La sonicación es el acto de aplicar energía sonora para agitar partículas en una muestra, para diversos fines, como la extracción de múltiples compuestos de plantas, microalgas y algas. [1] Generalmente se utilizan frecuencias ultrasónicas (> 20 kHz), por lo que el proceso también se conoce como ultrasonicación o ultrasonicación . [2]
En el laboratorio se suele aplicar mediante un baño de ultrasonidos o una sonda ultrasónica , conocida coloquialmente como sonicador . En una máquina papelera , una lámina ultrasónica puede distribuir las fibras de celulosa de manera más uniforme y fortalecer el papel.
La sonicación tiene numerosos efectos, tanto químicos como físicos. El campo científico que se ocupa de comprender el efecto de las ondas sónicas en los sistemas químicos se llama sonoquímica . Los efectos químicos de los ultrasonidos no provienen de una interacción directa con especies moleculares. Los estudios han demostrado que ningún acoplamiento directo del campo acústico con especies químicas a nivel molecular puede explicar la sonoquímica [3] o la sonoluminiscencia . [4] En cambio, en la sonoquímica las ondas sonoras migran a través de un medio, induciendo variaciones de presión y cavitaciones que crecen y colapsan, transformando las ondas sonoras en energía mecánica. [1]
La sonicación se puede utilizar para la producción de nanopartículas , como nanoemulsiones , [5] nanocristales , liposomas y emulsiones de cera, así como para la purificación de aguas residuales, desgasificación, extracción de polisacáridos de algas [1] y aceite vegetal, extracción de antocianinas y antioxidantes. [6] producción de biocombustibles , desulfuración de petróleo crudo, disrupción celular , procesamiento de polímeros y epoxi, adelgazamiento de adhesivos y muchos otros procesos. Se aplica en las industrias farmacéutica, cosmética, de agua, de alimentos, de tintas, de pinturas, de revestimientos, de tratamiento de madera, de metalurgia, de nanocompuestos, de pesticidas, de combustibles, de productos de madera y en muchas otras industrias.
La sonicación se puede utilizar para acelerar la disolución rompiendo las interacciones intermoleculares. Es especialmente útil cuando no es posible agitar la muestra, como ocurre con los tubos de RMN . También se puede utilizar para proporcionar energía para que se produzcan determinadas reacciones químicas. La sonicación se puede utilizar para eliminar gases disueltos de líquidos ( desgasificación ) sonicando el líquido mientras está al vacío. Esta es una alternativa a los métodos de congelación, descongelación y rociado .
En aplicaciones biológicas, la sonicación puede ser suficiente para alterar o desactivar un material biológico. Por ejemplo, la sonicación se utiliza a menudo para alterar las membranas celulares y liberar contenidos celulares. Este proceso se llama sonoporación . Se pueden producir pequeñas vesículas unilaminares (SUV) mediante sonicación de una dispersión de grandes vesículas multilaminares (LMV). La sonicación también se utiliza para fragmentar moléculas de ADN, en las que el ADN sometido a breves períodos de sonicación se corta en fragmentos más pequeños.
La sonicación se usa comúnmente en nanotecnología para dispersar uniformemente nanopartículas en líquidos. Además, se utiliza para romper agregados de partículas coloidales del tamaño de una micra.
La sonicación también se puede utilizar para iniciar procesos de cristalización e incluso controlar cristalizaciones polimórficas. [7] Se utiliza para intervenir en las precipitaciones antisolventes (cristalización) para ayudar a mezclar y aislar pequeños cristales.
La sonicación es el mecanismo utilizado en la limpieza ultrasónica : aflojar las partículas adheridas a las superficies. Además de las aplicaciones científicas de laboratorio, los baños de sonicación tienen aplicaciones que incluyen la limpieza de objetos como gafas y joyas .
La sonicación también se utiliza en la industria alimentaria. Las principales aplicaciones son la dispersión para ahorrar costosos emulsionantes (mayonesa) o acelerar los procesos de filtración (aceite vegetal, etc.). Se realizaron experimentos con sonicación para el envejecimiento artificial de licores y otras bebidas alcohólicas.
Las muestras de suelo a menudo se someten a ultrasonidos para romper los agregados del suelo; esto permite el estudio de los diferentes constituyentes de los agregados del suelo (especialmente la materia orgánica del suelo ) sin someterlos a tratamientos químicos agresivos. [8]
La sonicación también se utiliza para extraer microfósiles de la roca. [9]
Para la extracción se utiliza un baño de ultrasonidos o un sistema de sonda ultrasónica. Por ejemplo, se sugirió esta técnica para eliminar las isoflavonas de la soja y los compuestos fenólicos del salvado de trigo y el polvo de cáscara de coco . [10] Los resultados difieren para cada materia prima y solvente utilizado y las otras técnicas de extracción. La cavitación acústica o ultrasónica es la base del funcionamiento de la extracción asistida por ultrasonidos. [11]
Se requiere una intensidad sustancial de ultrasonido y altas amplitudes de vibración ultrasónica para muchas aplicaciones de procesamiento, como nanocristalización, nanoemulsificación, desaglomeración , extracción, disrupción celular y muchas otras. Por lo general, primero se prueba un proceso a escala de laboratorio para demostrar su viabilidad y establecer algunos de los parámetros de exposición ultrasónica requeridos. Una vez completada esta fase, el proceso se transfiere a una escala piloto (banco) para la optimización del flujo de preproducción y luego a una escala industrial para la producción continua. Durante estos pasos de ampliación, es esencial asegurarse de que todas las condiciones de exposición locales (amplitud ultrasónica, intensidad de cavitación , tiempo pasado en la zona de cavitación activa, etc.) permanezcan iguales. Si se cumple esta condición, la calidad del producto final permanece en el nivel optimizado, mientras que la productividad aumenta mediante un "factor de escala" predecible. El aumento de la productividad se debe a que los sistemas procesadores ultrasónicos de laboratorio, de mesa y a escala industrial incorporan bocinas ultrasónicas cada vez más grandes, capaces de generar zonas de cavitación de alta intensidad cada vez más grandes y, por tanto, de procesar más material por unidad de tiempo. A esto se le llama "escalabilidad directa". Es importante señalar que el aumento de la capacidad de potencia del procesador ultrasónico por sí solo no da como resultado una escalabilidad directa, ya que puede ir (y frecuentemente va) acompañado de una reducción en la amplitud ultrasónica y la intensidad de la cavitación. Durante el escalado directo, se deben mantener todas las condiciones de procesamiento, mientras se aumenta la potencia nominal del equipo para permitir el funcionamiento de una bocina ultrasónica más grande. [12] [13] [14] Encontrar las condiciones de funcionamiento óptimas para este equipo es un desafío para los ingenieros de procesos y necesita un conocimiento profundo sobre los efectos secundarios de los procesadores ultrasónicos. [15]
{{cite journal}}: Mantenimiento CS1: DOI inactivo a partir de enero de 2024 ( enlace )