Ультразвукове розчинення твердих речовин у рідинах
Приготування розчинів є важливим етапом як для лабораторних зразків, так і для промислового виробництва. Загалом, лабораторні зразки повинні бути переведені в рідкий стан перед аналізом. Ультразвукова гомогенізація та розчинення є швидким і надійним засобом підготовки зразків будь-яких розмірів. У промисловому виробництві приготування гомогенних і добре розчинених розчинів часто є вирішальним фактором для гарантії стабільних характеристик продукту та послідовної якості. Ультразвукові розчинники доступні як компактні лабораторні пристрої та як повністю комерційні промислові розчинники.
Ультразвукові розчинники: використання та застосування
Ультразвук є добре відомим, надійним інструментом для підготовки зразків у лабораторії. Звичайні застосування включають гомогенізацію, емульгацію, диспергування, екстракцію, дегазацію та сонохімічні обробки.
Для вимірювань за допомогою аналітичних приладів (наприклад, ВЕРХ, атомний спектрометр тощо), загалом більшість зразків повинні бути переведені в рідкий стан. Це означає, що зразок або повинен бути в гомогенному стані розчину, або повинен бути переведений у колоїд, суспензію, дисперсію або емульсію, якщо суміш має гетерогенну природу. Потужне ультразвукове опромінення є дуже ефективним інструментом для приготування як гомогенних, так і гетерогенних сумішей.
Якщо вас цікавить приготування гетерогенних суспензій, натисніть тут для: ультразвукова емульгація та ультразвукове диспергування!
Для отримання гомогенних сумішей шляхом ультразвукового розчинення, будь ласка, продовжуйте читати нижче!
Потужний 200W ультразвуковий апарат UP200St є потужним і дуже надійним робочим пристроєм для лабораторій та менших виробництв.
Ультразвукова кавітація для розчинення
Якщо зразок є розчинним, розчинена речовина (така як сукралоза, солі, наприклад, у формі порошку або таблеток) може бути розчинена в розчиннику (наприклад, вода, водні розчинники, органічні розчинники тощо), що призводить до гомогенної суміші, що складається лише з однієї фази. Процес розчинення можна здійснювати за допомогою ручного або механічного перемішування, що є тривалим і неефективним. Пов’язані проблеми включають втрати зразків через маніпуляції або відсутність відтворюваності через випадкові помилки та нерівномірне перемішування.
Ультразвукове опромінення часто використовується для сприяння ефективному та швидкому розчиненню зразків. Ультразвуково-асистоване розчинення базується на механічному перемішуванні кавітаційних ефектів, спричинених введенням ультразвукових хвиль у рідини. Введення ультразвукової енергії полегшує та прискорює попередню обробку зразків, таку як розчинення та вилуговування перед аналізом.
За допомогою ультразвуково-асистованого приготування розчину стає можливим розчиняти речовини у високій концентрації та ефективно і швидко створювати концентрований або насичений (і перенасичений) розчин.
Коли високоефектний/низькочастотний ультразвук вводиться в рідке середовище, утворена акустична кавітація створює унікальні умови. Ультразвукове опромінення покращило попередню обробку зразків рідина-рідина та тверде тіло-рідина (наприклад, розкладання, розчинення та екстракція), які зазвичай застосовуються перед аналітичним виявленням та вимірюванням.
Швидкість розчинення кількісно визначає швидкість процесу розчинення. Швидкість розчинення залежить від різних факторів:
- матеріал: розчинник і розчинена речовина
- температура + тиск
- ступінь (недо-)насичення
- ефективність і вплив розчинення та змішування
- площа поверхні міжфазного контакту
- наявність інгібіторів (наприклад, речовин, що осідають на частинках/блокуючих на межі фаз)
Для прискорення процесу сольватації та швидкості розчинення необхідні потужні гомогенізатори, які забезпечують достатній механічний вплив. Кавітаційна потужність розчинення та змішування ультразвукових гомогенізаторів добре відома, і тому вони є загальним і надійним інструментом для підготовки зразків у лабораторіях.
Мікроскопічні зображення суспензії мелоксикаму:
Ліворуч: необроблена суспензія мелоксикаму; Праворуч: наносуспензія мелоксикаму, отримана за допомогою ультразвукового опромінення за допомогою UP100H протягом 45 хвилин при 100% амплітуді та циклі 1.
(дослідження та зображення: ©Iurian et al., 2015)
Ультразвукове розчинення лабораторних зразків
Ультразвуково-асистоване розчинення для підготовки зразків використовується в лабораторіях перед аналітичними вимірюваннями.
Список аналітичних приладів, які вимагають (часто) зразків у рідкому стані:
- ВЕРХ – Високоефективна рідкісна хроматографія
- ФІКС – Інфрачервона спектроскопія з перетворенням Фур’є
- ГХ – Газова хроматографія
- Атомна спектроскопія
- ПЗВ – Повне внутрішнє відбиття
- Визначення розміру частинок за допомогою лазерної дифракції
- Динамічне розсіювання світла
За допомогою ультразвукового пристрою для підготовки зразків SonoStep, попередня обробка зразків перед аналізом може здійснюватися повністю в потоці: ультразвуковий пристрій для підготовки зразків має інтегровану мішалку та насос, так що зразки проходять стабільно і безперервно через замкнуту систему. Таким чином, гарантується рівномірне та надійне ультразвукове опромінення без ризику перехресного забруднення та спотворення або втрати зразка.
Дізнайтеся більше про ультразвуковий пристрій для підготовки зразків SonoStep «все в одному»!
Ультразвукове розчинення для промислового виробництва
У промислових виробничих лініях високоефектний ультразвук інтегрується для розчинення та гомогенізації сумішей тверде тіло-рідина для формування рівномірного та стабільного продукту.
Нижче наведено кілька прикладів для різних промислових галузей:
- Фармацевтична промисловість: розчинення компонентів ліків, наприклад, солей, полімерів
- Харчова та напоєва промисловість: розчинення інгредієнтів, наприклад, цукру, солі, сиропу, приправ
- Лаки та покриття: розчинення полімерів
- Хімія: приготування перенасиченого розчину перед реакціями осадження
Ультразвуковий розчинник UIP6000hdT для великої пропускної здатності в промисловому виробництві розчинів
Ультразвукові процесори для застосувань розчинення будь-якого масштабу
Hielscher Ultrasonics пропонує ідеальне рішення для вашого застосування розчинення та змочування. Чи потрібно вам готувати аналітичні зразки в лабораторії чи виробляти великі обсяги розчинів або розсолів у режимі безперервного потоку – Hielscher Ultrasonics має ідеальний ультразвуковий розчинник для вашого процесу!
З ультразвуковими апаратами будь-якої потужності та для періодичної, а також потокової обробки ми порекомендуємо вам найбільш підходящий ультразвуковий апарат для ваших цілей обробки!
Нижче наведена таблиця дає вам уявлення про приблизну пропускну здатність наших ультразвукових апаратів:
| Об’єм партії | Об’ємна витрата | Рекомендовані пристрої |
|---|---|---|
| 1 до 500mL | 10 до 200mL/min | UP100H |
| 10 до 2000mL | 20 до 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 до 20L | 0,2 до 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 до 100L | 2 до 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 до 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | більше | кластер UIP16000 |
Зв’яжіться з нами! / Запитайте нас!
Hielscher Ultrasonics виробляє високоефективні ультразвукові гомогенізатори для застосувань змішування, диспергування, емульгації та екстракції в лабораторному, пілотному та промисловому масштабах.
Література / Посилання
- Welna, Maja; Szymczycha-Madeja, Anna; Pohl, Pawel: Quality of the Trace Element Analysis: Sample Preparation Steps. In: InTechOpen.
- Castro, Luque de; Capote, Priego F. (ed.) (2007): Analytical Applications of Ultrasound. Elservier Science, 2007.
- del Bosque, A.; Sánchez-Romate, X.F.; Sánchez, M.; Ureña, A. (2022): Easy-Scalable Flexible Sensors Made of Carbon Nanotube-Doped Polydimethylsiloxane: Analysis of Manufacturing Conditions and Proof of Concept. Sensors 2022, 22, 5147.
- Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
Hielscher Ultrasonics виробляє високоефективні ультразвукові гомогенізатори від лабораторного до промислового розміру.