Homogenisatorer med ultraljud

Ultraljudshomogenisatorer är kraftfulla verktyg för att blanda och homogenisera fast-vätska och vätska-vätska suspensioner. Ultraljudshomogenisering är en mekanisk process för att minska partiklar i en vätska så att de blir jämnt små och jämnt fördelade. Hielscher erbjuder kraftfulla ultraljudshomogenisatorer för användning i labb- och produktionsskala.

Tillämpningar och påverkan av ultraljudshomogenisatorer

Ultraljudshomogenisatorer är kraftfulla och pålitliga blandare som används i laboratorier och industri för många applikationer.
En ultraljudshomogenisator kan användas för olika applikationer, inklusive:

• Homogenisering: Ultraljudshomogenisatorer kan homogenisera prover för att skapa enhetliga och konsekventa blandningar.
• Spridning: Ultraljudshomogenisatorer kan användas för att dispergera fasta partiklar i vätskor för att skapa stabila suspensioner. Ultraljud är utomordentligt effektiv för att skapa nano-dispersioner.
• Emulgering: Ultraljudshomogenisatorer kan användas för att skapa stabila emulsioner och nanoemulsioner genom att bryta upp och dispergera oblandbara vätskor, såsom olja och vatten.
• Cellrubbning: Ultraljudshomogenisatorer kan bryta upp celler för att extrahera intracellulära komponenter såsom proteiner, nukleinsyror, enzymer och metaboliter.
• Avgasning: Ultraljudshomogenisatorer kan användas för att avlägsna upplösta gaser från vätskor, såsom avgasning av HPLC-lösningsmedel eller kylvätskor.
• Ultraljudsassisterade kemiska reaktioner: Ultraljud homogenisatorer kan också användas för ultraljudsbehandling-assisterade kemiska reaktioner, såsom sonokemisk syntes, katalys eller nedbrytning.

 
Sammantaget är ultraljudshomogenisatorer ett mångsidigt verktyg som kan användas för ett brett spektrum av applikationer inom forskning, utveckling och industriella processer.

Ultraljud vs högtryckshomogenisatorer

Den vanligaste mekanismen för homogenisering är högtryckshomogenisering. Där pressas vätska under högt tryck (ca 2000 barg) genom en homogeniseringsventil. När vätskan passerar ventilen genomgår den en kort (ca 50 mikrosek.) lågtryckscykel med högt tryck.
Även om denna mekanism fungerar bra för små, mjuka partiklar, såsom fettkulor i mjölk, har den sina begränsningar när den används för dispersioner av hårda och slipande material, såsom pigment, polermedel eller metalloxider, eller fibrösa och trådiga material, såsom fruktpuréer, alger eller slam. Detta beror på de höga vätskehastigheterna (upp till 120 mtr/sek) och på grund av de små öppningarna på de ventiler som används. När det slipande materialet passerar pumparna och ventilöppningen orsakar det slitage. Detta minskar pumpens och ventilens effektivitet och livslängd.

Fördelar med ultraljudshomogenisatorer

Ultraljudshomogenisatorer för tunga applikationer

Våtmalning, malning och blandning är typiska applikationer, där ultraljudsapparater används som pålitliga homogenisatorer. Ultraljudshomogenisatorer är mycket effektiva för att minska mjuka och hårda partiklar. Till skillnad från många andra homogeniseringstekniker kan homogenisatorer av ultraljudssondtyp hantera även mycket hårda, slipande och fibrösa material.
Arbetsprincipen för ultraljudshomogenisering är baserad på kavitation. När vätskor utsätts för intensiv ultraljudsbehandling fortplantar sig ljudvågor genom vätskan och orsakar omväxlande högtrycks- och lågtryckscykler (ca 20000 cykler/sek.). Under lågtryckscykeln skapas högintensiva små vakuumbubblor i vätskan, eftersom vätskeångtrycket uppnås.
När bubblorna når en viss storlek kollapsar de våldsamt under en högtryckscykel. Under denna implosion genereras mycket höga tryck och höghastighetsvätskestrålar lokalt. De resulterande strömmarna och turbulensen stör partikelagglomerat och leder till våldsamma kollisioner mellan enskilda partiklar.

En stor fördel med ultraljudshomogenisatorer är det låga antalet våta och rörliga delar. Detta minskar friktionsslitage och rengöringstid. Det finns bara två delar som kommer i kontakt med mediet: Sonotroden och flödescellen. Båda har enkla geometrier och inga små eller dolda öppningar.

En annan fördel är den exakta kontrollen över de driftsparametrar som påverkar kavitationen. Hielscher ultraljudshomogenisatorer kan användas vid svängningsamplituder från ca 1 till 200 mikron. Vätsketrycket kan variera från 0 till ca 500psig. Eftersom amplitud och tryck är de mest inflytelserika parametrarna, möjliggör det breda driftsområdet för varje parameter en mycket skonsam till mycket destruktiv bearbetning.

Hielscher ultraljudshomogenisatorer är amplitudkontrollerade. Genom detta kommer den justerade amplituden att bibehållas under alla driftsförhållanden. Detta gör ultraljud kontrollerbar och repeterbar. Ultraljudsbehandling under identiska driftsparametrar kommer att ge konsekventa och reproducerbara resultat. Detta är viktigt för kvaliteten på det producerade materialet och för uppskalningen av processresultat från labb till produktionsnivå.

Ultraljudshomogenisatorer för alla skalor

Hielscher tillverkar ultraljudshomogenisatorer för homogenisering av alla provvolymer för batch- eller inline-bearbetning. Ultraljudshomogenisatorer för laboratorier kan användas för volymer från 1,5 ml till ca 5 l. Industriella homogenisatorer med ultraljud används för processutveckling och produktion av batcher från 0,5 till ca 2000 liter eller flödeshastigheter från 0,1 liter till 20 m³ per timme.

Design, tillverkning och rådgivning – Kvalitet tillverkad i Tyskland

Hielscher ultraljudsapparater är välkända för sina högsta kvalitets- och designstandarder. Robusthet och enkel drift möjliggör en smidig integration av våra ultraljudsapparater i industriella anläggningar. Tuffa förhållanden och krävande miljöer hanteras enkelt av Hielscher ultraljudsapparater.

Hielscher Ultrasonics är ett ISO-certifierat företag och lägger särskild vikt vid högpresterande ultraljudsapparater med den senaste tekniken och användarvänligheten. Naturligtvis är Hielscher ultraljudsapparater CE-kompatibla och uppfyller kraven i UL, CSA och RoHs.

Tabellen nedan visar allmänna enhetsrekommendationer beroende på batchvolymen eller flödeshastigheten som ska bearbetas. Klicka på enhetstypen för att få mer information om varje ultraljudshomogenisator.

Ultraljudshomogenisatorer för högpresterande tillämpningar

Hielscher ultraljudshomogenisatorer är arbetshästen för blandning och homogenisering. Ultraljudshomogenisatorer för laboratorier är kompakta och ett pålitligt verktyg för effektiv och snabb dispersion och emulgering av små och medelstora prover. Hielschers industriella ultraljudshomogenisatorer är effektiva och överträffar traditionella homogeniseringstekniker som högtryckshomogenisatorer eller pärlkvarnar. Hielschers industriella homogenisatorer kan leverera mycket höga amplituder och är därmed exceptionellt kraftfulla när det gäller blandnings-, dispergerings- och malningsprocesser. Amplituder på upp till 200 μm kan enkelt köras kontinuerligt i 24/7 drift. För ännu högre amplituder finns anpassade ultraljudssonotroder tillgängliga. Robustheten hos Hielschers ultraljudsutrustning möjliggör 24/7 drift vid tung belastning och i krävande miljöer.
Våra kunder är nöjda med den enastående robustheten och tillförlitligheten hos Hielscher Ultrasonics’ homogenisatorer. Installationen i områden med tung användning, krävande miljöer och 24/7 drift säkerställer effektiv och ekonomisk bearbetning. Ultraljudsprocessintensifiering minskar bearbetningstiden och uppnår bättre resultat, dvs. högre kvalitet, högre avkastning, innovativa produkter.

Homogenisatorer av ultraljudsvävnad

Förutom beredning av dispersioner och emulsioner är ultraljudshomogenisatorer fast etablerade inom bioteknik, cellulär och molekylärbiologi och biovetenskap för celllys och fraktionering, vävnadsstörning, extraktion av intracellulära föreningar samt skjuvning av DNA, RNA och kromatin. Ultraljudshomogenisatorer finns tillgängliga för provberedning av små volymer (0,1 ml) upp till mycket stora volymer för industriella processer (t.ex. extraktion av bioaktiva föreningar för tillverkning av kosttillskott).
För att störa vävnad med en ultraljudshomogenisator används en isoton buffertlösning för att stoppa osmotisk skada. Hielscher ultraljudshomogenisatorer kommer med en temperatursensor och temperaturkontrollinställning, vilket gör det möjligt att hålla proverna inom ett välkontrollerat temperaturområde.
För mer information om homogenisatorer av ultraljudsvävnad, klicka här!

---

---

Litteratur / Referenser

• 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.