Ultrazvukové homogenizátory
Ultrazvukové homogenizátory sú výkonné nástroje na miešanie a homogenizáciu suspenzií tuhá látka-kvapalina a kvapalina-kvapalina. Ultrazvuková homogenizácia je mechanický proces redukcie častíc v kvapaline tak, aby sa stali rovnomerne malými a rovnomerne rozloženými. Spoločnosť Hielscher ponúka výkonné ultrazvukové homogenizátory na použitie v laboratórnom a výrobnom meradle.
Aplikácie a vplyv ultrazvukových homogenizátorov
Ultrazvukové homogenizátory sú výkonné a spoľahlivé mixéry, ktoré sa používajú v laboratóriu a priemysle na mnohé aplikácie.
Ultrazvukový homogenizátor je možné použiť na rôzne aplikácie, vrátane:
- Homogenizácia: Ultrazvukové homogenizátory dokážu homogenizovať vzorky a vytvoriť tak jednotné a konzistentné zmesi.
- Rozptyl: Ultrazvukové homogenizátory možno použiť na rozptýlenie pevných častíc v kvapalinách, aby sa vytvorili stabilné suspenzie. Ultrazvuk je mimoriadne účinný pri vytváraní nanodisperzií.
- Emulgácia: Ultrazvukové homogenizátory možno použiť na vytvorenie stabilných emulzií a nanoemulzií rozpadom a rozptýlením nemiešateľných kvapalín, ako je olej a voda.
- Narušenie buniek: Ultrazvukové homogenizátory môžu rozbiť otvorené bunky a extrahovať intracelulárne zložky, ako sú proteíny, nukleové kyseliny, enzýmy a metabolity.
- Odplyňovanie: Ultrazvukové homogenizátory možno použiť na odstránenie rozpustených plynov z kvapalín, ako je odplyňovanie rozpúšťadiel HPLC alebo chladiacich kvapalín.
- Ultrazvukom asistované chemické reakcie: Ultrazvukové homogenizátory možno použiť aj na chemické reakcie s pomocou sonikácie, ako je sonochemická syntéza, katalýza alebo degradácia.
Celkovo sú ultrazvukové homogenizátory všestranným nástrojom, ktorý možno použiť na širokú škálu aplikácií vo výskume, vývoji a priemyselných procesoch.
Ultrazvukový homogenizátor UIP1000hdT pre R&D a výroba
Výkonový ultrazvuk na zmenšenie veľkosti častíc: Keď sa ultrazvukové homogeizátory používajú na aplikácie, ako je miešanie, dispergovanie a emulgovanie, cieľom je znížiť malé častice alebo kvapôčky v kvapaline alebo suspenzii, aby sa zlepšila rovnomernosť a stabilita zmesi. Tieto častice (disperzná fáza) môžu byť buď pevné látky alebo kvapaliny. Zmenšenie stredného priemeru častíc zvyšuje počet jednotlivých častíc. To vedie k zníženiu priemernej vzdialenosti častíc a zväčšeniu plochy povrchu častíc. Na obrázku je znázornená korelácia medzi priemerom jednotlivých častíc a celkovou plochou povrchu. Povrch a priemerná vzdialenosť častíc môžu ovplyvniť reológiu kvapaliny.
Ak je rozdiel v špecifickej hmotnosti medzi časticami a kvapalinou, homogenita zmesi môže ovplyvniť stabilitu disperzie. Ak je veľkosť častíc podobná pre väčšinu častíc, tendencia aglomerácie počas usadzovania alebo stúpania sa znižuje, pretože podobné častice majú podobnú rýchlosť stúpania alebo usadzovania.
Ultrazvukové disperzie vykazujú rovnomerné rozloženie veľkosti častíc s homogénne redukovanými časticami. Krivky ukazujú distribúciu častíc oxidu kremičitého pred ultrazvukom (zelená krivka) a po ultrazvukovej disperzii (červená krivka).
Ultrazvukové vs vysokotlakové homogenizátory
Najbežnejším mechanizmom homogenizácie je vysokotlaková homogenizácia. Tam sa kvapalina lisuje pod vysokým tlakom (približne 2000 barg) cez homogenizačný ventil. Pri prechode ventilom prechádza kvapalina krátkym (cca 50 mikrosekúnd) vysokotlakovým nízkotlakovým cyklom.
Aj keď tento mechanizmus funguje dobre pre malé, mäkké častice, ako sú tukové guľôčky v mlieku, má svoje obmedzenia, keď sa používa na disperzie tvrdých a abrazívnych materiálov, ako sú pigmenty, leštiace médiá alebo oxidy kovov, alebo vláknité a vláknité materiály, ako sú ovocné pyré, riasy alebo kaly. Je to spôsobené vysokými rýchlosťami kvapaliny (až 120 m/s) a malými otvormi použitých ventilov. Keď abrazívny materiál prechádza čerpadlami a otvorom ventilu, spôsobuje opotrebovanie. Tým sa znižuje účinnosť a životnosť čerpadla a ventilu.
Výhody ultrazvukových homogenizátorov
- Ultrazvukové homogenizátory produkujú malé častice / kvapôčky a úzku distribučnú krivku.
- Ultrazvukové homogenizátory zvládnu vysoké koncentrácie pevných látok.
- Príprava ultrazvukových homogenizátorov stajňa suspenzie, disperzie a emulzie.
- Ultrazvukové homogenizátory sú presne regulovateľné, pretože je možné ovplyvniť a upraviť dôležité parametre procesu (napr. amplitúdu, výkon, čas, teplotu a tlak).
- Ultrazvukové homogenizátory sú veľmi účinné, energeticky efektívne, užívateľsky prívetivé a bezpečné na prevádzku.
Ultrazvukové homogenizátory pre náročné aplikácie
Mokré mletie, mletie a miešanie sú typické aplikácie, kde sa ultrazvukové prístroje používajú ako spoľahlivé homogenizátory. Ultrazvukové homogenizátory sú veľmi účinné na redukciu mäkkých a tvrdých častíc. Na rozdiel od mnohých iných homogenizačných technológií si ultrazvukové sondové homogenizátory poradia aj s veľmi tvrdými, abrazívnymi a vláknitými materiálmi.
Princíp činnosti ultrazvukovej homogenizácie je založený na kavitácii. Keď sú kvapaliny vystavené intenzívnej ultrazvukovej signalizácii, zvukové vlny sa šíria kvapalinou a spôsobujú striedavé vysokotlakové a nízkotlakové cykly (približne 20000 cyklov/s). Počas nízkotlakového cyklu sa v kvapaline vytvárajú malé vákuové bubliny s vysokou intenzitou, keď sa dosiahne tlak kvapalných pár.
Keď bubliny dosiahnu určitú veľkosť, počas vysokotlakového cyklu sa prudko zrútia. Počas tejto implózie sa lokálne vytvárajú veľmi vysoké tlaky a vysokorýchlostné prúdy kvapaliny. Výsledné prúdy a turbulencie narúšajú aglomeráty častíc a vedú k prudkým zrážkam medzi jednotlivými časticami.
Jednou z hlavných výhod ultrazvukových homogenizátorov je nízky počet zvlhčených a pohyblivých častí. To znižuje opotrebovanie trením a čas čistenia. Existujú iba dve navlhčené časti: sonotróda a prietoková bunka. Oba majú jednoduchú geometriu a žiadne malé alebo skryté otvory.
Ďalšou výhodou je presná kontrola nad prevádzkovými parametrami ovplyvňujúcimi kavitáciu. Ultrazvukové homogenizátory Hielscher je možné použiť pri amplitúdach oscilácií od cca. 1 do 200 mikrónov. Tlak kvapaliny sa môže pohybovať od 0 do cca. 500 psig. Keďže amplitúda a tlak sú najvplyvnejšími parametrami, široký prevádzkový rozsah každého parametra umožňuje veľmi šetrné až veľmi deštruktívne spracovanie.
Ultrazvukové homogenizátory Hielscher sú riadené amplitúdou. Tým sa upravená amplitúda udrží za všetkých prevádzkových podmienok. Vďaka tomu je ultrazvuk kontrolovateľný a opakovateľný. Sonikácia pri rovnakých prevádzkových parametroch prinesie konzistentné a reprodukovateľné výsledky. To je dôležité pre kvalitu vyrobeného materiálu a pre rozšírenie výsledkov procesov z laboratória na úroveň výroby.
Ultrazvukové homogenizátory pre akúkoľvek mierku
Spoločnosť Hielscher vyrába ultrazvukové homogenizátory na homogenizáciu ľubovoľného objemu vzorky na dávkové alebo inline spracovanie. Laboratórne ultrazvukové homogenizátory je možné použiť pre objemy od 1,5 ml do cca. 5 l. Ultrazvukové priemyselné homogenizátory sa používajú na vývoj procesov a výrobu šarží od 0,5 do cca 2000 l alebo prietokov od 0,1 l do 20 m³ za hodinu.
Dizajn, výroba a poradenstvo – Kvalita vyrobená v Nemecku
Ultrazvukové prístroje Hielscher sú známe svojou najvyššou kvalitou a dizajnovými štandardmi. Robustnosť a jednoduchá obsluha umožňujú bezproblémovú integráciu našich ultrazvukových prístrojov do priemyselných zariadení. Drsné podmienky a náročné prostredie ľahko zvládnu ultrazvukové prístroje Hielscher.
Hielscher Ultrasonics je spoločnosť s certifikáciou ISO a kladie osobitný dôraz na vysokovýkonné ultrazvukové prístroje s najmodernejšou technológiou a užívateľskou prívetivosťou. Ultrazvukové prístroje Hielscher sú samozrejme v súlade s CE a spĺňajú požiadavky UL, CSA a RoHs.
| Objem dávky | Prietok | Odporúčané zariadenia |
|---|---|---|
| 05 až 1,5 ml | N.A. | VialTweeter |
| 1 až 500 ml | 10 až 200 ml/min | UP100H |
| 10 až 2000 ml | 20 až 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 až 20 l | 00,2 až 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100 l | 2 až 10 l/min | UIP4000hdT |
| 15 až 150 l | 3 až 15 l/min | UIP6000hdT |
| N.A. | 10 až 100 l/min | UIP16000 |
| N.A. | väčší | Zhluk UIP16000 |
Ultrazvukové homogenizátory pre vysokovýkonné aplikácie
Ultrazvukové homogenizátory Hielscher sú ťažným koňom na miešanie a homogenizáciu. Ultrazvukové laboratórne homogenizátory sú kompaktné a spoľahlivé nástroje na efektívnu a rýchlu dispergáciu a emulgáciu malých a stredných vzoriek. Priemyselné ultrazvukové homogenizátory spoločnosti Hielscher sú účinné a prekonávajú tradičné homogenizačné techniky, ako sú vysokotlakové homogenizátory alebo guľôčkové mlyny. Priemyselné homogenizátory Hielscher môžu poskytovať veľmi vysoké amplitúdy, a preto sú mimoriadne výkonné, pokiaľ ide o procesy miešania, dispergovania a mletia. Amplitúdy až 200 μm je možné ľahko nepretržite prevádzkovať v prevádzke 24 hodín denne, 7 dní v týždni. Pre ešte vyššie amplitúdy sú k dispozícii prispôsobené ultrazvukové sonotródy. Robustnosť ultrazvukového zariadenia Hielscher umožňuje prevádzku 24 hodín denne, 7 dní v týždni pri náročných nákladoch a v náročných prostrediach.
Naši zákazníci sú spokojní s vynikajúcou robustnosťou a spoľahlivosťou Hielscher Ultrasonics’ Homogenizers. Inštalácia v oblastiach náročných aplikácií, náročných prostredí a prevádzka 24 hodín denne, 7 dní v týždni zaisťuje efektívne a ekonomické spracovanie. Ultrazvuková intenzifikácia procesu skracuje čas spracovania a dosahuje lepšie výsledky, t.j. vyššiu kvalitu, vyššie výnosy, inovatívne produkty.
Kontaktujte nás! / Opýtajte sa nás!
Ultrazvukové homogenizátory tkanív
Okrem prípravy disperzií a emulzií sú ultrazvukové homogenizátory pevne zavedené v biotechnológii, bunkovej a molekulárnej biológii a biologických vedách na lýzu a frakcionáciu buniek, narušenie tkaniva, extrakciu intracelulárnych zlúčenín, ako aj strihanie DNA, RNA a chromatínu. Ultrazvukové homogenizátory sú k dispozícii na prípravu vzoriek malých objemov (0,1 ml) až po veľmi veľké objemy pre priemyselné procesy (napr. extrakcia bioaktívnych zlúčenín na výrobu doplnkov).
Na narušenie tkaniva ultrazvukovým homogenizátorom sa používa izotonický tlmivý roztok na zastavenie osmotického poškodenia. Ultrazvukové homogenizátory Hielscher sa dodávajú so snímačom teploty a nastavením regulácie teploty, ktoré umožňujú udržiavať vzorky v dobre kontrolovanom teplotnom rozsahu.
Pre viac podrobností o ultrazvukových homogenizátoroch tkanív kliknite tu!
Literatúra / Referencie
- 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 ultrazvukových homogenizátorov UIP1000hdT (7x 1kW ultrazvukový výkon) inštalovaný ako klaster
Fakty, ktoré stoja za to vedieť
Aplikácie homogenizátorov ultrazvukového typu sondy
Oblasť použitia, kde sa úspešne používajú homogenizátory ultrazvukových sond, zahŕňa rozmanité procesy v rôznych priemyselných odvetviach. Medzi najvýznamnejšie aplikácie ultrazvukových činidiel patrí príprava suspenzií, disperzií a emulzií, mokré mletie mikrónov a nanočastíc, rozpúšťanie práškov a tabliet, výroba extraktov z rastlín, lýza buniek, extrakcia a následné strihanie DNA, RNA a chromatínu, extrakcia proteínov, zapuzdrenie API v lipozómoch a sonochemické reakcie, kde sa silné ultrazvukové vlny používajú na iniciáciu a urýchlenie rekcií (sonokatalýza, sonosyntéza), na zvýšenie prenosu hmoty a na zmenu reakčných dráh.
Spoločnosť Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratórium do priemyselná veľkosť.