Prob tipli Sonicatorlar ultrasəs vannalarına qarşı
Emulsiya, dispersiya, ekstraksiya və ya hissəcik ölçüsünün azaldılması kimi vəzifələr üçün zond tipli sonikatorlar vahid kəsmə qüvvələri və yüksək intensivlikli kavitasiya yaradır. Bu birbaşa yanaşma çətin tətbiqləri həll edir və kiçik laboratoriya sınaqlarından tam istehsal işlərinə qədər asanlıqla miqyas alır. Bu vaxt, ultrasəs vannaları yumşaq təmizləmə və ya aşağı intensivlikli müalicələr üçün kifayət edə bilər, lakin onlar tez-tez amplituda və temperatur üzərində dəqiq nəzarət tələb edən daha tələbkar işlərlə mübarizə aparırlar. Etibarlılığa, çevikliyə və möhkəm performansa ehtiyacınız olduqda, Hielscher prob tipli sonikatorlar əsas ultrasəs vannaları üzərində aydın bir kənar təklif edir.
Prob tipli sonikator və ultrasəs vannası – Zond tipli sonikatorların effektivlik və etibarlılıq baxımından niyə üstün olduğunu araşdırın
Sonicator kavitasiya intensivliyi
Zond tipli sonikatorlar yüksək güclü ultrasəsi birbaşa maye mühitə təqdim edir, burada səs dalğaları mayedə alternativ yüksək təzyiq və aşağı təzyiq dövrləri yaradır. Aşağı təzyiq dövrü zamanı yüksək intensivlikli ultrasəs dalğaları mayedə kiçik vakuum qabarcıqları və ya boşluqlar yaradır. Baloncuklar artıq enerji qəbul edə bilməyəcək bir həcmə çatdıqda, yüksək təzyiq dövrü zamanı şiddətlə çökürlər. Bu fenomen kavitasiya adlanır. Partlayış zamanı yerli olaraq çox yüksək temperatur və təzyiqlərə çatılır. Kavitasiya qabarcığının partlaması da son dərəcə sürətli maye axını ilə nəticələnir.
Ümumi məlumat: Ultrasonik Kavitasiya
Moholkar (2000) ən yüksək kavitasiya intensivliyi bölgəsindəki baloncukların keçici hərəkətə məruz qaldığını, ən aşağı kavitasiya intensivliyi bölgəsindəki baloncukların isə sabit, salınımlı hərəkətə məruz qaldığını aşkar etdi. Ultrasəsin kimyəvi sistemlərə müşahidə edilən təsirlərinin kökündə yerli temperatur və təzyiq maksimumlarına səbəb olan qabarcıqların keçici çökməsi dayanır.
Ultrasonication intensivliyi enerji girişi və sonotrode səthinin bir funksiyasıdır. Müəyyən bir enerji girişi üçün tətbiq olunur: sonotrodun səth sahəsi nə qədər böyükdürsə, ultrasəsin intensivliyi bir o qədər aşağı olur.
Ultrasəs dalğaları müxtəlif növ ultrasəs sistemləri tərəfindən yaradıla bilər. Aşağıda, ultrasəs hamamından istifadə edərək sonikasiya, açıq bir qabda ultrasəs zond cihazı və axın hüceyrə kamerası olan ultrasəs zond cihazı arasındakı fərqlər müqayisə ediləcəkdir.
Şəkil 1: Sabit və keçici kavitasiya qabarcıqlarının yaradılması. (a) yerdəyişmə, (b) keçici kavitasiya, (c) sabit kavitasiya, (d) təzyiq
[Santos və başqalarından uyğunlaşdırılmışdır. 2009]
Kavitasiya paylanmasının müqayisəsi
Ultrasəs tətbiqləri üçün ultrasəs zondlarından (zond tipli sonikatorlar) və ya ultrasəs vannalarından istifadə edə bilərsiniz. “Ultrasonication bu iki üsulları arasında, sonda sonication nanohissəciklərin dispersiya tətbiqi ultrasəs vanna daha effektiv və güclüdür; ultrasəs vanna cihazı təxminən 20-40 W/L ilə zəif ultrasəsləmə və çox qeyri-bərabər paylanma təmin edə bilər, ultrasəs zondu cihazı isə mayeyə 20,000 W/L təmin edə bilər. Beləliklə, bu o deməkdir ki, ultrasəs zond cihazı ultrasəs vanna qurğusundan 1000 faktorla üstündür.” (bax. Əsədi və başqaları, 2019)
Prob tipli sonikatorlar və ultrasəs vannaları: kavitasiya paylanmasının müqayisəsi
Ultrasəs tətbiqləri sahəsində həm zond tipli sonikatorlar, həm də ultrasəs vannaları mühüm rol oynayır. Bununla belə, nanohissəciklərin dispersiyasına gəldikdə, zond sonikatorları ultrasəs vannalarından əhəmiyyətli dərəcədə üstündür. Asadi (2019)-a görə, ultrasəs vannaları adətən yüksək qeyri-bərabər paylanma ilə litr başına təxminən 20-40 Vatt olan daha zəif ultrasəs yaradır. Tam fərqli olaraq, ultrasəs zond cihazları mayenin içinə heyrətamiz 20000 Vat gücü çatdıra bilər ki, bu da ultrasəs vannalarını 1000 dəfə üstələyən effektivliyini nümayiş etdirir. Bu nəzərəçarpacaq fərq, səmərəli və vahid natamam hissəciklərə nail olmaqda zond tipli sonikatorların üstün qabiliyyətini vurğulayır.
Ultrasonik hamamlar
Ultrasəs banyosunda kavitasiya uyğun olmayan və nəzarətsiz şəkildə tank vasitəsilə yayılır. Sonikasiya effekti aşağı intensivliyə malikdir və qeyri-bərabər yayılır. Prosesin təkrarlanma qabiliyyəti və miqyası çox zəifdir.
Aşağıdakı şəkil ultrasəs tankında folqa testinin nəticələrini göstərir. Bunun üçün su ilə doldurulmuş ultrasəs çəninin altına nazik alüminium və ya qalay folqa qoyulur. Sonikasiyadan sonra tək eroziya izləri görünür. Folqadakı bu tək delikli ləkələr və deşiklər kavitasiya qaynar nöqtələrini göstərir. Enerjinin aşağı olması və ultrasəsin tank daxilində qeyri-bərabər paylanması səbəbindən eroziya izləri yalnız yerində olur. Beləliklə, ultrasəs vannaları daha çox təmizləyici tətbiqlər üçün istifadə olunur.
Ultrasəs banyosunda və ya tankda akustik kavitasiyanın isti nöqtəsi çox qeyri-bərabər şəkildə baş verir.
Aşağıdakı rəqəmlər ultrasəs banyosunda kavitasiya qaynar nöqtələrinin qeyri-bərabər paylanmasını göstərir. Şəkil 2-də, alt sahəsi 20 olan hamam×10 sm istifadə olunub.
Fig.2 ultrasəs vannasında ultrasəs sahəsinin məkan paylanmasını göstərir:
(a) hamamda 1 L suyun istifadəsi və (b) hamamda 2 L suyun ümumi həcminin istifadəsi.
[Nascentes et al., 2010]
Şəkil 3-də göstərilən ölçmələr üçün dibi 12x10 sm olan ultrasəs vannası istifadə edilmişdir.
Şəkil 3 ultrasəs vannasında ultrasəs sahəsinin məkan paylanmasını göstərir:
(a) hamamda 1 L su və (b) hamamda 1,3 L suyun ümumi həcmindən istifadə etməklə.
[Nascentes et al., 2001]
Hər iki ölçmə göstərir ki, ultrasəs çənlərində ultrasəs şüalanma sahəsinin paylanması çox qeyri-bərabərdir. Hamamın müxtəlif yerlərində ultrasəs şüalanmasının tədqiqi ultrasəs vannasında kavitasiya intensivliyində əhəmiyyətli fəza dəyişikliklərini göstərir.
Aşağıdakı Şəkil 4 ultrasəs vannasının və azo-boya Metil Bənövşənin rəngsizləşdirilməsi ilə nümunəvi ultrasəs zond cihazının səmərəliliyini müqayisə edir.
Şəkil 4: Zond tipli sonikatorlar ultrasəs çənləri və vannalarının aşağı ultrasəs sıxlığı ilə müqayisədə lokallaşdırılmış çox yüksək enerji intensivliyi yerləşdirirlər.
Dhanalakshmi et al. tədqiqatlarında aşkar etdilər ki, zond tipli ultrasəs cihazları tank tipinə nisbətən yüksək lokallaşdırılmış intensivliyə malikdir və buna görə də şəkil 4-də göstərildiyi kimi daha çox lokallaşdırılmış təsir göstərir. Bu, sonication prosesinin daha yüksək intensivliyi və səmərəliliyi deməkdir.
Şəkil 4-də göstərildiyi kimi ultrasəs qurğusu amplituda, təzyiq, temperatur, özlülük, konsentrasiya, reaktorun həcmi kimi ən vacib parametrlərə tam nəzarət etməyə imkan verir.
Şəkil 1: Sonotrode güc ultrasəsini mayeyə ötürür. Sonotrode səthinin altındakı duman, kavitasiya qaynar nöqtə sahəsini göstərir.
- sıx
- diqqət mərkəzindədir
- tam idarə oluna bilir
- bərabər paylama
- təkrarlana bilən
- Xətti Ölçəkləmə
- Batch və in-line
Zond tipli sonikatorların üstünlükləri
Ultrasonik zondlar və ya sonotrodlar ultrasəs enerjisini fokuslanmış bir sahəyə, adətən, zondun ucunda cəmləşdirmək üçün nəzərdə tutulmuşdur. Bu fokuslanmış enerji ötürülməsi nümunələrin dəqiq və səmərəli işlənməsinə imkan verir. Zond dizaynı ultrasəs enerjisinin əhəmiyyətli bir hissəsinin nümunəyə yönəldilməsini təmin etdiyinə görə, ultrasəs vannaları ilə müqayisədə enerji ötürülməsi əhəmiyyətli dərəcədə artır. Ultrasəs gücünün bu fokuslanmış ötürülməsi, hüceyrənin pozulması, nano-dispersiya, nanohissəciklərin sintezi, emulsifikasiya və botanik ekstraksiya kimi sonikasiya parametrləri üzərində dəqiq nəzarət tələb edən proqramlar üçün xüsusilə əlverişlidir.
Buna görə də, zond tipli sonikatorlar ultrasəs vannaları ilə müqayisədə dəqiqlik, nəzarət, çeviklik, səmərəlilik və miqyaslılıq baxımından fərqli üstünlüklər təklif edərək, onları geniş elmi və sənaye tətbiqləri üçün əvəzedilməz alətlər edir.
Açıq Beaker Emalı üçün Zond tipli Sonikatorlar
Nümunələr ultrasəs zond cihazından istifadə edərək sonikləşdirildikdə, intensiv sonication zonası birbaşa sonotrode/zondun altındadır. Ultrasonik şüalanma məsafəsi sonotrode ucunun müəyyən bir sahəsi ilə məhdudlaşır. (şək. 1-ə baxın)
Açıq şüşələrdə ultrasəs prosesləri əsasən texniki-iqtisadi sınaq və daha kiçik həcmli nümunələrin hazırlanması üçün istifadə olunur.
Daxili emal üçün axın hüceyrəsi olan zond tipli sonikatorlar
Ən mürəkkəb sonikasiya nəticələri qapalı axın rejimində davamlı emal ilə əldə edilir. Bütün material axın yolu və ultrasəs reaktor kamerasında qalma müddəti idarə edildiyi kimi eyni ultrasəs intensivliyi ilə işlənir.
Ultrasəs resirkulyasiya dəsti: UIP1000hdT axın hüceyrəsi, tank və nasosla
Müəyyən bir parametr konfiqurasiyası üçün ultrasəs maye emalı prosesinin nəticələri emal edilmiş həcmə düşən enerjinin funksiyasıdır. Fərdi parametrlərdə dəyişikliklərlə funksiya dəyişir. Bundan əlavə, ultrasəs vahidinin sonotrodunun səth sahəsinə düşən faktiki güc çıxışı və intensivliyi parametrlərdən asılıdır.
Ultrasəs emalının kavitasiya təsiri amplituda (A), təzyiq (p), reaktorun həcmi (VR), temperatur (T), özlülük (η) və başqaları ilə təsvir olunan səth intensivliyindən asılıdır. Artı və mənfi işarələri sonikasiya intensivliyinə xüsusi parametrin müsbət və ya mənfi təsirini göstərir.
Sonikasiya prosesinin ən vacib parametrinə nəzarət etməklə proses tam təkrarlana bilir və əldə edilən nəticələr tamamilə xətti miqyasda ölçülə bilər. Müxtəlif növ sonotrodlar və ultrasəs axını hüceyrə reaktorları xüsusi proses tələblərinə uyğunlaşmağa imkan verir.
Xülasə: Zond tipli sonikator və ultrasəs vannası
Bir ultrasəs vannası təqribən zəif sonikasiya təmin edərkən. Litr başına 20 Vatt, yalnız və çox qeyri-bərabər paylama, prob tipli sonikatorlar asanlıqla təqribən birləşdirə bilər. İşlənmiş mühitə litr başına 20000 Vatt. Bu o deməkdir ki, ultrasəs zondu tipli sonikator, fokuslanmış və vahid ultrasəs güc girişinə görə ultrasəs vannasını 1000 faktorla (həcm başına 1000x daha yüksək enerji girişi) üstün edir. Ən vacib sonication parametrləri üzərində tam nəzarət tamamilə təkrarlana bilən nəticələri və proses nəticələrinin xətti miqyaslılığını təmin edir.
Sonotrot S26d7D ilə zond tipli sonikator UP200St nümunələrin partiya tipli homogenləşdirilməsi üçün
Ədəbiyyat / İstinadlar
- Asadi, Amin; Pourfattah, Farzad; Miklós Szilágyi, Imre; Afrand, Masoud; Zyla, Gawel; Seon Ahn, Ho; Wongwises, Somchai; Minh Nguyen, Hoang; Arabkoohsar, Ahmad; Mahian, Omid (2019): Effect of sonication characteristics on stability, thermophysical properties, and heat transfer of nanofluids: A comprehensive review. Ultrasonics Sonochemistry 2019.
- Moholkar, V. S.; Sable, S. P.; Pandit, A. B. (2000): Mapping the cavitation intensity in an ultrasonic bath using the acoustic emission. In: AIChE J. 2000, Vol.46/ No.4, 684-694.
- Nascentes, C. C.; Korn, M.; Sousa, C. S.; Arruda, M. A. Z. (2001): Use of Ultrasonic Baths for Analytical Applications: A New Approach for Optimisation Conditions. In: J. Braz. Chem. Soc. 2001, Vol.12/ No.1, 57-63.
- Santos, H. M.; Lodeiro, C., Capelo-Martinez, J.-L. (2009): The Power of Ultrasound. In: Ultrasound in Chemistry: Analytical Application. (ed. by J.-L. Capelo-Martinez). Wiley-VCH: Weinheim, 2009. 1-16.
- Suslick, K. S. (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4th Ed. J. Wiley & Sons: New York, 1998, Vol. 26, 517-541.
Ultrasonik Zondlar Haqqında Tez-tez Verilən Suallar (FAQ)
Ultrasonik sonikator nədir?
Ultrasəs sonikatoru nümunələri pozmaq və ya qarışdırmaq üçün yüksək tezlikli səs dalğalarından istifadə edən bir cihazdır. O, mayeyə batırıldıqda ultrasəs titrəyişləri yaradan, kavitasiyaya və istənilən nümunə emal effektlərinə səbəb olan bir zonddan ibarətdir.
