Ultraljudsupplösning av fasta ämnen i vätskor

Beredning av lösningar är ett viktigt steg såväl för laboratorieprover som vid industriell produktion. I allmänhet måste laboratorieprover överföras till vätskeform före analys. Homogenisering och upplösning med ultraljud är ett snabbt och tillförlitligt sätt att bereda prover av alla storlekar. Vid industriell produktion är beredning av homogena och väl upplösta lösningar ofta en avgörande faktor för att garantera stabila produktegenskaper och jämn kvalitet. Ultraljudsupplösare finns som kompakta laboratorieinstrument och som industriella upplösare för fullskalig kommersiell drift.

Ultraljudsupplösare: användning och tillämpningar

Ultraljud är ett välkänt, tillförlitligt verktyg för provberedning i laboratoriet. Vanliga tillämpningar omfattar homogenisering, emulgering, dispergering, extraktion, avgasning och sonokemiska behandlingar.
För mätningar med analysinstrument (t.ex. HPLC, atomspektrometer osv.) måste de flesta prover i allmänhet överföras till vätskeform. Det innebär att provet antingen måste föreligga som en homogen lösning eller överföras till en kolloid, suspension, dispersion eller emulsion om blandningen är heterogen. Kraftfull ultraljudsbehandling är ett mycket effektivt verktyg för att bereda både homogena och heterogena blandningar.
Om du är intresserad av beredning av heterogena suspensioner, klicka här för: ultraljudsemulgering och ultraljudsdispergering!
Läs vidare nedan om hur homogena blandningar framställs genom ultraljudsupplösning!

Ultraljudskavitation för upplösning

Om provet är lösligt kan det lösta ämnet (såsom sukralos, salter, t.ex. i pulver- eller tablettform) lösas upp i ett lösningsmedel (t.ex. vatten, vattenbaserade lösningsmedel, organiska lösningsmedel osv.), vilket ger en homogen blandning som består av endast en fas. Upplösningsprocessen kan utföras genom manuell eller mekanisk omrörning, vilket är tidskrävande och ineffektivt. Relaterade problem är provförluster till följd av hantering eller bristande reproducerbarhet på grund av slumpmässiga fel och ojämn blandning.
Ultraljudsbehandling används ofta för att främja effektiv och snabb upplösning av prover. Den ultraljudsassisterade upplösningen bygger på den mekaniska omrörning som uppstår genom kavitationseffekter när ultraljudsvågor tillförs vätskor. Tillförseln av ultraljudsenergi underlättar och påskyndar provförbehandling såsom upplösning och urlakning före analys.
Genom ultraljudsassisterad beredning av en lösning blir det möjligt att lösa upp ämnen i hög koncentration och att effektivt och snabbt framställa en koncentrerad eller mättad (och övermättad) lösning.
När ultraljud med hög effekt och låg frekvens tillförs ett flytande medium skapar den resulterande akustiska kavitationen unika förhållanden. Ultraljudsbehandling har förbättrat provförbehandlingar i vätska–vätska- och fast ämne–vätska-system (t.ex. uppslutning, solubilisering och extraktion), som vanligtvis används före analytisk detektion och mätning.

 
Upplösningshastigheten kvantifierar hur snabbt upplösningsprocessen sker. Upplösningshastigheten påverkas av olika faktorer:

• material: lösningsmedel och löst ämne
• temperatur + tryck
• grad av (under-)mättnad
• effektivitet och verkan hos upplösning och blandning
• gränsytans area mellan faserna
• förekomst av inhibitorer (t.ex. ämnen som avlagrats på partiklarna eller blockerar vid fasgränsen)

 
För att påskynda solvatiseringsprocessen och öka upplösningshastigheten krävs kraftfulla homogenisatorer som ger tillräcklig mekanisk påverkan. Ultraljudshomogenisatorernas förmåga att lösa upp och blanda genom kavitation är välkänd, och de är därför ett vanligt och tillförlitligt verktyg för provberedning i laboratorier.

Mikroskopiska bilder av meloxikamsuspension:
Vänster: obehandlad meloxikamsuspension; höger: meloxikamnanosuspension erhållen genom ultraljudsbehandling med UP100H i 45 minuter vid 100% amplitud och cykel 1.
(studie och bild: ©Iurian et al., 2015)

Ultraljudsupplösning av laboratorieprover

Ultraljudsassisterad upplösning för provberedning används i laboratorier före analytiska mätningar.
Lista över analysinstrument som (ofta) kräver prover i vätskeform:

• HPLC – Högpresterande vätskekromatografi
• FTIR – Fouriertransformerad infrarödspektroskopi
• GC – Gaskromatografi
• Atomspektroskopi
• ATR – Dämpad totalreflektion
• Partikelstorleksbestämning med laserdiffraktion
• Dynamisk ljusspridning

Med ultraljudsenheten för provberedning SonoStep kan provbehandling före analys utföras helt inline: ultraljudsenheten för provberedning har en inbyggd omrörare och pump, så att proverna flödar jämnt och kontinuerligt genom ett slutet system. Därmed garanteras en jämn och tillförlitlig ultraljudsbehandling utan risk för korskontaminering och förvanskning av prover eller provförlust.
Läs mer om SonoStep, allt-i-ett-enheten för provberedning med ultraljud!

Ultraljudsupplösning för industriell produktion

I industriella produktionslinjer integreras ultraljud med hög effekt för att lösa upp och homogenisera blandningar av fasta ämnen och vätskor till en jämn och stabil produkt.
Nedan följer några exempel från olika industribranscher:

• Läkemedelsindustrin: upplösning av läkemedelskomponenter, t.ex. salter, polymerer
• Livsmedels- och dryckesindustrin: upplösning av ingredienser, t.ex. socker, salt, sirap, smaksättare
• Färger och beläggningar: upplösning av polymerer
• Kemi: beredning av en övermättad lösning före utfällningsreaktioner

Ultraljudsprocessorer för upplösning i alla skalor

Hielscher Ultrasonics erbjuder den idealiska lösningen för din upplösnings- och vätningstillämpning. Oavsett om du behöver bereda analysprover i laboratoriet eller producera stora volymer lösningar eller saltlösningar i kontinuerlig genomflödesdrift har Hielscher Ultrasonics den idealiska ultraljudsupplösaren för din process!
Med ultraljudsapparater i alla effektklasser och för såväl satsvis bearbetning som inlinebearbetning kan vi rekommendera den ultraljudsapparat som är bäst lämpad för dina processmål!
Tabellen nedan ger en uppfattning om våra ultraljudsapparaters ungefärliga bearbetningskapacitet: