Ultralyd kan brukes i kjemi for å øke reaksjonshastigheten og produktutbyttet. Flertallet av effekten av ultralyd på kjemiske reaksjoner skyldes kavitasjon: dannelse og brudd på små bobler i løsningsmidler. I denne gjennomgangen gir vi først en oversikt over den fysiske bakgrunnen for kavitasjon og diskuterer dens avhengighet av faktorer som lydintensitet og frekvens, løsningsmiddel og temperatur. Påvirkning av ultralyd på kjemiske reaksjoner blir vurdert for både homogene og heterogene væskesolid-systemer. Det første feltet illustreres hovedsakelig ved å diskutere påvirkning av ultralyd på polymerisasjon og depolymerisasjonsreaksjoner, mens det andre feltet er illustrert ved utvalgte eksempler i organisk syntese. Vi diskuterte også kort trenden med ultralyd som endrer reaksjonsmekanismen for å støtte den homogene (snarere enn heterogene) banen. Den spesifikke preferansen for en bestemt bane under sonokjemiske forhold, forskjellig fra banen under mekanisk omrøring, kalles "sonokjemisk konvertering". Sammenlignet ultralydutstyr som ble brukt til laboratorieskala -eksperimenter og ga noen praktiske "teknikker og feller".
Ultrasonisk forstyrrelse og lysering av celler
Ultrasonisk sonokjemisk utstyr brukes hovedsakelig til prøveforberedelse og produksjon. Disse feltene inkluderer spesielt homogenisering, emulgering og suspensjon av forskjellige stoffer, samt akselerasjon av kjemiske reaksjoner, cellelysering og ekstraksjon av celleinnholdet. Bruken av ultralydsonokjemisk utstyr kan selektivt ødelegge visse stoffer, forkorte kjedelige forberedelsesprosesser og forbedre utbyttet av mange reaksjoner. Sammenligning med mekanisk prosessutstyr som planetariske kulefabrikker, rotorer/statorer eller homogenisatorer for gap viser at ultralydsonokjemisk utstyr fungerer med høyere effektivitet, spesielt å gjøre reproduserbare resultater mulig. Trenden med analyse er at prøvestørrelsen blir mindre og at bruken av kjemikalier også synker. De siste årene har for eksempel bruk av ultralydsonokjemisk utstyr blitt avgjørende, ettersom selv de minste prøvestørrelsene krever rask, økonomisk og reproduserbar prosessering.
Ødeleggelse av celler og mikroorganismer
I moderne laboratorier brukes ultralydsonokjemisk utstyr til å bryte ned cellevegger for å trekke ut celleinnhold, for eksempel proteiner, uten å skade dem. En del av energien som er introdusert i cellesuspensjonen omdannes til varme gjennom friksjon. For å unngå termisk skade på det cellulære innholdet, blir prøven enten utsatt for intermitterende ultralydbehandling med jevne mellomrom eller avkjølt i en kjølebeholder under ultralydbehandling. Rosedammen kan jevnt behandle mikroorganismer med ultralyd fordi ultralydenergien tvinger prøven til å sirkulere gjentatte ganger under sonden og gjennom sidearmen. Plassert i et isbad, utvides glassoverflaten og kjøler effektivt innholdet effektivt.
Ødeleggelsen av cellemembraner avhenger i stor grad av cellens elastisitet. Cellulære komponenter, for eksempel mitokondrier eller cytoplasma, kan delvis forstyrres ved å endre inngangs ultralydenergi og ekstraksjonskraft. For spesielt medikamentresistente bakterier (som Streptococcus), sopp, sporer, gjær eller vevsprøver, kan direkte ødeleggelse oppnås med veldig høye ultralydamplituder ved bruk av mikrotubes, da mikrotubene kan legge inn veldig store mengder energi i den minste prøvestørrelsen.
Når du bruker mikroliter, er skum og sprut i beholderen et større problem. Kan forårsake tap av verdifulle prøvematerialer. Derfor er maktregulering veldig viktig. Hvis du vil ødelegge celler med ustabile vegger, er det bare en liten mengde kraft eller amplitude som er nødvendig. For kontinuerlig å oppløses i store mengder, brukes en spesiell strømningsbeholder laget av glass eller rustfritt stål med et ultralydkammer til å behandle hver partikkel av suspensjonen med samme styrke. Hvis beholderen er utstyrt med en ekstra kjølejakke, kan den eliminere termisk skade på celleinnholdet. For å unngå forurensning av fremmede partikler, for eksempel erosjonspartikler fra sonder, er indirekte ultralydbehandling foretrukket i koppforsterkere eller kopphorn. Denne metoden oppnår ensartet styrke og kjøling.
Søknader i biokjemi og medisin:
Ødeleggelse av organisasjonsdyrking
Subcellulære komponenter og virus ble forstyrret uten skade.
Foreldrebarnstesting
Trekk raskt ut matrisefri hemolyse fra den antatte fars EDTA -blod for farskapstesting (reduserer forberedelsestiden med omtrent 30 minutter).
Urologikirurgi
Biokjemisk membrananalyse av sædsammensetning.
Genetisk forskning
Trekk ut DNA fra menneskekroppsmaterialer.
Liposomforberedelse
Bruken av ultralyd (20 kHz) for å dekomponere MLV (flerlags liposomer) er hovedmetoden for å produsere SLV (monolags liposomer).
Behandlingen av koppevaksine
Forbered en jevn distribuert infeksjonsløsning.
Spredt
Ved hjelp av ultralydenergi kan faste partikler eller til og med væsker spredes i en annen bærer. Nanoskalapulver, som titandioksid eller pyrolytisk silika, blir i økende grad brukt i produksjonen av testmaling og belegg, eller for å polere overflatene til små billegemer, på grunn av deres store spesifikke overflateareal og kontinuerlig økende reaksjonspotensial. I tillegg har disse stoffene en ugunstig tendens til å samle seg, noe som resulterer i redusert fluiditet og fuktbarhet. De dannede agglomeratene blir forstyrret av en ultralyd homogenisator og spredningen er permanent stabilisert for å forhindre reagglomerering.
I analyse av partikkelstørrelse er spredning avgjørende for måleprosessen. Partikler kan bare identifiseres under måleprosessen og fremstår som påvisbare målesignaler i måleområdet. Derfor fører ikke uklarte agglomerater til betydelige feilaktige målinger. Ved hjelp av ultralyd blir partikler inndelt for å forberede seg på påfølgende målinger.
Når ultralydemulgering brukes, behandles to uønskelige væsker som olje og vann til kvasi homogen lotion. Sammenlignet med tradisjonelle metoder ved bruk av rotorer, kan ultralyd produsere fint spredt lotion med veldig liten dråpestørrelse og veldig høy stabilitet. Verken dannelsen av klumper eller klynger eller setting av dråper oppstår. Når du bruker tradisjonelle metoder som rotorer eller omrørere, fører sakte omrøring ofte til flytende separasjon. Å blande for raskt kan forårsake uønskede luftinneslutninger. Ultrasoniske homogenisatorer brukes ofte på apotek for høykvalitets småskala produksjon av salver.
I vårt daglige liv vil vi møte mange forskjellige former for ultralyd homogenisert lotion, for eksempel i kosmetikk eller lotion.
Homogenisering
Bruksområdet for ultrasonisk homogeniseringsteknologi spenner fra produksjon av maling og lakker til homogenisering av avløpsvann og jordprøver for analytiske formål, og deretter til å prøve preparat for partikkelstørrelsesanalyse. Spesielt for industrielt avløpsvann blir det stadig sjekket i miljølaboratorier for tilstedeværelse av tungmetaller, fett eller oljer, for å ta umiddelbare tiltak når konsentrasjonen overstiger standarden. For representative analyseresultater er det nødvendig å transformere avløpsvannprøven til en homogen tilstand. Dette oppnås gjennom ultrasonisk homogenisering med høy pålitelighet på veldig kort tid.
For å karakterisere deponipotensialet og forurensende vurdering av avfallsprøver, som PAH (polysykliske aromatiske hydrokarboner), tungmetaller eller MKW (mineralolje hydrokarboner) i jord, brukes ultralydekstraksjon som en rask homogeniseringsprosess som en alternativ metode for eluering.
I landbruket brukes ultralydhomogenisatorer for prøveforberedelse for å deretter bestemme THC -innholdet i cannabis og PAH -konsentrasjonen i grønnsaksmat (som jordbær) basert på jordbelastning.
Ultrasoniske homogenisatorer brukes ofte til kontroll av matkvalitet. For å oppfylle grensen, må nitratinnholdet i ost måles på laboratoriet. Den forrige metoden for bruk av xylenolmetanoldestillasjon og påfølgende fotometri var veldig problematisk i toksikologi og spesielt tidkrevende. Derfor, for å kvantitativt bestemme nitratinnholdet, eller forhåndsknuser osten mekanisk. Deretter ble ultralyden på kort tid brukt til å utføre tett og fin homogenisering i rosebud -cellene. Den oppnåelige partikkelstørrelsen er mindre enn 1 μ m, og på grunn av fraværet av aggregatdannelse letter den i stor grad etterfølgende filtrering for å kvantitativt vaske ut ioner.
