Диспергирование — это процесс измельчения (дробления, от лат. dispersio — рассеяние) твёрдых или жидких образцов. Если происходит диспергирование твёрдой фазы в жидкой фазе — то получаются суспензии. Если жидкой фазы в жидкой фазе — то это эмульсии, и процесс называется эмульгирование (от лат. emulgeo — доить). Ещё есть аэрозоли (продукт диспергирования в газовой фазе), но про них мы в этой статье говорить не будем.

Гомогенизация — это процесс уменьшения неоднородности смеси, от греч. ὁμογενής — однородный. При гомогенизации может не происходить дробления образцов (например, когда мы смешиваем два различных порошка, мы гомогенизируем смесь, но не диспергируем её), но при диспергировании всегда происходит гомогенизация.

Лабораторное оборудование для диспергирования и гомогенизации

Самый распространённый вид оборудования — это обычная лабораторная мешалка, магнитная или верхнеприводная. Интенсивное перемешивание на высоких скоростях позволяет получить эмульсию (или суспензию), но обычно они нестабильные и легко расслаиваются. Также в лабораториях используют мельницы и блендеры, но они работают с ограниченным набором образцов (мельницы предназначены для твёрдых веществ, блендеры эффективны и для жидких, но не всегда обеспечивают необходимую однородность смеси).

Специализированное оборудование для диспергирования и гомогенизации предсказуемо называется диспергаторами или гомогенизаторами. На этапе названия очень часто происходит терминологическая путаница, потому что производители не всегда разделяют понятия и используют их как синонимы или называют все приборы гомогенизаторами, хотя это не совсем так.

Диспергаторы используют там, где нужно получить устойчивую эмульсию или суспензию: в пищевой промышленности, в производстве косметики, лакокрасочных материалов, фармацевтических препаратов. В отличие от лабораторных мешалок они не только перемешивают компоненты, но и равномерно измельчают их, позволяя создавать однородную смесь.

Как правило, гомогенизаторы не измельчают, а, как и мешалки, перемешивают образец, просто очень сильно. Однородность конечной гомогенизированной смеси получается благодаря перераспределению компонентов в объёме с помощью механического умешивания. Обычно их используют для смешения водной и жировой среды (в косметическом производстве, в пищевой промышленности).

Диспергаторы системы «ротор-статор»

Существует достаточно большое количество типов диспергаторов — на производстве, где требуется большой объём получаемого продукта, используются диспергаторы высокого давления. Есть ультразвуковые устройства для диспергации жидких сред и шаровые мельницы для твёрдых. Есть диспергатор, который измельчает образцы, отбивая их специальными лопатками. Но одним из самых популярных, бюджетных и надёжных видов диспергаторов остаётся система «ротор-статор».

Погружные диспергаторы «ротор-статор» напоминают по внешнему виду верхнеприводную мешалку: они имеют привод и диспергирующий элемент с длинным валом. Внутри этого элемента расположен быстро вращающийся ротор, снаружи статор с различного вида зубцами. Образец попадает в диспергатор под воздействием угловой скорости вращения через зазоры между зубцами статора. Размер и консистенция получившихся частиц будет зависеть от формы и размера насадки.

Есть небольшие диспергаторы, которые похожи на дрель: при работе их можно удержать в одной руке. Они предназначены для быстрого перемешивания нескольких миллилитров образца в пробирке. Есть стационарные диспергаторы на подставке, рассчитанные на больший объём.

Типы диспергирующих элементов

Чем больше объём образца, тем больше должна быть насадка. Элемент размером 5-7 мм не сможет перемешать литр смеси. Обычно производитель пишет максимально возможно объём, и в работе лучше его придерживаться.

Диспергирующие элементы различаются и по форме зубцов. Самые распространённые — это П-элементы, где зубцы одинаковы по ширине. Чем тоньше должно быть измельчение, тем меньше расстояние между зубцами. Для получения тонких суспензий можно использовать специализированные насадки с двумя или тремя системами «ротор-статор», которые вложены одна в другую как матрёшки. Такие элементы обеспечивают более нежное измельчение, чем насадка с пилообразными зубцами, потому что они только перетирают образец, но не режут его.

W-образные зубья используются для измельчения твёрдых или волокнистых объектов (зерна, листьев) в жидкости. Частицы образца должны быть меньше по размеру, чем расстояние между окончаниями зубьев (иначе они не смогут пройти и застрянут). Чем мельче частицы образца, тем ближе к основанию насадки они смогут подойти. Используются для образцов, которые состоят из неоднородных по размеру частиц и поэтому могут застрять в П-элементе.

Зубцы в виде пилы нужны для диспергации волокнистых тканей, например мясных образцов. Они заострены и смогут разрезать упругие волокна.

М-образный диспергирующий элемент используют при обработке крупных образцов, например, целых листьев. Два резца ротора выглядывают за зубцы статора и режут образец на мелкие части перед его попаданием непосредственно в зубцы диспергирующего агрегата.

Специальные насадки бывают самых разных форм и используются, например, для высоковязких образцов. Если вы работаете с нестандартными образцами, то скорее всего форма и размер насадки диспергатора регламентированы в ваших документах.

Менеджеры «НВ-Лаб» готовы подобрать гомогенизаторы и диспергаторы под ваши задачи. Звоните или пишите: