Ультразвукове розчинення

Ультразвукове розчинення – це процес, який протікає між твердими та рідкими фазами з метою зниження дисперсності середовища під дією ультразвуку певної частоти та інтенсивності.

Ультразвукова гомогенізація - результат ультразвукового розчинення, при якому тверді частинки рівномірно розподіляються в рідині і створюють гомогенне середовище.

Метою ультразвукового розчинення є створення однорідного гомогенного середовища з рідких і твердих частинок в результаті гетерогенної фізико-хімічної взаємодії при інтенсифікації процесами кавітації в розчиннику (рідке середовище). Як розчинник можуть виступати:

• - вода;
• - спирти;
• - ефірні масла;
• - інші рідкі розчинники згідно з технологічною картою.

Процес ультразвукового розчинення застосовується у багатьох галузях промисловості. Далі ми розглянемо деякі з них.

Ультразвукове розчинення у фармацевтиці

Ультразвукове розчинення у фармацевтиці застосовується з метою обробки різних компонентів та отримання нових речовин. У процесі УЗ розчинення можуть бути отримані:

• - водні розчини;
• - спиртові розчини;
• - олійні розчини кристалічних речовин;
• - розчини сухих екстрактів;
• - розчини густих екстрактів;
• - лікувальні сиропи;
• - розчини пігментів;
• - ароматичні розчини;
• - дез розчини та інші.

 

Готовність продукту після обробки визначається зникненням твердих частинок та отриманням гомогенного середовища. У процесі ультразвукового розчинення основна міра – розчинність речовин. Вона залежить від наступних факторів:

• - властивостей самого розчинника;
• - властивостей розчинних речовин;
• - температури УЗ обробки;
• - граничної концентрації насичення.

Нижче наведено таблицю порівняння швидкості розчинення різних речовин.

Речовина	Кіл-ть, г.	Розч-ик	Об`єм, мл.	Час розчи-ня
				без УЗ	з УЗ
1. Лікарські препарати
Амідопірін	1 2 5	вода вода вода	100 100 100	2 хв 3 хв 10 хвилин;	10 с 15 с 1 хв
Йод кристалічний	10	спирт 96%	100	5 днів	30 хвилин;
Кислота борна	3	спирт 70%	100	3 доби	30 хвилин;
Камфара	10	олія під- сонячне	100	5 хв	10 с
Коларгол	1	вода	100	10 хвилин;	1 хв
Фуррацилін	0,2	вода	100	10 хвилин;	1 хв
Харчові продукти
Цукор	10	вода	100	1 хв	10 с
Желатин	1	вода	100	2 години	10 хвилин;
Сіль	10	вода	100	3 хв	30 с
Сухе молоко	10	вода	100	5 хв	1 хв
Яєчний порошок	10	вода	100	10 хвилин;	2 хв
Сухі барвники	10	вода	100	3-15 хв	1 хв
3. Різні речовини
Фіксаж фотографічний	10	вода	100	10 хвилин;	1 хв
Проявник	5	вода	100	3 хв	10 с
Мідний купорос	2 10 20	вода вода вода	100 100 100	1 хв 3 хв 10 хвилин;	10 с 30 с 2 хв
Добрива	20	вода	100	5 хв	1 хв
Каніфоль	10	спирт 96%	100	2 доби	10 хвилин;

Важливим фактором є швидкість розчинення речовин. Швидкість розчинення залежить від різних факторів:

• - фізико-хімічні властивості матеріалів (розчинник та розчинена речовина);
• - створений тиск та температура;
• - рівень недонасичення;
• - площа поверхні міжфазної взаємодії;
• - наявність інгібіторів;
• - гранична концентрація насичення.

Дослідження вчених допомогли встановити такі особливості:

1. 1. Антибіотики підвищують свою антибактеріальну активність.
2. 2. Вітаміни групи В повністю зберігаються.
3. 3. Вітаміни А2, Д2, В12 повністю стійкі.
4. 4. Аскорбінова кислота у вигляді водних розчинів окислюється, але значно меншою мірою, ніж при термічній обробці продуктів.
5. 5. Молекули вуглеводів можуть частково розкладатися до простих речовин.
6. 6. Білки в ультразвуковому полі, створюваному хвилеводом (сонотродом) пристрою деполімеризуються.

