سونوتشيميستري هو مجال الكيمياء حيث يتم استخدام الموجات فوق الصوتية عالية الكثافة للحث على التفاعلات الكيميائية وتسريعها وتعديلها (التوليف والحفز والتدهور والبوليمرة والتحلل المائي وما إلى ذلك). يتميز التجويف المولد بالموجات فوق الصوتية بظروف فريدة كثيفة الطاقة ، والتي تعزز وتكثف التفاعلات الكيميائية. معدلات رد فعل أسرع، وارتفاع الغلة واستخدام الكواشف الخضراء، وأكثر اعتدالا تحويل سونوتشيميستري إلى أداة مفيدة جدا من أجل الحصول على التفاعلات الكيميائية المحسنة.

كيمياء السونوم

سونوتشيميستري هو مجال البحث والمعالجة التي الجزيئات الخضوع لتفاعل كيميائي بسبب تطبيق ultrasonication عالية الكثافة (على سبيل المثال، 20 كيلوهرتز). الظاهرة المسؤولة عن التفاعلات السونوكيميائية هي التجويف الصوتي. يحدث التجويف الصوتي أو بالموجات فوق الصوتية عندما تقترن موجات الموجات فوق الصوتية القوية في سائل أو ملاط. بسبب تناوب دورات الضغط العالي / الضغط المنخفض الناجم عن موجات الموجات فوق الصوتية السلطة في السائل، يتم إنشاء فقاعات فراغ (الفراغات التجويف)، والتي تنمو على مدى عدة دورات الضغط. عندما تصل فقاعة فراغ التجويف إلى حجم معين حيث لا يمكنها امتصاص المزيد من الطاقة ، تنهار فقاعة الفراغ بعنف وتخلق بقعة ساخنة كثيفة الطاقة للغاية. تتميز هذه البقعة الساخنة التي تحدث محليا بدرجات حرارة عالية جدا وضغوط وتدفق صغير للطائرات السائلة السريعة للغاية.

التجويف الصوتي وآثار Ultrasonication عالية الكثافة

التجويف الصوتي، وغالبا ما تسمى أيضا التجويف بالموجات فوق الصوتية، ويمكن تمييزها إلى شكلين، وتجويف مستقر وعابرة. أثناء التجويف المستقر ، تتأرجح فقاعة التجويف عدة مرات حول نصف قطرها المتوازن ، بينما أثناء التجويف العابر ، حيث تخضع فقاعة قصيرة الأجل لتغيرات كبيرة في الحجم في عدد قليل من الدورات الصوتية وتنتهي في انهيار عنيف (Suslick 1988). قد يحدث التجويف المستقر والعابرة في وقت واحد في المحلول وقد تصبح الفقاعة التي تخضع تجويف مستقر تجويفا عابرا. يخلق انهيار الفقاعة ، وهو سمة لتجويف عابر وصوتية عالية الكثافة ، ظروفا فيزيائية مختلفة بما في ذلك درجات حرارة عالية جدا تتراوح بين 5000 و 25000 K ، وضغوط تصل إلى عدة شريط 1000 ، وتيارات سائلة بسرعات تصل إلى 1000 متر في الثانية. منذ انهيار / انهيار فقاعات التجويف يحدث في أقل من نانو ثانية، وارتفاع معدلات التدفئة والتبريد جدا ما يزيد على 10¹¹ ويمكن ملاحظة K / ثانية. ويمكن لهذه المعدلات العالية للتدفئة والفروق في الضغط أن تبدأ وتسرع ردود الفعل. فيما يتعلق بالتيارات السائلة التي تحدث ، تظهر هذه النافثات الدقيقة عالية السرعة فوائد عالية بشكل خاص عندما يتعلق الأمر بالطين الصلب السائل غير المتجانس. الطائرات السائلة تؤثر على السطح مع درجة الحرارة الكاملة والضغط من فقاعة الانهيار وتسبب تآكل عن طريق الاصطدام بين الجسيمات، فضلا عن ذوبان المترجمة. ونتيجة لذلك، لوحظ تحسن كبير في النقل الجماعي في الحل.

يتم إنشاء التجويف بالموجات فوق الصوتية بشكل أكثر فعالية في السوائل والمذيبات خفة دم ضغوط البخار المنخفضة. لذلك ، فإن الوسائط ذات الضغط المنخفض للأبخرة مواتية للتطبيقات السونوكيميائية.
نتيجة التجويف بالموجات فوق الصوتية ، يمكن للقوى المكثفة التي تم إنشاؤها تبديل مسارات ردود الفعل إلى طرق أكثر كفاءة ، بحيث يتم تجنب التحويلات الأكثر اكتمالا و / أو إنتاج المنتجات الثانوية غير المرغوب فيها.
وتسمى المساحة الكثيفة الطاقة التي خلقها انهيار فقاعات التجويف بقعة ساخنة. منخفضة التردد، والموجات فوق الصوتية عالية الطاقة في نطاق 20kHz والقدرة على خلق السعة العالية راسخة لتوليد النقاط الساخنة مكثفة والظروف السونوكيميائية المواتية.

معدات المختبرات بالموجات فوق الصوتية وكذلك المفاعلات فوق الصوتية الصناعية للعمليات سونوتشيميكال التجارية متاحة بسهولة وثبت موثوق بها وفعالة وصديقة للبيئة على المختبر والطيار وعلى نطاق صناعي كامل. يمكن تنفيذ التفاعلات السونوكيميائية ككمية (أي وعاء مفتوح) أو عملية داخل الخط باستخدام مفاعل خلايا تدفق مغلق.

سونو-التجميعي

سونو التوليف أو تخليق سونوتشيميكال هو تطبيق التجويف ولدت بالموجات فوق الصوتية من أجل بدء وتعزيز التفاعلات الكيميائية. عالية الطاقة ultrasonication (على سبيل المثال، في 20 كيلوهرتز) يظهر تأثيرات قوية على الجزيئات والترابط الكيميائي. على سبيل المثال ، يمكن أن تؤدي الآثار السونوكيميائية الناتجة عن سونيكيشن مكثفة في تقسيم الجزيئات ، وخلق الجذور الحرة ، و / أو تبديل المسارات الكيميائية. ولذلك يستخدم التوليف سونوتشيميكال بشكل مكثف لتصنيع أو تعديل مجموعة واسعة من المواد نانو منظم. ومن الأمثلة على المواد النانوية المنتجة عن طريق تخليق سونو الجسيمات النانوية (مثل NPs الذهب، NPs الفضة)، والأصباغ، والجسيمات النانوية الأساسية قذيفة، نانو هيدروكسيباتيت، الأطر العضوية المعدنية (MOFs)، المكونات الصيدلانية النشطة (واجهات برمجة التطبيقات)، الجسيمات النانوية المزينة بالغلاف المجهري، نانو-مركبات من بين العديد من المواد الأخرى.
أمثلة: الاستسترة بالموجات فوق الصوتية من استرات ميثيل الأحماض الدهنية (وقود الديزل الحيوي) أو تحويل البوليولات باستخدام الموجات فوق الصوتية.

صورة TEM (A) وتوزيع حجم الجسيمات (B) من الجسيمات النانوية الفضية (Ag-NPs) ، والتي تم تصنيعها كيميائيا في ظل الظروف المثلى.

أيضا على نطاق واسع هو تبلور بالموجات فوق الصوتية تعزيز (سونو بلورة)، حيث الطاقة بالموجات فوق الصوتية هو استخدام لإنتاج حلول فائقة التشبع، لبدء تبلور / هطول الأمطار، والتحكم في حجم الكريستال ومورفولوجيا عبر المعلمات عملية بالموجات فوق الصوتية. انقر هنا لمعرفة المزيد عن سونو بلورة!

سونو-الحفز

Sonicating تعليق الكيميائية أو الحل يمكن أن تحسن بشكل كبير التفاعلات الحفازة. الطاقة سونوتشيميكال يقلل من وقت التفاعل، ويحسن الحرارة ونقل الكتلة، مما يؤدي في وقت لاحق في زيادة الثوابت معدل الكيميائية، والغلة، و selectivities.
هناك العديد من العمليات الحفازة ، والتي تستفيد بشكل كبير من تطبيق الموجات فوق الصوتية السلطة وآثارها سونوتشيميكال. أي مرحلة غير متجانسة نقل الحفز (PTC) رد فعل تنطوي على اثنين أو أكثر من السوائل غير قابلة للاختناق أو تكوين السائل الصلبة، ويستفيد من سونيكيشن، والطاقة سونوتشيميكال وتحسين نقل الكتلة.
على سبيل المثال ، كشف التحليل المقارن لأكسدة البيروكسيد الرطب المحفز الصامت والمساعدة بالموجات فوق الصوتية من الفينول في الماء أن سونيكيشن خفضت حاجز الطاقة للتفاعل ، ولكن لم يكن لها أي تأثير على مسار التفاعل. الطاقة التنشيط لأكسدة الفينول على روي₃ تم العثور على محفز أثناء sonication أن يكون 13 كيلوجول مول^-1، الذي كان أصغر بأربع مرات بالمقارنة مع عملية الأكسدة الصامتة (57 كيلوجول مول^-1). (Rokhina وآخرون، 2010)
يستخدم الحفز السونوكيمي بنجاح لتصنيع المنتجات الكيميائية وكذلك تصنيع المواد غير العضوية الميكرونا والنانوية مثل المعادن والسبائك والمركبات المعدنية والمواد غير المعدنية والمركبات غير العضوية. الأمثلة الشائعة على PTC بمساعدة بالموجات فوق الصوتية هي تحويل الأحماض الدهنية الحرة إلى استر الميثيل (وقود الديزل الحيوي) ، التحلل المائي ، و saponification من الزيوت النباتية ، رد فعل سونو فنتون (العمليات الشبيهة ب Fenton) ، تدهور سونوكاثاليتيك إلخ.
اقرأ المزيد عن الحفز سونو وتطبيقات محددة!
سونيكيشن يحسن كيمياء النقر مثل تفاعلات الإضافة الحلقية للأزيد-ألكين!

تطبيقات سونوتشيميكال أخرى

نظرا لاستخدامها متعددة وموثوقية وعملية بسيطة ، والنظم سونوتشيميكال مثل UP400St أو UIP2000hdT تقدر بأنها معدات فعالة للتفاعلات الكيميائية. Hielscher Ultrasonics الأجهزة سونوتشيميكال يمكن استخدامها بسهولة لدفعة (الكأس المفتوحة) والصوتية المضمنة المستمرة باستخدام خلية تدفق سونوتشيميكال. سونوتشيميستري بما في ذلك سونو التوليف، سونو-catalysis، تدهور، أو البلمرة تستخدم على نطاق واسع في الكيمياء، وتكنولوجيا النانو، وعلوم المواد، والمستحضرات الصيدلانية، وعلم الأحياء المجهرية، وكذلك في الصناعات الأخرى.

معدات سونوتشيميكال عالية الأداء

Hielscher Ultrasonics هو المورد الأعلى الخاص بك من ultrasonicators مبتكرة للدولة من بين الفن، وخلية التدفق سونوتشيميكال، والمفاعلات والملحقات لتفاعلات سونوتشيميكال كفاءة وموثوق بها. جميع Hielscher ultrasonicators مصممة حصرا، وتصنيعها واختبارها في مقر Hielscher Ultrasonics في تيلتو (بالقرب من برلين)، ألمانيا. إلى جانب أعلى المعايير التقنية وقوة المعلقة و24/7/365 عملية لتشغيل كفاءة عالية، Hielscher ultrasonicators سهلة وموثوق بها للعمل. كفاءة عالية، والبرمجيات الذكية، والقائمة بديهية، بروتوكول البيانات التلقائي ومتصفح التحكم عن بعد ليست سوى عدد قليل من الميزات التي تميز Hielscher Ultrasonics من غيرها من الشركات المصنعة للمعدات سونوتشيميكال.

السعة القابلة للتعديل بدقة

السعة هو التشريد في الجبهة (تلميح) من سونوترودي (المعروف أيضا باسم مسبار بالموجات فوق الصوتية أو القرن) وهو العامل الرئيسي التأثير على التجويف بالموجات فوق الصوتية. ارتفاع السعة يعني التجويف أكثر كثافة. تعتمد الكثافة المطلوبة من التجويف بشدة على نوع التفاعل والكواشف الكيميائية المستخدمة والنتائج المستهدفة للتفاعل السونوكييميائي المحدد. وهذا يعني أن السعة يجب أن تكون قابلة للتعديل بدقة من أجل ضبط كثافة التجويف الصوتي إلى المستوى المثالي. يمكن ضبط جميع الموجات فوق الصوتية Hielscher بشكل موثوق ودقيق عن طريق التحكم الرقمي الذكي إلى السعة المثالية. يمكن استخدام قرون الداعم بالإضافة إلى ذلك لتقليل أو زيادة السعة ميكانيكيا. الفوق صوتيات’ المعالجات بالموجات فوق الصوتية الصناعية يمكن أن توفر السعات عالية جدا. يمكن تشغيل السعات التي تصل إلى 200μm بسهولة في عملية 24/7. للحصول على السعات أعلى، sonotrodes الموجات فوق الصوتية المخصصة المتاحة.

التحكم الدقيق في درجة الحرارة أثناء التفاعلات السونوكيميائية

في بقعة التجويف الساخنة ، يمكن ملاحظة درجات حرارة عالية للغاية تبلغ عدة آلاف من الدرجات المئوية. ومع ذلك ، تقتصر درجات الحرارة القصوى هذه محليا على المناطق الداخلية الدقيقة والمحيطة بفقاعة التجويف المنهارة. في الحل السائبة ، وارتفاع درجة الحرارة من الانفجار فقاعات التجويف واحد أو قليل لا يكاد يذكر. ولكن سونيكيشن المستمر والمكثف لفترات أطول يمكن أن يسبب زيادة تدريجية في درجة حرارة السائل السائب. هذه الزيادة في درجة الحرارة يساهم في العديد من التفاعلات الكيميائية وغالبا ما يعتبر مفيدا. ومع ذلك، التفاعلات الكيميائية المختلفة لها درجات حرارة مختلفة رد فعل أمثل. عندما يتم معالجة المواد الحساسة للحرارة، قد يكون من الضروري التحكم في درجة الحرارة. من أجل السماح للظروف الحرارية المثالية خلال العمليات السونوكيميائية، Hielscher الفوق صوتيات يقدم مختلف الحلول المتطورة للتحكم في درجة الحرارة دقيقة خلال العمليات السونوكيميائية، مثل المفاعلات السونوكيميائية وتدفق الخلايا مجهزة سترات التبريد.
لدينا الخلايا التدفق سونوتشيميكال والمفاعلات متوفرة مع سترات التبريد، والتي تدعم تبديد الحرارة فعالة. لمراقبة درجة الحرارة المستمرة، Hielscher ultrasonicators مجهزة بمستشعر درجة الحرارة قابل للتوصيل، والتي يمكن إدراجها في السائل لقياس مستمر لدرجة الحرارة السائبة. البرمجيات المتطورة يسمح الإعداد لنطاق درجة الحرارة. عندما يتم تجاوز الحد الأقصى لدرجة الحرارة، توقف الموجات فوق الصوتية تلقائيا حتى تنخفض درجة الحرارة في السائل إلى نقطة معينة محددة ويبدأ سونيكاتيينج تلقائيا مرة أخرى. يتم تسجيل جميع قياسات درجة الحرارة وكذلك بيانات عملية الموجات فوق الصوتية الهامة الأخرى تلقائيا على بطاقة SD مدمجة ويمكن مراجعتها بسهولة للتحكم في العملية.
درجة الحرارة هي معلمة حاسمة من العمليات السونوكيميائية. تساعدك تقنية Hielscher المفصلة على الحفاظ على درجة حرارة تطبيق سونوتشيميكال الخاص بك في نطاق درجة الحرارة المثالي.

الجدول أدناه يعطيك مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لultrasonicators لدينا: