مسبار نوع صوتنة مقابل بالموجات فوق الصوتية حمام: كفاءة مقارنة
يمكن تنفيذ عمليات Sonication باستخدام متجانس بالموجات فوق الصوتية من نوع المسبار أو حمام بالموجات فوق الصوتية. على الرغم من أن كلا التقنيتين تطبيق الموجات فوق الصوتية للعينة، وهناك اختلافات كبيرة في الفعالية والكفاءة وقدرات العملية. مسبار من نوع ultrasonicators تتفوق حمام بالموجات فوق الصوتية بشكل كبير عندما يتعلق الأمر كثافة الموجات فوق الصوتية، والسعة، وتجهيز موحد، والاستنساخ.
الآثار المرجوة من ultrasonication من السوائل – بما فيها التجانس، تشتيت، إزالة الألغام، طحن، استحلاب، استخلاص، تحلل، تفسخ و آثار sonochemical - سببها التجويف. من خلال إدخال الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة إلى وسط سائل ، تنتقل الموجات الصوتية في السائل وتخلق دورات ضغط (ضغط) متناوبة عالية الضغط (ضغط) ودرجة ضغط منخفضة (نادرة) ، مع معدلات تعتمد على التردد. أثناء دورة الضغط المنخفض ، تنتج الموجات فوق الصوتية عالية الكثافة فقاعات فراغ صغيرة أو فراغات في السائل. عندما تصل الفقاعات إلى حجم لا تستطيع عنده امتصاص الطاقة ، فإنها تنهار بشكل عنيف خلال دورة الضغط العالي. هذه الظاهرة تسمى التكهف. خلال الانفجار الداخلي يتم الوصول إلى درجات حرارة عالية جدا (حوالي 5000 كيلو) وضغوط (حوالي 2000 متر مكعب) محليا. كما ينتج عن انفجار فقاعة التجويف نفثات سائلة تصل إلى سرعة 280 م / ث. [Suslick 1998]
Moholkar وآخرون. (2000) وجدت أن فقاعات في منطقة أعلى كثافة التجويف خضعت حركة عابرة، في حين خضعت فقاعات في منطقة أقل كثافة التجويف مستقرة الحركة / متذبذبة. انهيار عابرة للفقاعات التي تؤدي إلى درجة الحرارة والضغط المحلي ماكسيما هو أصل من الآثار الملاحظة الموجات فوق الصوتية على أنظمة الكيميائية.
كثافة ultrasonication هي وظيفة من مدخلات الطاقة والمساحة السطحية sonotrode. لمدخلات الطاقة نظرا ينطبق: كلما كانت المساحة السطحية للsonotrode، وانخفاض كثافة الموجات فوق الصوتية.
الموجات فوق الصوتية يمكن توليدها عن طريق أنواع مختلفة من أنظمة الموجات فوق الصوتية. في ما يلي، الاختلافات بين صوتنة باستخدام حمام بالموجات فوق الصوتية، وسيتم مقارنة جهاز التحقيق بالموجات فوق الصوتية في وعاء مفتوح وجهاز التحقيق بالموجات فوق الصوتية مع غرفة الخلية التدفق.
مقارنة لتوزيع النقاط الساخنة التجويف
للتطبيقات بالموجات فوق الصوتية، وتستخدم المسابير بالموجات فوق الصوتية (سونوتروديس / قرون) والحمامات بالموجات فوق الصوتية. “من بين هاتين الطريقتين من ultrasonication، سونيكيشن التحقيق هو أكثر فعالية وقوة من حمام بالموجات فوق الصوتية في تطبيق تشتت الجسيمات النانوية. يمكن للجهاز حمام بالموجات فوق الصوتية توفير ultrasonication ضعيفة مع ما يقرب من 20-40 W / L وتوزيع غير موحدة جدا في حين أن جهاز التحقيق بالموجات فوق الصوتية يمكن أن توفر 20،000 W / L في السائل. وهكذا، فهذا يعني أن جهاز مسبار بالموجات فوق الصوتية يتفوق جهاز حمام بالموجات فوق الصوتية بعامل 1000.” (راجع Asadi وآخرون، 2019)
حمام بالموجات فوق الصوتية
في حمام بالموجات فوق الصوتية، يحدث التجويف غير مطابق وتوزيعها دون حسيب ولا رقيب من خلال الخزان. تأثير صوتنة هو كثافة منخفضة و غير متساو انتشار. والتكرار وقابلية للعملية سيئة للغاية.
ويظهر في الصورة أدناه نتائج اختبار احباط في دبابة بالموجات فوق الصوتية. لذلك، يتم وضع الألومنيوم أو القصدير احباط رقيقة في الجزء السفلي من المياه تملأ خزان بالموجات فوق الصوتية. بعد صوتنة، علامات تآكل واحدة واضحة. تلك البقع والثقوب مثقبة واحدة في احباط تشير إلى النقاط الساخنة التجويف. نظرا ل انخفاض الطاقة و ال متفاوت توزيع الموجات فوق الصوتية داخل الخزان، تحدث علامات تآكل الوحيدة بقعة الحكيمة. وبالتالي، يتم استخدام الحمامات بالموجات فوق الصوتية في الغالب لتطبيقات التنظيف.
تظهر الأرقام الواردة أدناه التوزيع غير المتكافئ للبؤر التوتر التجويف في حمام بالموجات فوق الصوتية. في الشكل 2، وحمام مع منطقة أسفل 20×وقد استخدم 10 سم.
لالقياسات هو مبين في الشكل 3، وقد استخدم حمام بالموجات فوق الصوتية مع مساحة أسفل 12x10cm.
كلا القياسات تكشف أن توزيع مجال أشعة بالموجات فوق الصوتية في خزانات فوق الصوتية غير متكافئ للغاية.
دراسة أشعة بالموجات فوق الصوتية في مواقع مختلفة في الحمام تظهر الاختلافات المكانية كبيرة في كثافة التجويف في حمام بالموجات فوق الصوتية.
الشكل 4 يقارن أدناه كفاءة حمام بالموجات فوق الصوتية وجهاز التحقيق بالموجات فوق الصوتية والتي تجسدت في إزالة اللون من الأصباغ صبغ الميثيل البنفسج.
Dhanalakshmi وآخرون. وجدت في دراستهم أن التحقيق من نوع الموجات فوق الصوتية الأجهزة لديها عالية مترجمة كثافة بالمقارنة مع دبابة من نوع، وبالتالي، وزيادة تأثير محلي كما هو مبين في الشكل. 4. وهذا يعني أعلى كثافة وكفاءة عملية صوتنة.
الإعداد بالموجات فوق الصوتية كما هو مبين في الصورة 4، يسمح للسيطرة الكاملة على أهم المعايير - السعة والضغط ودرجة الحرارة، واللزوجة، والتركيز، وحجم المفاعل.
التحقيق من نوع صوتنة مع Uf200 ः ر
الموافقة المسبقة عن علم 1: بالموجات فوق الصوتية sonotrode نقل الموجات الصوتية إلى السائل. وتعفير تحت سطح sonotrode ويشير إلى التجويف منطقة البقعة الساخنة.
- المكثف
- ركز
- يمكن السيطرة عليها بشكل كامل
- حتى التوزيع
- قابلة للتكرار
- الخطي على نطاق والمتابعة
- دفعة وفي خط
جهاز الموجات فوق الصوتية التحقيق في الكأس المفتوحة
عندما يتم sonicated العينات باستخدام جهاز المسبار بالموجات فوق الصوتية، منطقة صوتنة مكثفة بشكل مباشر تحت sonotrode / التحقيق. يقتصر المسافة تشعيع بالموجات فوق الصوتية لمنطقة معينة من طرف وsonotrode و. (انظر pic.1)
وتستخدم عمليات بالموجات فوق الصوتية في الأكواب مفتوحة في الغالب لاختبار جدوى وإعداد عينة من أصغر وحدات التخزين.
جهاز التحقيق بالموجات فوق الصوتية في وضع التدفق المستمر
يتم تحقيق نتائج صوتنة الأكثر تطورا من تجهيز المستمر في وضع التدفق من خلال مغلقة. تتم معالجة جميع المواد من قبل نفس كثافة الموجات فوق الصوتية كما يتم التحكم في مسار تدفق ووقت الإقامة في غرفة المفاعل بالموجات فوق الصوتية.
الموافقة المسبقة عن علم. 4: نظام الموجات فوق الصوتية 1KW UIP1000hd مع خلية تدفق ومضخة
نتائج عملية معالجة السائل بالموجات فوق الصوتية لتكوين معلمة معينة هي وظيفة من الطاقة لكل وحدة التخزين معالجتها. تغيير وظيفة مع بعض التعديلات في المعايير الفردية. وعلاوة على ذلك، انتاج الطاقة الفعلية وكثافة في المساحة السطحية للsonotrode وحدة الموجات فوق الصوتية يعتمد على المعلمات.
