2000L ou vazões de 0,1L a 20m³ por hora.
Projeto, Fabricação e Consultoria – Qualidade Made in Germany
Os ultrassônicos Hielscher são conhecidos por seus mais altos padrões de qualidade e design. A robustez e a fácil operação permitem a integração suave de nossos ultrasonicadores em instalações industriais. Condições adversas e ambientes exigentes são facilmente manuseados pelos ultrassônicos Hielscher.
A Hielscher Ultrasonics é uma empresa certificada pela ISO e dá ênfase especial aos ultrassônicos de alto desempenho com tecnologia de ponta e facilidade de uso. Obviamente, os ultrassônicos Hielscher são compatíveis com CE e atendem aos requisitos da UL, CSA e RoHs.
| Volume do lote | Vazão | Dispositivos recomendados |
|---|---|---|
| 0.5 a 1,5mL | n.a. | VialTweeter |
| 1 a 500mL | 10 a 200mL/min | UP100H |
| 10 a 2000mL | 20 a 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 a 20L | 0.2 a 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 a 100L | 2 a 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 a 150L | 3 a 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 a 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | maior | cluster de UIP16000 |
Homogeneizadores ultrassônicos para aplicações de alto desempenho
Os homogeneizadores ultrassônicos Hielscher são o cavalo de batalha para mistura e homogeneização. Os homogeneizadores de laboratório ultrassônicos são compactos e uma ferramenta confiável para a dispersão e emulsificação eficientes e rápidas de amostras pequenas e médias. Os homogeneizadores ultrassônicos industriais da Hielscher são eficazes e superam as técnicas tradicionais de homogeneização, como homogeneizadores de alta pressão ou moinhos de esferas. Os homogeneizadores industriais Hielscher podem fornecer amplitudes muito altas e, portanto, são excepcionalmente poderosos quando se trata de processos de mistura, dispersão e moagem. Amplitudes de até 200 μm podem ser facilmente executadas continuamente em operação 24 horas por dia, 7 dias por semana. Para amplitudes ainda maiores, estão disponíveis sonotrodos ultrassônicos personalizados. A robustez do equipamento ultrassônico da Hielscher permite operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, em ambientes pesados e exigentes.
Nossos clientes estão satisfeitos com a excelente robustez e confiabilidade do Hielscher Ultrasonics’ homogeneizadores. A instalação em campos de aplicação pesada, ambientes exigentes e operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, garantem um processamento eficiente e econômico. A intensificação do processo ultrassônico reduz o tempo de processamento e alcança melhores resultados, ou seja, maior qualidade, maior rendimento, produtos inovadores.
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Homogeneizadores ultrassônicos de tecidos
Além da preparação de dispersões e emulsões, os homogeneizadores ultrassônicos estão firmemente estabelecidos em biotecnologia, biologia celular e molecular e ciências da vida para lise e fracionamento celular, ruptura de tecidos, extração de compostos intracelulares, bem como cisalhamento de DNA, RNA e cromatina. Os homogeneizadores ultrassônicos estão disponíveis para a preparação de amostras de pequenos volumes (0,1mL) até volumes muito grandes para processos industriais (por exemplo, extração de compostos bioativos para fabricação de suplementos).
Para romper o tecido com um homogeneizador ultrassônico, uma solução tampão isotônica é usada para interromper o dano osmótico. Os homogeneizadores ultrassônicos Hielscher vêm com um sensor de temperatura e configuração de controle de temperatura, que permitem manter as amostras em uma faixa de temperatura bem controlada.
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Literatura / Referências
- 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 homogeneizadores ultrassônicos UIP1000hdT (7x 1kW de potência ultrassônica) instalado como cluster
Fatos, vale a pena conhecer
Aplicações de homogeneizadores ultrassônicos do tipo sonda
O campo de aplicações, onde os homogeneizadores de sonda ultrassônica são usados com sucesso, abrange vários processos em várias indústrias. as aplicações mais proeminentes dos ultrassônicos incluem a preparação de suspensões, dispersões e emulsões, moagem úmida de partículas de mícron e nano, dissolução de pós e comprimidos, produção de extratos de botânicos, lise celular, extração e subsequente cisalhamento de DNA, RNA e cromatina, extração de proteínas, encapsulamento de APIs em lipossomas e reações sonoquímicas, onde poderosas ondas de ultrassom são usadas para iniciar e acelerar as reações (sono-catálise, sono-síntese), para aumentar a transferência de massa e mudar as vias de reação.
A Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrassônicos de alto desempenho de labrador Para tamanho industrial.