Ultraschall kann in der Chemie verwendet werden, um die Reaktionsgeschwindigkeit und die Produktausbeute zu erhöhen. Der Großteil der Auswirkungen von Ultraschall auf chemische Reaktionen ist auf Kavitation zurückzuführen: die Bildung und das Bruch kleiner Blasen in Lösungsmitteln. In dieser Übersicht geben wir zunächst einen Überblick über den physischen Hintergrund der Kavitation und diskutieren die Abhängigkeit von Faktoren wie Schallintensität und Häufigkeit, Lösungsmittel und Temperatur. Der Einfluss von Ultraschall auf chemische Reaktionen wird sowohl für homogene als auch für heterogene flüssig-solide Systeme berücksichtigt. Das erste Feld wird hauptsächlich durch Erörterung der Auswirkungen von Ultraschall auf Polymerisations- und Depolymerisationsreaktionen veranschaulicht, während das zweite Feld anhand ausgewählter Beispiele in der organischen Synthese dargestellt wird. Wir diskutierten auch kurz den Trend, den Reaktionsmechanismus zu verändern, um den homogenen (und nicht den heterogenen) Weg zu unterstützen. Die spezifische Präferenz für einen bestimmten Pfad unter sonochemischen Bedingungen unterscheidet sich vom Pfad unter mechanischem Rühren und wird als "sonochemische Umwandlung" bezeichnet. Wir haben die Ultraschallgeräte verglichen, die für Experimente der Laborskala verwendet wurden, und einige praktische Tipps und Fallen gegeben.
Ultraschallfragmentierung und Zelllyse
Ultraschall sonochemische Geräte werden hauptsächlich für die Vorbereitung und Produktion von Proben verwendet. Diese Felder umfassen insbesondere Homogenisierung, Emulgierung und Suspension verschiedener Substanzen sowie die Beschleunigung chemischer Reaktionen, Zellfragmentierung und Extraktion des Zellinhalts. Die Verwendung von Ultraschall sonochemischen Geräten kann bestimmte Substanzen selektiv zerstören, den mühsamen Vorbereitungsprozess verkürzen und die Ausbeute vieler Reaktionen verbessern. Ein Vergleich mit mechanischen Verarbeitungsgeräten wie Planetenkugelmühlen, Rotoren/Statoren oder Homogenisierern der Lücke zeigt, dass Ultraschall sonochemische Geräte mit höherer Effizienz wirkt, insbesondere reproduzierbare Ergebnisse möglich. Der Trend der Analyse besteht darin, dass die Probengröße kleiner wird und auch die Verwendung von Chemikalien abnimmt. In den letzten Jahren ist beispielsweise die Verwendung von ultraschall sonochemischen Geräten entscheidend geworden, da selbst die kleinste Stichprobengröße eine schnelle, wirtschaftliche und wiederholbare Verarbeitung erfordert.
Zerstörung von Zellen und Mikroorganismen
In modernen Labors wird Ultraschall sonochemische Geräte verwendet, um Zellwände zu zerstören, um Zellinhalte wie Proteine zu extrahieren, ohne sie zu beschädigen. Ein Teil der in die Zellsuspension eingeführten Energie wird durch Reibung in Wärme umgewandelt. Um die thermische Beschädigung des Zellgehalts zu vermeiden, wird die Probe entweder einer intermittierenden Ultraschallbehandlung regelmäßig ausgesetzt oder während der Ultraschallbehandlung in einem Kühlbehälter abgekühlt. Der Rosenteich kann eine gleichmäßige Ultraschallbehandlung bei Mikroorganismen durchführen, da die Ultraschallenergie die Probe wiederholt unter der Sonde und im gesamten Seitenarm zirkuliert. In einem Eisbad gelegt, kann es aufgrund der Ausdehnung der Glasoberfläche den Inhalt effektiv abkühlen.
Die Zerstörung von Zellmembranen hängt weitgehend von der Elastizität der Zellen ab. Zelluläre Komponenten wie Mitochondrien oder Zytoplasma können teilweise unterbrochen werden, indem die Eingangs -Ultraschall -Energie- und Extraktionsleistung verändert wird. Für besonders resistente Bakterien (wie Streptokokken), Pilze, Sporen, Hefe oder Gewebeproben können direkte Zerstörung durch Mikrospitzen mit sehr hohen Ultraschallamplituden erreicht werden, da Mikrospitzen eine sehr große Menge an Energie in die kleinste Probengröße eingeben können .
Bei der Verwendung von Mikrolitern sind Schaum und Spritzen im Behälter ein größeres Problem. Kann wertvollen Verlust von Probenmaterialien verursachen. Daher ist die Leistungsregulierung sehr wichtig. Wenn Sie Zellen mit instabilen Wänden zerstören möchten, ist nur eine kleine Menge an Strom oder Amplitude erforderlich. Um sich in großen Mengen kontinuierlich aufzulösen, wird ein spezieller Durchflussbehälter aus Glas oder Edelstahl mit einer Ultraschallkammer verwendet, um jedes Teilchen der Suspension mit gleicher Stärke zu behandeln. Wenn der Behälter zusätzlich mit einer Kühlmantel ausgestattet ist, können thermische Beschädigungen des Zellgehalts ausgeschlossen werden. Um eine Kontamination durch Fremdkörper wie erosive Partikel aus der Sonde zu vermeiden, wird die indirekte Ultraschallbehandlung in einem Tassen -Booster oder einem Tassenhorn bevorzugt. Diese Methode erreicht gleichmäßige Festigkeit und Kühlung.
Bewerbungen in Biochemie und Medizin:
1. Zerstörung der Organisationskultur
Subzelluläre Komponenten und Viren werden ohne Schaden zerstört.
2. Identifizierung von Elternkind
Extrahieren Sie schnell matrixfreie hämolytische Substanzen aus dem EDTA-Blut des angenommenen Vater zur Identifizierung von Eltern-Kind-Kind (Reduzierung der Vorbereitungszeit um ca. 30 Minuten).
3. Urologie
Biochemische Membrananalyse von Spermienkomponenten.
4. Genetische Forschung
DNA aus menschlichen Körpermaterialien extrahieren.
5. Lipidvorbereitung
Die Verwendung von Ultraschall (20 kHz) zur Zersetzung von MLV (Multilayer -Liposomen) ist die Hauptmethode zur Herstellung von SLV (Monoschicht -Liposomen).
6. Behandlung des Pockenimpfstoffs
Bereiten Sie eine gleichmäßig verteilte Infektionslösung vor.
Verteilt
Mit Hilfe von Ultraschallenergie können feste Partikel oder sogar Flüssigkeiten in einen anderen Träger verteilt werden. Nanoskalige Pulver wie Titandioxid oder Pyrolyse -Siliciumdioxid werden aufgrund ihrer großen spezifischen Oberfläche und des zunehmenden Reaktionspotentials zunehmend bei der Produktion und Prüfung von Farben und Farben sowie beim Polieren von Kleinkörperoberflächen mit Kleinkörper verwendet. Darüber hinaus haben diese Substanzen eine nachteilige Tendenz zur Aggregation, was zu einer verminderten Fluidität und Benetzbarkeit führt. Die gebildeten Agglomerate werden durch Ultraschallhomogenisator zerstört und die Dispersion ist dauerhaft stabil, um eine RE -Aggregation zu verhindern.
In der Partikelgrößenanalyse ist die Dispersion für den Messprozess von entscheidender Bedeutung. Partikel können nur während des Messprozesses identifiziert werden und erscheinen als nachweisbare Messsignale im Messbereich. Daher führen nicht mehrfach Agglomerate zu signifikanten Messfehlern. Mit Hilfe von Ultraschall werden Partikel unterteilt, um sich auf nachfolgende Messungen vorzubereiten.
Wenn Ultraschallemulgierung verwendet wird, werden zwei nicht mischbare Flüssigkeiten wie Öl und Wasser in quasi homogene Lotion verarbeitet. Im Vergleich zu herkömmlichen Methoden mit Rotoren kann Ultraschall eine fein dispergierte Lotion mit sehr kleiner Tröpfchengröße und sehr hoher Stabilität erzeugen. Weder die Bildung von Klumpen noch Cluster oder das Absetzen von Tröpfchen treten auf. Bei Verwendung herkömmlicher Methoden wie Rotoren oder Mischer führt das langsame Rühren häufig zu Flüssigkeitsabtrennung. Zu schnelles Mischen kann zu unerwünschten Lufteinschlüssen führen. Ultraschall-Homogenisatoren werden häufig in Apotheken für eine qualitativ hochwertige kleine Produktion von Salben eingesetzt.
In unserem täglichen Leben werden wir auf viele verschiedene Formen der ultraschall homogenisierten Lotion stoßen, wie beispielsweise in Kosmetik oder Lotion.
Homogenisierung
Der Anwendungsumfang der Ultraschallhomogenisierungstechnologie reicht von der Herstellung von Farbe und Lack bis zur Homogenisierung von Abwasser- und Bodenproben für analytische Zwecke und anschließend die Vorbereitung der Partikelgrößenanalyse. Insbesondere für industrielles Abwasser ist es notwendig, kontinuierlich auf das Vorhandensein von Schwermetallen, Fetten oder Ölen in Umweltlabors zu überprüfen, um sofortige Maßnahmen zu ergreifen, wenn die Konzentration den Standard überschreitet. Für repräsentative Analyseergebnisse müssen die Abwasserprobe in einen homogenen Zustand umgewandelt werden. Dies wird durch Ultraschallhomogenisierung mit hoher Zuverlässigkeit in sehr kurzer Zeit erreicht.
Um das Deponienpotential und die Schadstoffbewertung von Abfallproben wie PAK (polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe), Schwermetalle oder MKW (Mineralölkohlenwasserstoffe) im Boden zu charakterisieren Elution.
In der Landwirtschaft werden Ultraschallhomogenisatoren zur Probenvorbereitung verwendet, um den THC -Gehalt in Cannabis und die PAK -Konzentration in pflanzlichen Lebensmitteln (wie Erdbeeren) basierend auf Bodenbelastung zu bestimmen.
Ultraschall -Homogenisatoren werden häufig zur Lebensmittelqualitätskontrolle verwendet. Um die Grenzwerte zu erfüllen, muss der Nitratgehalt von Käse im Labor gemessen werden. Die vorherige Methode zur Verwendung von Xyllenol-Methanol-Destillation und anschließender Photometrie war in der Toxikologie und insbesondere zeitaufwändiger. Daher, um den Nitratgehalt quantitativ zu bestimmen oder den Käse mechanisch vorabzuziehen. In kurzer Zeit wurde in den Roseknotenzellen dige und feine Homogenisierung unter Verwendung von Ultraschallzellen durchgeführt. Die erreichbare Partikelgröße beträgt weniger als 1 & mgr; m, und da keine Aggregationsbildung auftritt, fördert sie die anschließende Filtration stark, um Ionen quantitativ auszuwaschen.