تأثير التجويف المعالجة بالموجات فوق الصوتية يعتمد على كثافة السطح التي توصف من قبل السعة (A)، وضغط (ع)، وحجم المفاعل (VR)، ودرجة الحرارة (T)، واللزوجة (η) وغيرها. علامات الجمع والطرح تشير إلى وجود تأثير إيجابي أو سلبي للمعلمة معينة على شدة صوتنة.
من خلال التحكم المعلمة الأكثر أهمية في عملية صوتنة العملية هي تكرار بالكامل والنتائج التي تحققت يمكن زيادتها الخطية تماما. أنواع مختلفة من sonotrodes والمفاعلات خلية تدفق الموجات فوق الصوتية تسمح للالتأقلم مع متطلبات عملية محددة.
ملخص
بينما ل حمام بالموجات فوق الصوتية يوفر ضعيف صوتنة مع تقريبا. 20-40 W / L وللغاية غير موحدة توزيع، بالموجات فوق الصوتية التحقيق من نوع يمكن الأجهزة تقريبا زوجين بسهولة. 20،000 W / L في المتوسط معالجتها. وهذا يعني أن التحقيق من نوع جهاز الموجات فوق الصوتية تتفوق حمام بالموجات فوق الصوتية عن طريق عامل 1000 (1000X أعلى مدخلات الطاقة لكل وحدة التخزين) نظرا ل ركز و زى موحد بالموجات فوق الصوتية مدخلات الطاقة. السيطرة الكاملة على صوتنة أهم المعلمات يضمن استنساخه تماما النتائج و قابلية الخطية نتائج عملية.
Pic.3: صوتنة في أنبوب اختبار فتح باستخدام جهاز مختبر بالموجات فوق الصوتية مع sonotrode / تحقيق
مراجع الادب
- أسدي، أمين؛ بورفاتاه، فرزاد؛ ميكلوس سزيلاغي، إيمري؛ أفراند، مسعود؛ زيلا، جاويل؛ سيون آهن، هو؛ وونغوايز، سومشاي؛ مينه نغوين، هوانغ؛ عربكوشار، أحمد؛ ماهيان، أوميد (2019): تأثير خصائص sonication على الاستقرار ، والخصائص الحرارية ، ونقل الحرارة من nanofluids : استعراض شامل. الموجات فوق الصوتية سونوتشيميستري 2019.
- Dhanalakshmi، N. P؛ Nagarajan، R. (2011): بالموجات فوق الصوتية تكثيف من تدهور الكيميائية الميثيل البنفسج: دراسة تجريبية. في: عوالم Acsd. الخيال العلمي. Enginee تك 2011، Vol.59، 537-542.
- كياني، H؛ تشانغ، Z. دلغادو، A .؛ الشمس، D.-W. (2011): الموجات فوق الصوتية بمساعدة التنوي من بعض الأطعمة نموذج السائلة والصلبة أثناء التجميد. في: المأكولات الدقة. تي. 2011، Vol.44 / NO.9، 2915-2921.
- Moholkar، V. S؛ السمور، S. P؛ بانديت، A. B. (2000): رسم خريطة كثافة التجويف في حمام بالموجات فوق الصوتية باستخدام الانبعاثات الصوتية. في: AIChE J. 2000، Vol.46 / NO.4، 684-694.
- Nascentes، C. C؛ كورن، M .؛ سوسا، C. S؛ أرودا، M. A. Z. (2001): استخدام الحمامات بالموجات فوق الصوتية للتطبيقات تحليلية: نهج جديد لشروط الأمثل. في: J. براز. علم. شركة نفط الجنوب. 2001، Vol.12 / NO.1، 57-63.
- سانتوس، H.M. لوديرو، سي، كابيلو مارتينيز، ج. ل. (2009): قوة الموجات فوق الصوتية. في: الموجات فوق الصوتية في الكيمياء: التطبيق التحليلي. (إد. من قبل J.-L. كابيلو مارتينيز). وايلي فيتش: وينهايم، 2009. 1-16.
- سوسليك، ك. س. (1998): موسوعة كيرك-أوتمر للتكنولوجيا الكيميائية؛ الرابع إد ج. وايلي & أبناء: نيويورك، 1998، المجلد. 26، 517-541.
حقائق تستحق العلم
وغالبا ما يشار المجانسة الأنسجة بالموجات فوق الصوتية على أنها sonicator التحقيق، ايزر الصوتية، اختلال والموجات فوق الصوتية، طاحونة بالموجات فوق الصوتية، سونو-ruptor، sonifier، dismembrator الصوتية، وديسروبتر الخلية، المفرق بالموجات فوق الصوتية أو الذائب. المصطلحات المختلفة ينتج من مختلف التطبيقات التي يمكن أن تتحقق من خلال صوتنة.