Ultrazvukové rozpúšťanie tuhých látok v kvapalinách

Príprava roztokov je dôležitým krokom pri príprave laboratórnych vzoriek aj v priemyselnej výrobe. Laboratórne vzorky sa vo všeobecnosti musia pred analýzou previesť do kvapalnej formy. Ultrazvuková homogenizácia a rozpúšťanie predstavujú rýchly a spoľahlivý spôsob prípravy vzoriek všetkých veľkostí. V priemyselnej výrobe je príprava homogénnych roztokov s dobre rozpustenými zložkami často rozhodujúcim faktorom na zaručenie stálych vlastností produktu a konzistentnej kvality. Ultrazvukové rozpúšťacie zariadenia sú dostupné ako kompaktné laboratórne zariadenia aj ako plnohodnotné priemyselné rozpúšťacie zariadenia na komerčnú prevádzku.

Ultrazvukové rozpúšťacie zariadenia: použitie a aplikácie

Ultrazvuk je dobre známy a spoľahlivý nástroj na prípravu vzoriek v laboratóriu. Medzi bežné aplikácie patria homogenizácia, emulgácia, dispergovanie, extrakcia, odplyňovanie a sonochemické spracovanie.
Na merania analytickými prístrojmi (napr. HPLC, atómovým spektrometrom atď.) sa väčšina vzoriek spravidla musí previesť do kvapalnej formy. To znamená, že vzorka musí byť buď v homogénnom stave vo forme roztoku, alebo sa musí previesť na koloid, suspenziu, disperziu či emulziu, ak má zmes heterogénny charakter. Pôsobenie výkonného ultrazvuku je veľmi účinným nástrojom na prípravu homogénnych aj heterogénnych zmesí.
Ak vás zaujíma príprava heterogénnych suspenzií, kliknite sem: ultrazvuková emulgácia a ultrazvukové dispergovanie!
Ak chcete získať informácie o príprave homogénnych zmesí ultrazvukovým rozpúšťaním, pokračujte v čítaní nižšie!

Ultrazvuková kavitácia pri rozpúšťaní

Ak je vzorka rozpustná, rozpúšťanú látku (napríklad sukralózu, soli, napr. vo forme prášku alebo tabliet) možno rozpustiť v rozpúšťadle (napr. vo vode, vodných rozpúšťadlách, organických rozpúšťadlách atď.), čím vznikne homogénna zmes pozostávajúca iba z jednej fázy. Proces rozpúšťania možno vykonávať ručným alebo mechanickým miešaním, čo je časovo náročné a neefektívne. Súvisiacimi problémami sú straty vzoriek v dôsledku manipulácie alebo nedostatočná reprodukovateľnosť spôsobená náhodnými chybami a nerovnomerným miešaním.
Ultrazvuk sa často používa na podporu účinného a rýchleho rozpúšťania vzoriek. Ultrazvukom podporované rozpúšťanie je založené na mechanickom premiešavaní vyvolanom kavitačnými účinkami, ktoré vznikajú privádzaním ultrazvukových vĺn do kvapalín. Privádzanie ultrazvukovej energie uľahčuje a urýchľuje predúpravu vzorky pred analýzou, napríklad rozpúšťanie a vylúhovanie.
Pri ultrazvukom podporovanej príprave roztoku je možné rozpúšťať látky vo vysokej koncentrácii a účinne a rýchlo vytvoriť koncentrovaný alebo nasýtený (aj presýtený) roztok.
Keď sa do kvapalného média privádza ultrazvuk s vysokým výkonom a nízkou frekvenciou, vznikajúca akustická kavitácia vytvára jedinečné podmienky. Pôsobenie ultrazvuku zlepšilo predúpravu vzoriek v systémoch kvapalina–kvapalina a tuhá látka–kvapalina (napr. rozklad, solubilizáciu a extrakciu), ktoré sa zvyčajne vykonávajú pred analytickou detekciou a meraním.

