homogeneizadores ultra-sónicos
Os homogeneizadores de ultra-sons são ferramentas poderosas para misturar e homogeneizar suspensões sólido-líquido e líquido-líquido. A homogeneização por ultra-sons é um processo mecânico para reduzir as partículas num líquido de modo a que se tornem uniformemente pequenas e uniformemente distribuídas. A Hielscher oferece homogeneizadores ultra-sónicos potentes para aplicação em laboratório e à escala de produção.
Aplicações e impacto dos homogeneizadores ultra-sónicos
Os homogeneizadores ultra-sónicos são misturadores potentes e fiáveis, utilizados em laboratório e na indústria para inúmeras aplicações.
Um homogeneizador de ultra-sons pode ser utilizado para várias aplicações, incluindo
- Homogeneização: Os homogeneizadores ultra-sónicos podem homogeneizar amostras para criar misturas uniformes e consistentes.
- Dispersão: Os homogeneizadores ultra-sónicos podem ser utilizados para dispersar partículas sólidas em líquidos para criar suspensões estáveis. A ultra-sons é extraordinariamente eficiente na criação de nano-dispersões.
- Emulsificação: Os homogeneizadores ultra-sónicos podem ser utilizados para criar emulsões e nanoemulsões estáveis, quebrando e dispersando líquidos imiscíveis, como o óleo e a água.
- Perturbação celular: Os homogeneizadores ultra-sónicos podem abrir as células para extrair componentes intracelulares, tais como proteínas, ácidos nucleicos, enzimas e metabolitos.
- Desgaseificação: Os homogeneizadores ultra-sónicos podem ser utilizados para remover gases dissolvidos de líquidos, tais como solventes de HPLC de desgaseificação ou fluidos de arrefecimento.
- Reacções químicas assistidas por ultra-sons: Os homogeneizadores ultra-sónicos também podem ser utilizados para reacções químicas assistidas por ultra-sons, como a síntese sonoquímica, a catálise ou a degradação.
Em geral, os homogeneizadores ultra-sónicos são uma ferramenta versátil que pode ser utilizada para uma vasta gama de aplicações em investigação, desenvolvimento e processos industriais.
Homogeneizador ultrassónico UIP1000hdT para R&D e produção
Ultrassom de potência para redução de tamanho de partículas: Quando os homogeneizadores ultra-sónicos são utilizados em aplicações como a mistura, a dispersão e a emulsificação, o objetivo é reduzir as pequenas partículas ou gotículas num líquido ou pasta para melhorar a uniformidade e a estabilidade da mistura. Estas partículas (fase dispersa) podem ser sólidas ou líquidas. Uma redução no diâmetro médio das partículas aumenta o número de partículas individuais. Isto leva a uma redução da distância média das partículas e aumenta a área de superfície das partículas. O gráfico mostra a correlação entre o diâmetro individual das partículas 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 na gravidade específica entre as partículas e o líquido, a homogeneidade da mistura pode influenciar a estabilidade da dispersão. Se o tamanho das partículas for semelhante para a maioria das partículas, a tendência para se aglomerarem durante a sedimentação ou a subida diminui, porque as partículas semelhantes têm uma velocidade de subida ou de sedimentação semelhante.
As dispersões ultra-sónicas 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 ultra-sônica (curva vermelha).
Homogeneizadores de ultra-sons versus homogeneizadores de alta pressão
O mecanismo mais comum para a homogeneização é a homogeneização a alta pressão. Neste caso, o líquido é pressionado a alta pressão (aprox. 2000 barg) através de uma válvula de homogeneização. Ao passar pela válvula, o líquido é submetido a um ciclo curto (aprox. 50 microsseg.) de alta pressão e baixa pressão.
Embora este mecanismo funcione bem para partículas pequenas e macias, tais como glóbulos de gordura no leite, tem as suas limitações quando utilizado para dispersões de materiais duros e abrasivos, tais como pigmentos, meios de polimento ou óxidos metálicos, ou materiais fibrosos e fibrosos, tais como purés de fruta, algas ou lamas. Isto deve-se às elevadas velocidades do líquido (até 120 mtr/s) e aos pequenos orifícios das válvulas utilizadas. À medida que o material abrasivo passa pelas bombas e pelo orifício da válvula, provoca desgaste. Isto reduz a eficiência e o tempo de vida da bomba e da válvula.
Vantagens dos homogeneizadores de ultra-sons
- Os homogeneizadores ultra-sónicos produzem pequenas partículas/gotas e uma curva de distribuição estreita.
- Os homogeneizadores ultra-sónicos podem lidar com concentrações elevadas de sólidos.
- Os homogeneizadores de ultra-sons preparam estável suspensões, dispersões e emulsões.
- Os homogeneizadores ultra-sónicos são controláveis com precisão, uma vez que os parâmetros importantes do processo (por exemplo, amplitude, potência, tempo, temperatura e pressão) podem ser influenciados e ajustados.
- Os homogeneizadores ultra-sónicos são muito eficazes, eficientes em termos energéticos, fáceis de utilizar e seguros de operar.
Homogeneizadores ultra-sónicos para aplicações pesadas
A moagem húmida, a trituração e a mistura são aplicações típicas, em que os ultrassons são utilizados como homogeneizadores fiáveis. Os homogeneizadores de ultra-sons são muito eficientes para a redução de partículas moles e duras. Em contraste com muitas outras tecnologias de homogeneização, os homogeneizadores ultrassónicos do tipo sonda podem lidar mesmo com materiais muito duros, abrasivos e fibrosos.
O princípio de funcionamento da homogeneização por ultra-sons baseia-se na cavitação. Quando os líquidos são expostos a ultra-sons intensos, as ondas sonoras propagam-se através do líquido, causando ciclos alternados de alta pressão e baixa pressão (aprox. 20000 ciclos/seg.). Durante o ciclo de baixa pressão, são criadas pequenas bolhas de vácuo de alta intensidade no líquido, à medida que a pressão de vapor do líquido é atingida.
Quando as bolhas atingem um determinado tamanho, colapsam violentamente durante um ciclo de alta pressão. Durante esta implosão, são geradas localmente pressões muito elevadas e jactos de líquido a alta velocidade. As correntes e turbulências resultantes perturbam os aglomerados de partículas e conduzem a colisões violentas entre partículas individuais.
Uma das principais vantagens dos homogeneizadores ultra-sónicos é o reduzido número de peças molhadas e móveis. Isto reduz o desgaste por fricção e o tempo de limpeza. Existem apenas duas partes molhadas: O sonotrodo e a célula de fluxo. Ambas têm geometrias simples e não têm orifícios pequenos ou ocultos.
Outra vantagem é o controlo exato dos parâmetros operacionais que influenciam a cavitação. Os homogeneizadores ultra-sónicos Hielscher podem ser utilizados com amplitudes de oscilação de aprox. 1 a 200 microns. A pressão do líquido pode variar de 0 a aprox. 500 psig. Como a amplitude e a pressão são os parâmetros mais influentes, a ampla gama operacional de cada parâmetro permite um processamento muito suave a muito destrutivo.
Os homogeneizadores ultra-sónicos Hielscher têm amplitude controlada. Desta forma, a amplitude ajustada será mantida em todas as condições operacionais. Isto torna a ultrassonografia controlável e repetível. Sonicação sob parâmetros operacionais idênticos irá produzir resultados consistentes e reproduzíveis. Isto 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 ultra-sónicos para qualquer escala
A Hielscher produz homogeneizadores de ultra-sons para a homogeneização de qualquer volume de amostra para processamento em lote ou em linha. Os homogeneizadores ultra-sónicos de laboratório podem ser utilizados para volumes de 1,5 ml a cerca de 5 litros. Homogeneizadores industriais ultra-sônicos são usados para o desenvolvimento de processos e produção de lotes de 0,5 a aproximadamente 2000L ou taxas de fluxo de 0,1L a 20m³ por hora.
Conceção, fabrico e consultoria – Qualidade fabricada na Alemanha
Os ultrassons Hielscher são conhecidos pelos seus elevados padrões de qualidade e design. A robustez e a facilidade de operação permitem a integração harmoniosa dos nossos ultrassons nas instalações industriais. As condições difíceis e os ambientes exigentes são facilmente controlados pelos ultrassons Hielscher.
A Hielscher Ultrasonics é uma empresa certificada pela ISO e dá especial ênfase aos ultrassons de alto desempenho com tecnologia de ponta e facilidade de utilização. Naturalmente, os ultrassons da Hielscher estão em conformidade com a CE e cumprem os requisitos da UL, CSA e RoHs.
| Volume do lote | caudal | Dispositivos recomendados |
|---|---|---|
| 0.5 a 1,5mL | n.d. | 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.d. | 10 a 100L/min | UIP16000 |
| n.d. | maior | grupo de UIP16000 |
Homogeneizadores ultra-sónicos para aplicações de elevado desempenho
Os homogeneizadores ultra-sónicos Hielscher são o cavalo de batalha para a mistura e homogeneização. Os homogeneizadores ultra-sónicos de laboratório são compactos e uma ferramenta fiável para a dispersão e emulsificação rápida e eficiente de amostras pequenas e médias. Os homogeneizadores ultrassónicos industriais da Hielscher são eficazes e superam as técnicas tradicionais de homogeneização, como os homogeneizadores de alta pressão ou os moinhos de esferas. Os homogeneizadores industriais Hielscher podem fornecer amplitudes muito elevadas e são, por isso, excecionalmente potentes quando se trata de processos de mistura, dispersão e moagem. Amplitudes de até 200µm podem ser facilmente executadas de forma contínua em operação 24/7. Para amplitudes ainda mais elevadas, estão disponíveis sonotrodos ultra-sónicos personalizados. A robustez do equipamento ultrassónico da Hielscher permite uma operação 24/7 em serviço pesado e em ambientes exigentes.
Os nossos clientes estão satisfeitos com a extraordinária robustez e fiabilidade da Hielscher Ultrasonics’ homogeneizadores. A instalação em áreas de aplicação pesada, ambientes exigentes e funcionamento 24/7 garantem um processamento eficiente e económico. A intensificação do processo por ultra-sons reduz o tempo de processamento e obtém melhores resultados, ou seja, maior qualidade, maior rendimento e produtos inovadores.
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homogeneizadores de tecidos por ultra-sons
Para além da preparação de dispersões e emulsões, os homogeneizadores de ultra-sons estão firmemente estabelecidos na biotecnologia, biologia celular e molecular e ciências da vida para lise e fracionamento de células, rutura de tecidos, extração de compostos intracelulares, bem como o cisalhamento de ADN, ARN e cromatina. Os homogeneizadores ultra-sónicos estão disponíveis para a preparação de amostras de volumes minúsculos (0,1 ml) até volumes muito grandes para processos industriais (por exemplo, extração de compostos bioactivos para o fabrico de suplementos).
Para romper o tecido com um homogeneizador ultrassónico, é utilizada uma solução tampão isotónica para impedir os danos osmóticos. Os homogeneizadores ultra-sónicos Hielscher estão equipados com um sensor de temperatura e uma regulação da temperatura, que permitem manter as amostras num intervalo de temperatura bem controlado.
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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 de ultra-sons UIP1000hdt (7x 1kW de potência ultra-sónica) instalados como grupo
Fatos, vale a pena conhecer
Aplicações dos homogeneizadores de tipo sonda ultra-sónica
O campo de aplicações, onde os homogeneizadores de sonda ultra-sónica são utilizados com sucesso, abrange múltiplos processos em várias indústrias. As aplicações mais proeminentes dos ultra-sons incluem a preparação de suspensões, dispersões e emulsões, moagem húmida de partículas micron e nano, dissolução de pós e comprimidos, produção de extractos de plantas, lise celular, extração e subsequente cisalhamento de ADN, ARN e cromatina, extração de proteínas, encapsulamento de APIs em lipossomas e extração de sonar, RNA e cromatina, extração de proteínas, encapsulamento de APIs em lipossomas e reacções sonoquímicas, em que são utilizadas potentes ondas de ultra-sons para iniciar e acelerar reacções (sono-catálise, sono-síntese), para aumentar a transferência de massa e para mudar as vias de reação.
A Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultra-sónicos de alto desempenho a partir de laboratório para dimensão industrial.