Prob sonikasiyasının prinsipi nədir?
Prob sonication ultrasəs kavitasiya prinsipi üzərində işləyir. Zond nümunədə titrədikdə, sürətlə genişlənən və çökən mikroskopik baloncuklar yaradır. Bu proses intensiv kəsmə qüvvələri və istilik yaradır, hüceyrələri pozur və ya komponentləri mikroskopik səviyyədə qarışdırır.
Ultrasəs təmizləyicisi sonikatorla eynidirmi?
Xeyr, onlar eyni deyil. Ultrasəs təmizləyicisi əşyaları təmizləmək üçün vannada çox yumşaq ultrasəs dalğalarından istifadə edir, əsasən vibrasiya və çox az kavitasiya yolu ilə. Bir sonikator, xüsusilə ultrasəs sonikatoru nümunələrin birbaşa, intensiv ultrasəs müalicəsi üçün nəzərdə tutulmuşdur, pozulma və ya homogenləşməyə diqqət yetirir.
Ultrasəs zondunun istifadəsi nədir?
Ultrasəs zond ilk növbədə kimya, biologiya və materialşünaslıq üzrə müxtəlif tədqiqat və sənaye tətbiqlərində hüceyrənin pozulması, homogenləşdirilməsi, emulsifikasiyası və hissəciklərin dispersiyası kimi nümunə hazırlama vəzifələri üçün istifadə olunur.
Zond sonikatoru ilə kubok buynuz arasındakı fərq nədir?
Zond sonikatoru intensiv sonikasiya üçün probu birbaşa nümunəyə batırır. Bir fincan buynuzlu sonikator, əksinə, zondu batırmır, ancaq nümunənin ultrasəs enerjisini ötürən su banyosunda bir konteynerə yerləşdirildiyi dolayı üsuldan istifadə edir.
Niyə sonikatordan istifadə olunur?
Zond sonikatoru nümunəyə birbaşa, yüksək intensivlikli ultrasəs enerjisini çatdırmaq, səmərəli pozulma, homogenləşmə və ya emulsiyaya nail olmaq qabiliyyəti üçün istifadə olunur. O, xüsusilə çətin emal olunan nümunələr üçün və ya proses üzərində dəqiq nəzarət tələb olunduqda dəyərlidir.
Zond sonikatorunun üstünlükləri nələrdir?
Üstünlüklər nümunənin səmərəli və sürətli işlənməsini, tətbiqlərdə çox yönlülüyünü, sonication parametrlərinə dəqiq nəzarəti və kiçik həcmli laboratoriya nümunələrindən tutmuş daha böyük sənaye partiyalarına və ya axın sürətlərinə qədər geniş çeşiddə nümunə ölçüləri və növlərini emal etmək qabiliyyətini əhatə edir.
Ultrasonik sonikatordan necə istifadə edirsiniz?
Ultrasəs zondu sonikatorundan istifadə müvafiq zond ölçüsünü və sonikasiya parametrlərini seçmək, zond ucunu nümunəyə batırmaq və sonra effektiv nümunə emalına nail olmaq üçün sonikatoru istədiyiniz vaxt və güc parametrləri üçün aktivləşdirməkdən ibarətdir.
Sonikasiya və ultrasəs arasındakı fərq nədir?
Sonikasiya bir sıra tezlikləri əhatə edə bilən materialların işlənməsi üçün səs dalğalarının ümumi istifadəsinə aiddir. Ultrasonikasiya nümunənin işlənməsi üçün yüksək enerjili səs dalğaları tələb edən tətbiqlərə diqqət yetirərək ultrasəs tezliklərinin (adətən 20 kHz-dən yuxarı) istifadəsini müəyyən edir. Bununla belə, əksər insanlar sonikator sözünü işlətdikdə əslində ultrasəs cihazlarına müraciət edirlər.