 

У висновку можна сказати, що проведені дослідження дають можливість констатувати повну відповідність нормативним документам у сфері фармакології отриманих ліків, а харчові продукти зберігаються свої властивості та відповідність ГОСТам.

Ультразвукове розчинення у лабораторних дослідженнях

Ультразвукове розчинення широко використовується у лабораторних дослідженнях для аналітичних вимірювань зразків.

Аналітичні інструменти, які потребують гомогенізації:

1. 1. Високоефективна рідинна хроматографія.
2. 2. Інфрачервона спектроскопія Фур'є.
3. 3. Газова хроматографія.
4. 4. Атомна спектроскопія.
5. 5. Лазерна дифракція та інші.

УЗ обробка хвилеводом дозволяє досягти необхідного значення дисперсності системи для проведення подібних аналізів. Сюди можна віднести дослідження пов'язані з отриманням нових лікарських препаратів.

Ультразвукове розчинення у промисловому виробництві

Для промислового застосування використовують 2 методики обробки:

• - порційна обробка;
• - проточна обробка.

 

При порційній обробці готують порцію речовини, наприклад, 30мл. Далі її піддають обробці УЗ сонотродом та отримують результат.

При проточній обробці ультразвукове розчинення працює безперервно. Відбувається обробка рідини у проточній трубі. Рідина тече безперервно з певною швидкістю.

На підприємствах використовують виробничі лінії. На них встановлена ​​велика ультразвукова потужність, якої вистачає для отримання стабільного готового продукту. Яскравим прикладом таких ліній може бути миловарна галузь, де застосовують ультразвукову гомогенізацію мила. Завдяки їй скорочується час виробництва мила та витрата їдкого натру. Як приклад використання також можна вказати:

• - фармацевтичну промисловість;
• - харчову промисловість та виробництво напоїв;
• - хімічне розчинення полімерів.

Потужність ультразвукової установки може досягати кількох кВт. Як правило, використовуються керамічні п'єзо випромінювачі.

Слід виділити такі особливості технологічного процесу:

1. 1. Оптимальний об'єм розчинника для промислових завдань 200-500 мл.
2. 2. Оптимальний об'єм розчинника для лабораторних завдань до 50 мл.
3. 3. Оптимальна температура розчинника 25-35 °C.
4. 4. При УЗ обробці відбувається підвищення температури рідини за рахунок самого ультразвуку на 4-5 ° C за кожну хвилину роботи.

Застосування ультразвукового міксера (диспергатора, гомогенізатора) виправдане всіма технічними показниками та рекомендується до застосування на всіх сучасних виробництвах.

Швидкість ультразвукового розчинення твердих речовин у рідинах

У таблиці нижче наведено дані щодо обсягу порцій, продуктивності обробки та частотно потужнісної характеристики обладнання.

Об`эм	Швидкість потоку	Потужність та частота
Від 1 до 500 мл	Від 10 до 200 мл/хв	100 Вт, 30 кГц
Від 10 до 2000 мл	Від 20 до 400 мл/хв	200-400 Вт, 24-26 кГц
0.1 до 20л	0.2 до 4л/хв	2000 Вт, 20 кГц
Від 10 до 100 літрів	Від 2 до 10 л/хв	4000 Вт, 20 кГц
недоступно	Від 10 до 100 л/хв	16000 Вт, 20 кГц
недоступно	більше 100 л/хв	більше 16000 Вт, 20 кГц

Застосування УЗ обробки дозволяє прискорити процес розчинення розчинних речовин у 50-120 разів, важко розчинних у 10-35 разів, повільно розчинних у 10-30 разів, малорозчинних у 3-5 разів. При цьому гранична концентрація насичення у важко і практично не розчинних речовин збільшується в 5-30 разів за рахунок покращеної міжфазної взаємодії.