Homogenisatoren

Wie funktioniert ein Ultraschallhomogenisator?

Der Generator wandelt Netzstrom in hochfrequente Wechselspannung, aus der ein piezoelektrischer Konverter mechanische Schwingungen macht. Die Sonotrode aus Titan verstärkt diese Schwingungen und taucht in die Flüssigkeit ein. An der Sonotrodenspitze entstehen im Takt der Schwingung Unterdruckphasen, in denen sich winzige Dampfblasen bilden. Diese Kavitationsblasen kollabieren in der Druckphase innerhalb von Mikrosekunden und erzeugen dabei lokal Drücke von mehreren hundert bar und Scherkräfte, die Zellmembranen, Agglomerate und Tröpfchen aufreißen. Wie intensiv die Behandlung ausfällt, steuern Amplitude, Beschallungsdauer, Sonotrodendurchmesser und Pulsbetrieb. Viskose Proben und große Volumina brauchen mehr Leistung, während empfindliche Proteine kurze Pulse mit Pausen zum Abkühlen verlangen.

Einsatzgebiete im Labor

Mikrobiologie und Biochemie schließen mit Ultraschall Zellen auf, um Proteine, Enzyme oder Nukleinsäuren freizusetzen. Materialwissenschaftler dispergieren Nanopartikel, Kohlenstoffnanoröhren oder Pigmente, die sich mit Rührern nicht vereinzeln lassen. In Pharmazie und Kosmetik entstehen Emulsionen und Liposomen mit enger Tröpfchengrößenverteilung. Lebensmittellabore extrahieren Aromen und Wirkstoffe schneller, weil Kavitation die Zellstruktur der Rohware öffnet. Umweltlabore lösen Sedimentproben für die Schwermetallanalytik auf und entgasen Lösungsmittel für die HPLC.

Abgrenzung zu Ultraschallbad, Dispergierer und mechanischem Homogenisator

Ultraschallbäder übertragen die Energie durch Wasserbad und Gefäßwand, sodass in der Probe nur ein Bruchteil davon ankommt. Zum Reinigen, Entgasen und Lösen genügt diese Intensität, während der Aufschluss robuster Zellen die Sonotrode braucht. Dispergierer mit Rotor-Stator-Prinzip zerkleinern Gewebe und mischen Pasten, stoßen aber im Mikrometerbereich an ihre Grenze, wo Ultraschall erst anfängt. Mechanische Homogenisatoren wie Potter-Elvehjem-Geräte arbeiten schonend bei weichen Geweben, wogegen Ultraschall bei kleinen Volumina und harten Zellwänden im Vorteil ist.

Den passenden Ultraschallhomogenisator auswählen

Das Probenvolumen bestimmt die Geräteklasse: Kompakte Geräte um 20 W bearbeiten 0,1 bis 25 ml, Standgeräte mit 100 bis 400 W decken wenige Milliliter bis 3 Liter ab. Kontinuierlichen Betrieb ermöglichen Durchflusszellen. Über den Spitzendurchmesser der Sonotrode legen Sie fest, wie viel Volumen die Kavitationszone erfasst: 2 bis 3 mm für Mikroreaktionsgefäße, 13 bis 25 mm für Becher. Hitzeempfindliche Proben stehen während der Beschallung im Eisbad, und der Pulsbetrieb mit Pausen hält die Temperatur zusätzlich unter Kontrolle. Eine Schallschutzbox gehört bei längeren Läufen dazu, weil die Sonotrode neben dem Ultraschall hörbaren Lärm erzeugt. Titan-Sonotroden verschleißen an der Spitze und geben Abrieb ab. Für metallfreie Analysen gibt es Sonotroden mit austauschbarer Spitze oder das indirekte Beschallen im Becherresonator.

Ultraschallhomogenisatoren bei Reiss Laborbedarf

Im Sortiment steht der SONOPULS mini20 von Bandelin für Volumina von 0,1 bis 25 ml, größere SONOPULS-Modelle und passende Sonotroden fragen Sie über das Kontaktformular an. Unsere Fachberatung hilft bei der Wahl von Leistung und Sonotrode für Ihre Proben.

FAQ

Wofür braucht man einen Ultraschallhomogenisator?

Er dient dem Zellaufschluss, dem Dispergieren von Partikeln, dem Emulgieren nicht mischbarer Flüssigkeiten, dem Entgasen und der beschleunigten Extraktion. Gemeinsam ist allen Aufgaben, dass Kavitation Strukturen aufbricht, an denen Rühren scheitert.

Was ist eine Sonotrode?

Als Sonotrode bezeichnet man den Titanstab, der die Schwingung des Konverters verstärkt und in die Probe einleitet. Seine Länge ist auf die Resonanzfrequenz abgestimmt, sein Spitzendurchmesser auf das Probenvolumen.

Worin unterscheidet sich ein Ultraschallbad vom Ultraschallhomogenisator?

Beim Bad geht die Energie indirekt durch die Gefäßwand und kommt mit geringer Intensität an. Dagegen koppelt der Homogenisator sie direkt über die Sonotrode ein, mit einem Vielfachen der Leistungsdichte.

Womit lässt sich die Erwärmung der Probe begrenzen?

Kühlung im Eisbad, Pulsbetrieb mit Pausen und ein kleines Verhältnis von Leistung zu Volumen halten die Temperatur im Rahmen. Viele Geräte stoppen die Beschallung über einen Temperaturfühler in der Probe, sobald ein Grenzwert erreicht ist.

Worauf kommt es beim Kauf an?

Auf das Probenvolumen, die Viskosität, die geforderte Partikel- oder Tröpfchengröße, die Temperaturempfindlichkeit und darauf, ob Metallabrieb der Sonotrode die Analyse stört.