Ultrazvočno raztapljanje trdnih snovi v tekočinah

Priprava raztopin je pomemben korak tako pri laboratorijskih vzorcih kot pri industrijski proizvodnji. Na splošno je treba laboratorijske vzorce pred analizo pripraviti v tekoči obliki. Ultrazvočna homogenizacija in raztapljanje sta hiter in zanesljiv način priprave vzorcev vseh velikosti. V industrijski proizvodnji je priprava homogenih raztopin z dobro raztopljenimi snovmi pogosto ključni dejavnik za zagotavljanje stalnih lastnosti izdelkov in enakomerne kakovosti. Ultrazvočne naprave za raztapljanje so na voljo kot kompaktne laboratorijske naprave in kot industrijske naprave za raztapljanje za polno komercialno uporabo.

Ultrazvočne naprave za raztapljanje: uporaba in področja uporabe

Ultrazvok je dobro poznano in zanesljivo orodje za pripravo vzorcev v laboratoriju. Običajna področja uporabe vključujejo homogenizacijo, emulgiranje, dispergiranje, ekstrakcijo, razplinjevanje in sonokemične obdelave.
Za meritve z analitskimi instrumenti (npr. HPLC, atomskim spektrometrom itd.) je treba večino vzorcev praviloma pripraviti v tekoči obliki. To pomeni, da mora biti vzorec bodisi v homogenem stanju raztopine bodisi ga je treba pretvoriti v koloid, suspenzijo, disperzijo ali emulzijo, če je zmes heterogena. Ultrazvočna obdelava z veliko močjo je zelo učinkovito orodje za pripravo tako homogenih kot heterogenih zmesi.
Če vas zanima priprava heterogenih suspenzij, kliknite tukaj za: ultrazvočno emulgiranje in ultrazvočno dispergiranje!
Za pripravo homogenih zmesi z ultrazvočnim raztapljanjem nadaljujte z branjem spodaj!

Ultrazvočna kavitacija za raztapljanje

Če je vzorec topen, lahko topljenec (na primer sukralozo ali soli, npr. v obliki praška ali tablet) raztopimo v topilu (npr. vodi, vodnih topilih, organskih topilih itd.), pri čemer nastane homogena zmes, sestavljena iz samo ene faze. Postopek raztapljanja je mogoče izvajati z ročnim ali mehanskim mešanjem, kar je zamudno in neučinkovito. S tem povezane težave so izgube vzorca zaradi rokovanja ali nezadostna ponovljivost zaradi naključnih napak in neenakomernega mešanja.
Ultrazvočna obdelava se pogosto uporablja za učinkovito in hitro raztapljanje vzorcev. Ultrazvočno podprto raztapljanje temelji na mehanskem gibanju zaradi kavitacijskih učinkov, ki jih povzroča vnos ultrazvočnih valov v tekočine. Vnos ultrazvočne energije olajša in pospeši predobdelavo vzorcev, kot sta raztapljanje in izluževanje pred analizo.
Z ultrazvočno podprto pripravo raztopine je mogoče raztapljati topljence v visoki koncentraciji ter učinkovito in hitro pripraviti koncentrirano ali nasičeno (in prenasičeno) raztopino.
Ko v tekoči medij vnesemo ultrazvok velike moči in nizke frekvence, nastala akustična kavitacija ustvari edinstvene pogoje. Ultrazvočna obdelava je izboljšala predobdelavo vzorcev tekočina–tekočina in trdno–tekočina (npr. razklop, solubilizacijo in ekstrakcijo), ki se običajno izvaja pred analitskim zaznavanjem in merjenjem.

 
Hitrost raztapljanja količinsko opredeljuje hitrost procesa raztapljanja. Na hitrost raztapljanja vplivajo različni dejavniki:

• material: topilo in topljenec
• temperatura + tlak
• stopnja nasičenosti oziroma nenasičenosti
• učinkovitost in učinek raztapljanja in mešanja
• površina medfazne meje
• prisotnost inhibitorjev (npr. snovi, odloženih na delcih / blokiranje na fazni meji)

 
Za pospešitev procesa solvatacije in povečanje hitrosti raztapljanja so potrebni zmogljivi homogenizatorji, ki zagotavljajo zadostno mehansko delovanje. Zmogljivost ultrazvočnih homogenizatorjev za kavitacijsko raztapljanje in mešanje je dobro poznana, zato so pogosto uporabljeno in zanesljivo orodje za pripravo vzorcev v laboratorijih.

Mikroskopske slike suspenzije meloksikama:
Levo: neobdelana suspenzija meloksikama; desno: nanosuspenzija meloksikama, pridobljena z ultrazvočno obdelavo z UP100H 45 minut pri 100% amplitudi in nastavitvi cikla 1.
(študija in slika: ©Iurian et al., 2015)

Ultrazvočno raztapljanje laboratorijskih vzorcev

Ultrazvočno podprto raztapljanje za pripravo vzorcev se uporablja v laboratorijih pred analitskimi meritvami.
Seznam analitskih instrumentov, ki (pogosto) zahtevajo vzorce v tekoči obliki:

• HPLC – tekočinska kromatografija visoke ločljivosti
• FTIR – infrardeča spektroskopija s Fourierjevo transformacijo
• GC – plinska kromatografija
• Atomska spektroskopija
• ATR – oslabljeni popolni odboj
• Določanje velikosti delcev z lasersko difrakcijo
• Dinamično sipanje svetlobe

Z ultrazvočno napravo za pripravo vzorcev SonoStep je mogoče obdelavo vzorcev pred analizo izvajati v celoti v pretočnem načinu: ultrazvočna naprava za pripravo vzorcev ima vgrajena mešalo in črpalko, tako da vzorci enakomerno in neprekinjeno tečejo skozi zaprt sistem. S tem je zagotovljena enakomerna in zanesljiva sonikacija brez tveganja navzkrižne kontaminacije ter spremembe lastnosti ali izgube vzorcev.
Preberite več o večnamenski ultrazvočni enoti za pripravo vzorcev SonoStep!

Ultrazvočno raztapljanje za industrijsko proizvodnjo

V industrijske proizvodne linije se vgrajuje ultrazvok velike moči za raztapljanje in homogenizacijo zmesi trdno–tekočina, da nastane enakomeren in stabilen izdelek.
Spodaj je nekaj primerov za različne industrijske panoge:

• Farmacevtska industrija: raztapljanje sestavin zdravil, npr. soli, polimerov
• Industrija živil in pijač: raztapljanje sestavin, npr. sladkorja, soli, sirupa, začimb
• Barve in premazi: raztapljanje polimerov
• Kemija: priprava prenasičene raztopine pred reakcijami obarjanja

Ultrazvočni procesorji za raztapljanje v katerem koli obsegu

Hielscher Ultrasonics ponuja idealno rešitev za vaše raztapljanje in omočenje. Ne glede na to, ali morate v laboratoriju pripraviti analitske vzorce ali proizvajati velike količine raztopin ali slanic v neprekinjenem pretočnem načinu – Hielscher Ultrasonics ima idealno ultrazvočno napravo za raztapljanje za vaš proces!
Z ultrazvočnimi napravami vseh nazivnih moči za šaržno in pretočno obdelavo vam bomo priporočili najprimernejšo ultrazvočno napravo za vaše cilje obdelave!
Spodnja tabela prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih naprav: