Hòa tan chất rắn trong chất lỏng bằng siêu âm

Pha chế dung dịch là một bước quan trọng đối với cả mẫu trong phòng thí nghiệm lẫn sản xuất công nghiệp. Nhìn chung, các mẫu trong phòng thí nghiệm phải được chuyển sang dạng lỏng trước khi phân tích. Đồng nhất hóa và hòa tan bằng siêu âm là phương pháp nhanh chóng, đáng tin cậy để chuẩn bị mẫu ở mọi quy mô. Trong sản xuất công nghiệp, việc pha chế dung dịch đồng nhất với các chất được hòa tan tốt thường là yếu tố then chốt để bảo đảm các đặc tính sản phẩm ổn định và chất lượng nhất quán. Thiết bị hòa tan bằng siêu âm có các phiên bản nhỏ gọn dành cho phòng thí nghiệm và các phiên bản công nghiệp phục vụ sản xuất thương mại ở quy mô đầy đủ.

Thiết bị hòa tan bằng siêu âm: Cách sử dụng và ứng dụng

Siêu âm là công cụ phổ biến, đáng tin cậy để chuẩn bị mẫu trong phòng thí nghiệm. Các ứng dụng thông thường bao gồm đồng nhất hóa, nhũ hóa, phân tán, chiết xuất, khử khí và xử lý hóa siêu âm.
Đối với các phép đo bằng thiết bị phân tích (ví dụ: HPLC, máy quang phổ nguyên tử, v.v.), nhìn chung phần lớn mẫu phải được chuyển sang dạng lỏng. Điều này có nghĩa là mẫu phải ở trạng thái đồng nhất của dung dịch hoặc phải được chuyển thành hệ keo, huyền phù, hệ phân tán hoặc nhũ tương nếu hỗn hợp có bản chất không đồng nhất. Xử lý siêu âm mạnh là công cụ rất hiệu quả để chuẩn bị cả hỗn hợp đồng nhất và không đồng nhất.
Nếu bạn quan tâm đến việc chuẩn bị huyền phù không đồng nhất, hãy nhấp vào đây để tìm hiểu về: nhũ hóa bằng siêu âm và phân tán bằng siêu âm!
Để tạo hỗn hợp đồng nhất bằng phương pháp hòa tan bằng siêu âm, vui lòng đọc tiếp bên dưới!

Xâm thực siêu âm để hòa tan

Nếu mẫu có thể hòa tan, chất tan (chẳng hạn như sucralose, các loại muối, ví dụ ở dạng bột hoặc viên) có thể được hòa tan trong dung môi (ví dụ: nước, dung môi gốc nước, dung môi hữu cơ, v.v.), tạo thành hỗn hợp đồng nhất chỉ gồm một pha. Quá trình hòa tan có thể được thực hiện bằng cách khuấy thủ công hoặc khuấy cơ học, vốn tốn thời gian và kém hiệu quả. Các vấn đề liên quan bao gồm thất thoát mẫu do thao tác hoặc thiếu khả năng tái lập do sai số ngẫu nhiên và trộn không đều.
Xử lý siêu âm thường được sử dụng để thúc đẩy quá trình hòa tan mẫu hiệu quả và nhanh chóng. Hòa tan có hỗ trợ siêu âm dựa trên sự khuấy động cơ học do các hiệu ứng xâm thực gây ra khi đưa sóng siêu âm vào chất lỏng. Việc đưa năng lượng siêu âm vào tạo thuận lợi và đẩy nhanh các bước tiền xử lý mẫu như hòa tan và chiết rửa trước khi phân tích.
Việc pha chế dung dịch có hỗ trợ siêu âm cho phép hòa tan các chất tan ở nồng độ cao và tạo ra dung dịch đậm đặc hoặc bão hòa (và quá bão hòa) một cách hiệu quả, nhanh chóng.
Khi siêu âm công suất cao/ tần số thấp được đưa vào môi trường lỏng, hiện tượng xâm thực âm hình thành tạo ra các điều kiện đặc biệt. Xử lý siêu âm đã cải thiện các bước tiền xử lý mẫu lỏng–lỏng và rắn–lỏng (ví dụ: phá mẫu, hòa tan và chiết xuất), thường được áp dụng trước khi phát hiện và đo lường bằng phương pháp phân tích.

 
Tốc độ hòa tan định lượng mức độ nhanh chậm của quá trình hòa tan. Tốc độ hòa tan chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố:

• vật liệu: dung môi và chất tan
• nhiệt độ + áp suất
• mức độ bão hòa (hoặc chưa bão hòa)
• hiệu quả và tác động của quá trình hòa tan và trộn
• diện tích bề mặt phân cách giữa các pha
• sự hiện diện của chất ức chế (ví dụ: các chất lắng đọng trên hạt/ gây cản trở tại ranh giới pha)

 
Để đẩy nhanh quá trình solvat hóa và tăng tốc độ hòa tan, cần có các thiết bị đồng nhất hóa mạnh mẽ cung cấp đủ tác động cơ học. Khả năng hòa tan và trộn nhờ xâm thực của các thiết bị đồng nhất hóa siêu âm đã được biết đến rộng rãi, do đó chúng là công cụ phổ biến và đáng tin cậy để chuẩn bị mẫu trong phòng thí nghiệm.

Ảnh hiển vi của huyền phù meloxicam:
Bên trái: huyền phù meloxicam chưa xử lý; Bên phải: huyền phù nano meloxicam thu được bằng xử lý siêu âm bằng UP100H trong 45 phút ở biên độ 100% và chu kỳ 1.
(nghiên cứu và hình ảnh: ©Iurian và cộng sự, 2015)

Hòa tan mẫu trong phòng thí nghiệm bằng siêu âm

Hòa tan có hỗ trợ siêu âm để chuẩn bị mẫu được sử dụng trong phòng thí nghiệm trước các phép đo phân tích.
Danh sách các thiết bị phân tích (thường) yêu cầu mẫu ở dạng lỏng:

• HPLC – Sắc ký lỏng hiệu năng cao
• FTIR – Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier
• GC – Sắc ký khí
• Quang phổ nguyên tử
• ATR – Phản xạ toàn phần suy giảm
• Đo kích thước hạt bằng nhiễu xạ laser
• Tán xạ ánh sáng động

Với thiết bị chuẩn bị mẫu bằng siêu âm SonoStep, quá trình xử lý mẫu trước phân tích có thể được thực hiện hoàn toàn trên dòng chảy: Thiết bị chuẩn bị mẫu bằng siêu âm có bộ khuấy và bơm tích hợp, nhờ đó các mẫu lưu thông ổn định và liên tục qua một hệ thống kín. Qua đó, quá trình xử lý siêu âm đồng đều và đáng tin cậy được bảo đảm mà không có nguy cơ nhiễm chéo, làm sai lệch mẫu hoặc thất thoát mẫu.
Đọc thêm về thiết bị chuẩn bị mẫu bằng siêu âm tất cả trong một SonoStep!

Hòa tan bằng siêu âm trong sản xuất công nghiệp

Trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp, siêu âm công suất cao được tích hợp để hòa tan và đồng nhất hóa hỗn hợp rắn–lỏng nhằm tạo ra sản phẩm đồng đều và ổn định.
Dưới đây là một số ví dụ cho các ngành công nghiệp khác nhau:

• Ngành dược phẩm: hòa tan các thành phần thuốc, ví dụ: muối, polyme
• Ngành thực phẩm và đồ uống: hòa tan các thành phần, ví dụ: đường, muối, siro, gia vị
• Sơn và lớp phủ: hòa tan polyme
• Hóa học: pha chế dung dịch quá bão hòa trước các phản ứng kết tủa

Thiết bị xử lý siêu âm cho các ứng dụng hòa tan ở mọi quy mô

Hielscher Ultrasonics cung cấp giải pháp lý tưởng cho ứng dụng hòa tan và làm ướt của bạn. Dù bạn cần chuẩn bị mẫu phân tích trong phòng thí nghiệm hay sản xuất lượng lớn dung dịch hoặc nước muối ở chế độ dòng chảy liên tục – Hielscher Ultrasonics đều có thiết bị hòa tan bằng siêu âm lý tưởng cho quy trình của bạn!
Với các thiết bị siêu âm ở mọi mức công suất, phục vụ cả xử lý theo mẻ và xử lý trên dòng chảy, chúng tôi sẽ đề xuất thiết bị siêu âm phù hợp nhất với mục tiêu xử lý của bạn!
Bảng dưới đây cho biết năng lực xử lý gần đúng của các thiết bị siêu âm của chúng tôi: