Ультразвуковое растворение

Ультразвуковое растворение – это процесс, который протекает между твердыми и жидкими фазами с целью снижения дисперсности среды под действием ультразвука определенной частоты и интенсивности.

Ультразвуковая гомогенизация - результат ультразвукового растворения при котором твердые частицы равномерно распределяются в жидкости и создают гомогенную среду.

Целью ультразвукового растворения есть создание однородной гомогенной среды из жидких и твердых частиц в результате гетерогенного физико-химического взаимодействия при интенсификации кавитационными процессами в растворителе (жидкая среда). В качестве растворителя могут выступать:

• - вода;
• - спирты;
• - эфирные масла;
• - другие жидкие растворители согласно технологической карты.

Процесс ультразвукового растворения применяется во многих отраслях промышленности. Далее мы рассмотрим некоторые из них.

Ультразвуковое растворение в фармацевтике

Ультразвуковое растворение в фармацевтике применяется с целью обработки различных компонентов и получения новых веществ. В процессе УЗ растворения могут быть получены:

• - водные растворы;
• - спиртовые растворы;
• - масляные растворы кристаллических веществ;
• - растворы сухих экстрактов;
• - растворы густых экстрактов;
• - лечебные сиропы;
• - растворы пигментов;
• - ароматические растворы;
• - дез растворы и другие.

  

Готовность продукта после обработки определяется исчезновением твердых частиц и получением гомогенной среды. В процессе ультразвукового растворения основная мера – растворимость веществ. Она зависит от следующих факторов:

• - свойств самого растворителя;
• - свойств растворяемых веществ;
• - температуры УЗ обработки;
• - предельной концентрации насыщения.

Ниже приведена таблица сравнения скорости растворения различных веществ.

Вещество	Кол-во, г.	Рас-ль	Объем, мл.	Время
				без УЗ	с УЗ
1.Лекарственные препараты
Амидопирин	1 2 5	вода вода вода	100 100 100	2 мин 3 мин 10 мин	10 с 15 с 1 мин
Йод кристаллический	10	спирт 96%	100	5 суток	30 мин
Кислота борная	3	спирт 70%	100	3 суток	30 мин
Камфара	10	масло под- солнечное	100	5 мин	10 с
Колларгол	1	вода	100	10 мин	1 мин
Фуррацилин	0,2	вода	100	10 мин	1 мин
Пищевые продукты
Сахар	10	вода	100	1 мин	10 с
Желатин	1	вода	100	2 часа	10 мин
Соль	10	вода	100	3 мин	30 с
Сухое молоко	10	вода	100	5 мин	1 мин
Яичный порошок	10	вода	100	10 мин	2 мин
Сухие красители	10	вода	100	3-15 мин	1 мин
3. Различные вещества
Фиксаж фотографический	10	вода	100	10 мин	1 мин
Проявитель	5	вода	100	3 мин	10 с
Медный купорос	2 10 20	вода вода вода	100 100 100	1 мин 3 мин 10 мин	10 с 30 с 2 мин
Удобрения	20	вода	100	5 мин	1 мин
Канифоль	10	спирт 96%	100	2 суток	10 мин

Важным фактором есть скорость растворения веществ. Скорость растворения зависит от различных факторов:

• - физико-химические свойства материалов (растворитель и растворенное вещество);
• - созданное давление и температура;
• - уровень недонасыщения;
• - площадь поверхности межфазного взаимодействия;
• - наличие ингибиторов;
• - предельная концентрация насыщения.

Исследования ученых помогли установить следующие особенности:

1. 1. Антибиотики увеличивают свою антибактериальную активность.
2. 2. Витамины группы В полностью сохраняются.
3. 3. Витамины А2, Д2, В12 полностью устойчивы.
4. 4. Аскорбиновая кислота в виде водных растворов окисляется, но в значительно меньшей степени, чем при термической обработке продуктов.
5. 5. Молекулы углеводов могут частично разлагаться до более простых веществ.
6. 6. Белки в ультразвуковом поле, создаваемом волноводом (сонотродом) устройства деполимеризуются.

 

В заключении можно сказать, что проведенные исследования дают возможность констатировать, полное соответствие нормативным документам в сфере фармакологии полученных лекарств, а пищевые продукты сохраняются свои свойства и соответствие ГОСТам.

Ультразвуковое растворение в лабораторных исследованиях

Ультразвуковое растворение широко используется в лабораторных исследованиях для аналитических измерений образцов.

Аналитические инструменты, которые требуют гомогенизации:

1. 1. Высокоэффективная жидкостная хроматография.
2. 2. Инфракрасная спектроскопия Фурье.
3. 3. Газовая хроматография.
4. 4. Атомная спектроскопия.
5. 5. Лазерная дифракция и другие.

УЗ обработка волноводом позволяет достичь требуемого значения дисперсности системы для проведения подобных анализов. Сюда же можно отнести исследования связанные с получением новых лекарственных препаратов.

Ультразвуковое растворение в промышленном производстве

Для промышленного применения используют 2 методики обработки:

• - порциональная обработка;
• - проточная обработка.

 

При порциональной обработке готовят порцию вещества, например, 30 мл. Далее ее поддают обработке УЗ сонотродом и получают результат.

При проточной обработке ультразвуковое растворение работает непрерывно. Происходит обработка жидкости в проточной трубе. Жидкость течет беспрерывно с определенной скоростью.

На предприятиях используют производственные линии. В них установлена большая ультразвуковая мощность, которой хватает для получения стабильного готового продукта. Ярким примером таких линий может служить мыловаренная отрасль, где применяют ультразвуковую гомогенизацию мыла. Благодаря ей сокращается время производства мыла и расход едкого натра. В качестве примера использования так же можно указать:

• - фармацевтическую индустрию;
• - пищевую промышленность и производство напитков;
• - химическое растворение полимеров.

Мощность ультразвуковой установки может достигать несколько кВт. Как правило, применяются керамические пьезо излучатели.

Следует выделить следующие особенности технологического процесса:

1. 1. Оптимальный объем растворителя для промышленных задач 200-500 мл.
2. 2. Оптимальный объем растворителя для лабораторных задач до 50 мл.
3. 3. Оптимальная температура растворителя 25-35 °C.
4. 4. При УЗ обработке происходит повышение температуры жидкости за счет самого ультразвука на 4-5 °C за каждую минуту работы.

Применение ультразвукового миксера (диспергатора, гомогенизатора) оправдано всеми техническими показателями и рекомендуемо к применению на всех современных производствах.

Скорость ультразвукового растворения твердых веществ в жидкостях

В таблице ниже приведены данные по объему порций, производительности обработки и частотно мощностной характеристики оборудования.

Объем	Скорость потока	Мощность и частота
От 1 до 500 мл	От 10 до 200 мл / мин	100 Вт, 30 кГц
От 10 до 2000 мл	От 20 до 400 мл / мин	200-400 Вт, 24-26 кГц
0.1 до 20л	0.2 до 4л / мин	2000 Вт, 20 кГц
От 10 до 100 литров	От 2 до 10 л / мин	4000 Вт, 20 кГц
не доступно	От 10 до 100 л / мин	16000 Вт, 20 кГц
не доступно	больше 100 л /мин	более 16000 Вт, 20 кГц

Применение УЗ обработки позволяет ускорить процесс растворения растворимых веществ в 50-120 раз, трудно растворимых в 10-35 раз, медленно растворимых в 10-30 раз, малорастворимых в 3-5 раз. При этом граничная концентрация насыщения у трудно и практически не растворимых веществ увеличивается в 5-30 раз за счет улучшенного межфазного взаимодействия.