乳化

乳化是超声波设备最常见的应用之一。超声波设备产生的强大超声作用力，可通过大幅降低颗粒粒径，使两种通常无法互溶的液体形成均匀的乳浊液。借助该技术还能制备出纳米级颗粒乳浊液（通常称为纳米乳剂），实现乳浊液稳定性与均匀性的最大化。
超声波设备的乳化原理基于声空化效应—— 即液体体系内气泡的快速形成与破裂。这一过程能够产生强劲的流体力学剪切力，并促使活性自由基释放。这些强大作用力可击碎液体中的颗粒，进而推动乳化过程的完成。
超声波设备可制备出粒径极小的乳剂颗粒。根据混合体系的化学特性，甚至能够得到粒径仅为数十纳米的纳米级颗粒。但需要注意的是，仅依靠均质处理并不能使不溶性物质转变为可溶性物质。
尽管纳米乳剂通常比大粒径乳剂具有更高的稳定性，但要制备出真正稳定的纳米乳剂，往往需要配合使用特定配方的表面活性剂。如果具备相关化学专业知识，你可以自行研发合适的表面活性剂配方；若缺乏相关技术储备，市面上也有多种适用于不同应用场景的商用表面活性剂可供选择。

超声波乳化的核心作用原理

超声波乳化的技术核心是超声空化效应，辅以机械振动和湍流效应，共同完成乳液的制备。当频率为 20kHz~100kHz 的超声波作用于混合液体体系时，会经历以下关键过程：

• 空化气泡的形成与生长：超声波在液体中传播时，会产生周期性的负压与正压交替区域。在负压阶段，液体内部的分子间作用力被打破，形成大量微米级的空化气泡，气泡内填充着液体中的溶解气体或水蒸气；在正压阶段，气泡会被持续压缩，体积不断缩小。
• 空化气泡的剧烈溃灭：当气泡被压缩至临界体积时，会发生瞬间溃灭，这一过程仅持续数微秒。溃灭瞬间会释放出极强的能量：局部形成数百大气压的高压、数千开尔文的瞬时高温，同时产生速度高达 100m/s 的微射流和剪切力。
• 两相体系的乳化分散：微射流和剪切力会直接作用于油相和水相的界面，将大体积的油滴 / 水滴击碎为纳米级或微米级的微小液滴；同时，超声振动引发的湍流效应会加速微小液滴在连续相中的扩散，使液滴均匀分布。最终，微小液滴在乳化剂（或无乳化剂）的作用下，形成热力学稳定的乳液体系。

与传统乳化技术相比，超声波乳化无需依赖高强度的机械搅拌，其能量作用更集中、更精准，能在温和条件下实现高效乳化。

超声波乳化技术的核心特点

1. 乳液粒径小且分布均匀
超声波空化效应产生的剪切力可将液滴击碎至纳米级～微米级，且液滴粒径分布范围窄（粒径偏差可控制在 10% 以内）。这种均一的粒径分布能显著提升乳液的稳定性，避免液滴因粒径差异发生分层或聚沉，尤其适合制备高端功能性乳液。

2. 降低乳化剂用量，绿色环保
传统乳化工艺需添加大量乳化剂以维持乳液稳定，而超声波乳化通过减小液滴粒径、增大两相界面面积，可大幅降低乳化剂的使用比例，甚至在部分体系中实现无乳化剂乳化。这一特点不仅降低了生产成本，还减少了乳化剂残留对产品的影响，符合食品、医药等行业的绿色生产要求。

3. 乳化效率高，能耗低
超声波乳化的能量利用率远高于机械搅拌、高压均质等传统设备。以制备相同浓度的乳液为例，超声波乳化的时间仅为机械搅拌的 1/5~1/10，且设备运行能耗降低 30% 以上；同时，该技术可实现连续化生产，适合工业化大规模应用。

4. 兼容性强，适用范围广
超声波乳化不受体系粘度、成分的限制，可处理油 – 水、油 – 油、水 – 水等多种不相溶体系；既能制备水包油（O/W）型乳液，也能制备油包水（W/O）型乳液，还可用于制备多重乳液（如 W/O/W 型）。此外，该技术对热敏性物质（如食品中的维生素、医药中的活性成分）影响较小，乳化过程中无需高温高压，能有效保留原料的活性。

超声波乳化技术的典型工业应用场景

1. 食品工业：功能性饮品与乳制品制备

• 营养强化乳液：将脂溶性维生素（维生素 A、D、E）、不饱和脂肪酸（鱼油、亚麻籽油）等原料，通过超声波乳化分散于水中，制备成稳定的口服液或饮料添加剂，提升营养成分的人体吸收率。
• 乳制品加工：在牛奶、酸奶、冰淇淋等产品的生产中，超声波乳化可细化脂肪球粒径，改善产品的口感和稳定性，避免脂肪上浮分层；同时可减少乳化剂和稳定剂的添加量，提升产品的天然性。

2. 医药行业：纳米药物载体与药膏制备

• 纳米乳剂药物：将难溶性药物溶解于油相，通过超声波乳化制备成纳米级乳液，药物以微小液滴形式存在，可提高药物的溶解度和生物利用度，同时实现靶向给药，降低药物的毒副作用。
• 医用软膏与乳膏：超声波乳化可使软膏中的油脂、药物成分均匀分散，制备出质地细腻、延展性好的乳膏，提升药物的皮肤渗透效率，适用于外用抗炎、抗菌药物的生产。

3. 日化行业：化妆品与洗涤剂生产

• 护肤品制备：在面霜、精华液、防晒霜等产品中，超声波乳化可将油脂、活性成分（如玻尿酸、胶原蛋白）等分散为纳米级液滴，使产品更易被皮肤吸收，同时提升产品的肤感和稳定性，避免出现油水分离现象。
• 高效洗涤剂：将表面活性剂、助剂等通过超声波乳化分散，制备成高浓度、高稳定性的洗涤剂乳液，提升去污能力，同时降低洗涤剂的刺激性。

4. 石油化工：燃油乳化与润滑油改性

• 乳化燃油：将水通过超声波乳化分散于柴油、重油中，制备成水包油型乳化燃油。这种燃油燃烧更充分，可降低尾气中颗粒物、NOx 等污染物的排放，同时节约燃油消耗。
• 润滑油乳化：通过超声波乳化技术，将添加剂均匀分散于润滑油中，改善润滑油的润滑性能、抗磨性能和抗氧化性能，延长设备的使用寿命。

乳化操作操作须知

• 请务必选用与样本体积相匹配的探头规格。小规格探头振幅更高，能更高效地降低颗粒粒径；但探头规格过小，会造成液体流通量不足，进而导致均质效果不均一。这一点在制备纳米乳剂时尤为关键。
• 通常而言，颗粒粒径越小，所制备的乳剂质地越均匀、稳定性也越强。
• 能够达到的最小颗粒粒径，取决于混合体系的化学特性。
• 仅依靠减小颗粒粒径，通常无法使不溶性颗粒转变为可溶性物质。此类颗粒虽能在较长时间内保持分散均一状态，但最终仍可能发生团聚。若要让乳剂长期维持均一稳定，可能需要添加表面活性剂。
• 超声设备（尤其是大型超声设备）在处理低黏度液体时效果最佳。若需处理高黏度物料，建议减少单次处理的样本体积。此外，加热可显著降低许多液体的黏度。（常规超声探头耐受温度上限约为 60℃；如需在更高温度下操作，可定制专用探头。）经验准则表明，若混合物料的黏度高于稀蜂蜜，则其黏度很可能过高，难以实现高效均质。