 
Rýchlosť rozpúšťania kvantifikuje rýchlosť procesu rozpúšťania. Rýchlosť rozpúšťania ovplyvňujú rôzne faktory:

• materiál: rozpúšťadlo a rozpúšťaná látka
• teplota + tlak
• stupeň nasýtenia (alebo nenasýtenia)
• účinnosť a účinok rozpúšťania a miešania
• plocha medzifázového rozhrania
• prítomnosť inhibítorov (napr. látok usadených na časticiach alebo blokujúcich fázové rozhranie)

 
Na urýchlenie procesu solvatácie a zvýšenie rýchlosti rozpúšťania sú potrebné výkonné homogenizátory, ktoré zabezpečujú dostatočné mechanické pôsobenie. Schopnosť ultrazvukových homogenizátorov rozpúšťať a miešať prostredníctvom kavitácie je dobre známa, a preto sú bežným a spoľahlivým nástrojom na prípravu vzoriek v laboratóriách.

Mikroskopické snímky suspenzie meloxikamu:
Vľavo: neošetrená suspenzia meloxikamu; vpravo: nanosuspenzia meloxikamu získaná pôsobením ultrazvuku pomocou UP100H počas 45 minút pri 100% amplitúde a cykle 1.
(štúdia a obrázok: ©Iurian et al., 2015)

Ultrazvukové rozpúšťanie laboratórnych vzoriek

Ultrazvukom podporované rozpúšťanie na prípravu vzoriek sa používa v laboratóriách pred analytickými meraniami.
Zoznam analytických prístrojov, ktoré (často) vyžadujú vzorky v kvapalnej forme:

• HPLC – vysokoúčinná kvapalinová chromatografia
• FTIR – infračervená spektroskopia s Fourierovou transformáciou
• GC – plynová chromatografia
• Atómová spektroskopia
• ATR – zoslabený úplný odraz
• Meranie veľkosti častíc laserovou difrakciou
• Dynamický rozptyl svetla

Pomocou ultrazvukového zariadenia na prípravu vzoriek SonoStep možno predanalytickú úpravu vzoriek vykonávať úplne v prietokovom režime: ultrazvukové zariadenie na prípravu vzoriek má integrované miešadlo a čerpadlo, takže vzorky pretekajú uzavretým systémom rovnomerne a nepretržite. Tým sa zaručuje rovnomerná a spoľahlivá sonikácia bez rizika krížovej kontaminácie a skreslenia či straty vzorky.
Prečítajte si viac o multifunkčnej ultrazvukovej jednotke na prípravu vzoriek SonoStep!

Ultrazvukové rozpúšťanie v priemyselnej výrobe

Do priemyselných výrobných liniek sa integruje vysokovýkonný ultrazvuk na rozpúšťanie a homogenizáciu zmesí tuhých látok a kvapalín s cieľom vytvoriť rovnomerný a stabilný produkt.
Nižšie nájdete niekoľko príkladov z rôznych priemyselných odvetví:

• Farmaceutický priemysel: rozpúšťanie zložiek liekov, napr. solí, polymérov
• Potravinársky a nápojový priemysel: rozpúšťanie prísad, napr. cukru, soli, sirupu, dochucovadiel
• Farby a náterové hmoty: rozpúšťanie polymérov
• Chémia: príprava presýteného roztoku pred zrážacími reakciami

Ultrazvukové procesory na rozpúšťanie v akomkoľvek meradle

Hielscher Ultrasonics ponúka ideálne riešenie pre vaše aplikácie rozpúšťania a zmáčania. Či už potrebujete pripraviť analytické vzorky v laboratóriu, alebo vyrábať veľké objemy roztokov či soľných roztokov v nepretržitom prietokovom režime – Hielscher Ultrasonics má ideálne ultrazvukové rozpúšťacie zariadenie pre váš proces!
Vďaka ponuke ultrazvukových prístrojov s akýmkoľvek menovitým výkonom na dávkové aj prietokové spracovanie vám odporučíme najvhodnejší ultrazvukový prístroj pre vaše ciele spracovania!
Nasledujúca tabuľka uvádza orientačnú kapacitu spracovania našich ultrazvukových prístrojov: