La ecografía se puede usar en química para aumentar la velocidad de reacción y el rendimiento del producto. La mayoría del impacto del ultrasonido en las reacciones químicas se debe a la cavitación: la formación y ruptura de pequeñas burbujas en solventes. En esta revisión, primero proporcionamos una visión general de los antecedentes físicos de la cavitación y discutimos su dependencia de factores como la intensidad y frecuencia del sonido, el solvente y la temperatura. La influencia del ultrasonido en las reacciones químicas se considera tanto para los sistemas homogéneos y heterogéneos. El primer campo se ilustra principalmente discutiendo el impacto del ultrasonido en las reacciones de polimerización y despolimerización, mientras que el segundo campo se ilustra a través de ejemplos seleccionados en síntesis orgánica. También discutimos brevemente la tendencia de la ultrasonido que cambia el mecanismo de reacción para apoyar la vía homogénea (en lugar de heterogénea). La preferencia específica por una ruta específica en condiciones sonquímicas es diferente de la ruta bajo agitación mecánica, y se llama "conversión sonquímica". Comparamos el equipo ultrasónico utilizado para experimentos a escala de laboratorio y proporcionamos algunos consejos y trampas prácticas.
Fragmentación de ultrasonido y lisis celular
El equipo sonquímico ultrasónico se usa principalmente para la preparación y producción de muestras. Estos campos incluyen particularmente la homogeneización, la emulsificación y la suspensión de varias sustancias, así como la aceleración de reacciones químicas, fragmentación celular y extracción de contenidos celulares. El uso de equipos sonquímicos ultrasónicos puede destruir selectivamente ciertas sustancias, acortar el tedioso proceso de preparación y mejorar el rendimiento de muchas reacciones. La comparación con los equipos de procesamiento mecánico, como las fábricas de bolas planetarias, los rotores/estatores o los homogeneizadores de brecha, muestra que el equipo sonquímico ultrasónico funciona con mayor eficiencia, especialmente haciendo posible los resultados reproducibles. La tendencia del análisis es que el tamaño de la muestra se está volviendo más pequeño y el uso de productos químicos también está disminuyendo. Por ejemplo, en los últimos años, el uso de equipos sonquímicos ultrasónicos se ha vuelto crucial, ya que incluso el tamaño de muestra más pequeño requiere un procesamiento rápido, económico y repetible.
Destrucción de células y microorganismos
En los laboratorios modernos, el equipo sonquímico ultrasónico se usa para destruir las paredes celulares para extraer el contenido celular, como las proteínas, sin dañarlas. Una porción de la energía introducida en la suspensión celular se convierte en calor a través de la fricción. Para evitar el daño térmico al contenido de la célula, la muestra está sometida a tratamiento ultrasónico intermitente periódicamente o se enfría en un recipiente de enfriamiento durante el tratamiento ultrasónico. El estanque de rosas puede realizar un tratamiento ultrasónico uniforme en microorganismos, ya que la energía ultrasónica obliga a la muestra a circular repetidamente por debajo de la sonda y en todo el brazo lateral. Colocado en un baño de hielo, debido a la expansión de la superficie del vidrio, puede enfriar efectivamente el contenido.
La destrucción de las membranas celulares depende en gran medida de la elasticidad de las células. Los componentes celulares, como las mitocondrias o el citoplasma, pueden verse parcialmente alterando la energía de ultrasonido de entrada y la potencia de extracción. Para bacterias particularmente resistentes (como estreptococos), hongos, esporas, levaduras o muestras de tejido, la destrucción directa se puede lograr a través de micro puntas con amplitudes de ultrasonido muy altas, ya que las micro puntas pueden ingresar una cantidad muy grande de energía en el tamaño de muestra más pequeño .
Al usar microlitros, la espuma y las salpicaduras en el contenedor son un problema mayor. Puede causar una valiosa pérdida de materiales de muestra. Por lo tanto, la regulación de la potencia es muy importante. Si desea destruir células con paredes inestables, solo se necesita una pequeña cantidad de potencia o amplitud. Para disolver continuamente en grandes cantidades, se usa un recipiente de flujo especial hecho de vidrio o acero inoxidable con una cámara ultrasónica para tratar cada partícula de la suspensión con la misma resistencia. Si el contenedor también está equipado con una chaqueta de enfriamiento, se puede descartar el daño térmico al contenido de la celda. Para evitar la contaminación de partículas extrañas, como las partículas erosivas de la sonda, se prefiere el tratamiento ultrasónico indirecto en un asalto o bocina de copa. Este método logra una resistencia y enfriamiento uniforme.
Aplicaciones en bioquímica y medicina:
1. Destrucción de la cultura organizacional
Los componentes y virus subcelulares se destruyen sin ningún daño.
2. Identificación para el hijo del niño
Extraiga rápidamente sustancias hemolíticas libres de matriz de la sangre EDTA del padre asumido para la identificación de padres e hijos (reduciendo el tiempo de preparación en aproximadamente 30 minutos).
3. Urología
Análisis de membrana bioquímica de componentes de esperma.
4. Investigación genética
Extraer ADN de materiales del cuerpo humano.
5. Preparación de lípidos
El uso de ultrasonido (20 kHz) para descomponer MLV (liposomas multicapa) es el método principal para producir SLV (liposomas monocapa).
6. Tratamiento de la vacuna contra la viruela
Prepare una solución de infección distribuida uniformemente.
Disperso
Con la ayuda de la energía ultrasónica, las partículas sólidas o incluso los líquidos pueden dispersarse en otro portador. Los polvos a nanoescala, como el dióxido de titanio o la sílice de pirólisis, se utilizan cada vez más en la producción y prueba de pinturas y pinturas, así como en el pulido de pequeñas superficies del cuerpo del automóvil debido a su gran área de superficie específica y potencial de reacción creciente. Además, estas sustancias tienen una tendencia adversa hacia la agregación, lo que resulta en una disminución de la fluidez y la humectabilidad. Los aglomerados formados son destruidos por el homogeneizador ultrasónico y la dispersión es permanentemente estable para evitar la agregación.
En el análisis del tamaño de partícula, la dispersión es crucial para el proceso de medición. Las partículas solo se pueden identificar durante el proceso de medición, y aparecen como señales de medición detectables en el área de medición. Por lo tanto, los aglomerados no dispersados dan como resultado errores de medición significativos. Con la ayuda de la ecografía, las partículas se subdividen para prepararse para mediciones posteriores.
Cuando se usa la emulsificación ultrasónica, dos líquidos inmiscibles, como el aceite y el agua, se procesan en una loción cuasi homogénea. En comparación con los métodos tradicionales que usan rotores, el ultrasonido puede producir una loción finamente dispersa con un tamaño de gota muy pequeño y muy alta estabilidad. Ni se produce la formación de grupos o grupos ni el asentamiento de gotas. Cuando se utilizan métodos tradicionales como rotores o mezcladores, la agitación lenta a menudo conduce a la separación de líquidos. Mezclar demasiado rápido puede conducir a inclusiones de aire no deseadas. Los homogenizadores ultrasónicos se usan comúnmente en farmacias para la producción de pomadas a pequeña escala de alta calidad.
En nuestra vida diaria, encontraremos muchas formas diferentes de loción homogeneizada ultrasónica, como en cosméticos o loción.
Homogeneización
El alcance de la aplicación de la tecnología de homogeneización ultrasónica varía desde la producción de pintura y el barniz hasta la homogeneización de las muestras de aguas residuales y del suelo con fines analíticos, y luego hasta la preparación de la muestra para el análisis del tamaño de partículas. Especialmente para las aguas residuales industriales, es necesario verificar continuamente la presencia de metales pesados, grasas o aceites en laboratorios ambientales para tomar medidas inmediatas cuando la concentración excede el estándar. Para los resultados de análisis representativos, es necesario convertir la muestra de aguas residuales en un estado homogéneo. Esto se logra a través de la homogeneización ultrasónica con alta confiabilidad en un período de tiempo muy corto.
Para caracterizar el potencial de relleno sanitario y la evaluación de contaminantes de muestras de desechos, como la HAP (hidrocarburos aromáticos policíclicos), metales pesados o MKW (hidrocarburos de aceite mineral) en el suelo, la extracción ultrasónica se usa como un proceso de homogeneización rápida como un método alternativo para elución.
En la agricultura, los homogenizadores ultrasónicos se utilizan para la preparación de muestras para determinar posteriormente el contenido de THC en el cannabis y la concentración de HAP en los alimentos vegetales (como las fresas) en función de la carga del suelo.
Los homogenizadores ultrasónicos a menudo se usan para el control de la calidad de los alimentos. Para cumplir con los valores límite, el contenido de nitrato del queso debe medirse en el laboratorio. El método previo de uso de la destilación de metanol de xilenol y la fotometría posterior fue muy problemático en toxicología y particularmente lento. Por lo tanto, para determinar cuantitativamente el contenido de nitrato o pre -aplastar mecánicamente el queso. Luego, en un corto período de tiempo, se realizó una homogeneización densa y fina en las células del nodo rosa usando ultrasonido. El tamaño de partícula alcanzable es inferior a 1 μ m, y dado que la formación de agregación no ocurre, promueve enormemente la filtración posterior para lavar cuantitativamente los iones.
