Häufig gestellte Fragen zu Ultraschall

Nachstehend finden Sie Antworten auf die häufigsten Fragen zur Hochleistungs-Ultraschall und seinen Anwendungen. Wenn Sie keine Antwort auf Ihre Frage finden, zögern Sie bitte nicht, uns zu fragen. Wir sind Ihnen gerne behilflich.

• Kann ich Lösungsmittel beschallen?
• Wie viel Ultraschallenergie brauche ich?
• Wirkt sich der Ultraschall auf den Menschen aus? Welche Vorsichtsmaßnahmen sollte ich bei der Ultraschallbehandlung treffen?
• Was ist der Unterschied zwischen magnetostriktiven und piezoelektrischen Aufnehmern?
• Warum erwärmt sich die Probe während der Beschallung?
• Gibt es allgemeine Empfehlungen für die Beschallung von Proben?
• Bietet Hielscher austauschbare Sonotrodenspitzen an?

F: Kann ich Lösungsmittel mit Ultraschall behandeln?

Theoretisch könnten brennbare Lösungsmittel durch Beschallung entzündet werden, da durch die Kavitation brennbare oder explosive flüchtige Stoffe entstehen können. Aus diesem Grund müssen Sie Ultraschallgeräte und Zubehör verwenden, die für diese Art der Ultraschallanwendung geeignet sind.
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Wenn Sie eine Beschallung der Lösungsmittel wünschen, bitten wir Sie Kontaktieren Sie unsdamit wir geeignete Maßnahmen empfehlen können.

F: Wie viel Ultraschallenergie benötige ich?

Die erforderliche Ultraschallleistung hängt von mehreren Faktoren ab, wie z. B.:

• das der Beschallung ausgesetzte Volumen
• das zu verarbeitende Gesamtvolumen
• die Zeit für die Verarbeitung des Gesamtvolumens
• zu beschallendes Material
• angestrebtes Prozessergebnis nach der Ultraschallbehandlung

Im Allgemeinen erfordert ein größeres Volumen eine höhere Leistung (Wattzahl) oder eine längere Beschallungszeit. Bei den meisten Sonotrodenarten wird die Leistung hauptsächlich über die Oberfläche der Spitze verteilt. Daher erzeugen Sonden mit kleinerem Durchmesser ein stärker fokussiertes Kavitationsfeld. Eine höhere Ultraschallintensität (ausgedrückt in Leistung pro Volumen) führt in der Regel zu einer höheren Verarbeitungseffizienz.

F: Hat der Ultraschall Auswirkungen auf den Menschen? Welche Vorsichtsmaßnahmen sollte ich bei der Ultraschallbehandlung treffen?

Die Ultraschallfrequenzen selbst liegen oberhalb des für den Menschen hörbaren Bereichs. Die Ultraschallschwingungen koppeln sehr gut an Feststoffe und Flüssigkeiten, wo sie Ultraschall erzeugen können. Kavitation. Aus diesem Grund sollten Sie keine mit Ultraschall schwingenden Teile berühren oder in beschallte Flüssigkeiten greifen. Die Übertragung von Ultraschallwellen über die Luft hat nachweislich keine negativen Auswirkungen auf den menschlichen Körper, da die Übertragungspegel sehr niedrig sind.

Bei der Beschallung von Flüssigkeiten erzeugt das Kollabieren von Kavitationsblasen ein kreischendes Geräusch. Die Höhe des Geräusches hängt von mehreren Faktoren ab, wie Leistung, Druck und Amplitude. Darüber hinaus können auch subharmonische (niederfrequente) Geräusche entstehen. Dieses hörbare Geräusch und seine Auswirkungen sind mit anderen Maschinen wie Motoren, Pumpen oder Gebläsen vergleichbar. Aus diesem Grund empfehlen wir die Verwendung geeigneter Gehörschutzstöpsel, wenn Sie sich für längere Zeit in der Nähe eines Betriebssystems aufhalten. Zusätzlich bieten wir passende Schallschutzhauben für unsere Sonicators an.

F: Was ist der Unterschied zwischen magnetostriktiven und piezoelektrischen Wandlern?

In magnetostriktiven Wandlern wird elektrische Energie zur Erzeugung eines elektromagnetisches Feld die ein magnetostriktives Material in Schwingung versetzt. Bei piezoelektrischen Aufnehmern wird die elektrische Leistung direkt in Längsschwingungen umgewandelt. Aus diesem Grund haben piezoelektrische Wandler einen höheren Wirkungsgrad. Dies wiederum reduziert den Kühlungsbedarf. Heute sind piezoelektrische Wandler in der Industrie weit verbreitet.
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F: Warum erwärmt sich die Probe während der Beschallung?

Beim Ultraschall wird Energie in eine Flüssigkeit übertragen. Mechanische Schwingungen führen zu Verwirbelungen und Reibung in der Flüssigkeit. Aus diesem Grund erzeugt Ultraschall während der Bearbeitung erhebliche Wärme. Eine wirksame Kühlung ist erforderlich, um die Erwärmung zu verringern. Bei kleineren Proben sollten die Fläschchen oder Glasbecher zur Wärmeabfuhr in einem Eisbad aufbewahrt werden.
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Abgesehen von den möglichen negativen Auswirkungen erhöhter Temperaturen auf Ihre Proben, z. B. Gewebe, nimmt die Wirksamkeit der Kavitation bei höheren Temperaturen ab.

F: Gibt es allgemeine Empfehlungen für die Beschallung von Proben?

Für die Ultraschallbehandlung sollten kleine Gefäße verwendet werden, da die Intensitätsverteilung homogener ist als in größeren Bechern. Die Sonotrode sollte tief genug in die Flüssigkeit getaucht werden, um Schaumbildung zu vermeiden. Zähes Gewebe sollte vor der Beschallung mazeriert, gemahlen oder pulverisiert werden (z. B. in flüssigem Stickstoff). Bei der Beschallung können freie Radikale entstehen, die mit dem Material reagieren können. Das Spülen der flüssigen Materiallösung mit flüssigem Stickstoff oder die Zugabe von Radikalfängern, z. B. Dithiothreitol, Cystein oder anderen -SH-Verbindungen, kann die durch oxidative freie Radikale verursachten Schäden verringern.
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F: Bietet Hielscher austauschbare Sonotrodenspitzen an?

Hielscher liefert keine austauschbaren Spitzen für Sonotroden. Flüssigkeiten mit geringer Oberflächenspannung, wie z. B. Lösungsmittel, dringen typischerweise in die Grenzfläche zwischen Sonotrode und austauschbarer Spitze ein. Dieses Problem nimmt mit der Amplitude der Schwingung zu. Die Flüssigkeit kann Partikel in den Gewindeteil tragen. Dies führt zu einem Verschleiß des Gewindes und damit zu einer Isolierung der Spitze von der Sonotrode. Wenn die Spitze isoliert ist, kann sie nicht bei der Betriebsfrequenz mitschwingen und das Gerät fällt aus. Deshalb liefert Hielscher nur massive Sonden.

Häufig gestellte Fragen zu Sonicators und ihren Teilen

Was ist ein Ultraschallgenerator?

Der Ultraschallgenerator (Netzteil) erzeugt elektrische Schwingungen mit Ultraschallfrequenz (oberhalb der hörbaren Frequenz, z. B. 19 kHz). Diese Energie wird auf die Sonotrode übertragen.

Was ist eine Sonotrode/Sonde?

Die Sonotrode (auch Sonde oder Horn genannt) ist ein mechanisches Bauteil, das die Ultraschallschwingungen vom Wandler auf das zu beschallende Material überträgt. Sie muss sehr fest montiert werden, um Reibungen und Verluste zu vermeiden. Je nach Geometrie der Sonotrode werden die mechanischen Schwingungen verstärkt oder reduziert. An der Sonotrodenoberfläche werden die mechanischen Schwingungen in die Flüssigkeit eingekoppelt. Dies führt zur Bildung mikroskopisch kleiner Blasen (Hohlräume), die sich bei niedrigen Druckzyklen ausdehnen und bei hohen Druckzyklen heftig implodieren. Dieses Phänomen wird als akustische Kavitation bezeichnet. Die Kavitation erzeugt hohe Scherkräfte an der Sonotrodenspitze und führt zu einer starken Aufregung des exponierten Materials.

Was ist ein piezoelektrischer Wandler?

Der Ultraschallwandler (Konverter) ist ein elektromechanisches Bauteil, das elektrische Schwingungen in mechanische Schwingungen umwandelt. Die elektrischen Schwingungen werden durch den Generator erzeugt. Die mechanischen Schwingungen werden auf die Sonotrode übertragen.

Was ist der Unterschied zwischen einem piezoelektrischen und einem magnetostriktiven Wandler?

Ein piezoelektrischer Wandler wandelt mit Hilfe von piezoelektrischen Kristallen, die sich bei Anlegen eines elektrischen Feldes verformen, elektrische Energie in mechanische Schwingungen um und bietet eine hohe Effizienz und Präzision. Ein magnetostriktiver Wandler erzeugt Schwingungen durch den magnetostriktiven Effekt, bei dem sich magnetische Materialien als Reaktion auf ein Magnetfeld verformen. Der Wirkungsgrad ist im Vergleich zu piezoelektrischen Wandlern deutlich geringer. Alle Hielscher-Sonotroden verwenden piezoelektrische Wandler, die sich durch hohe Effizienz und zuverlässigen Betrieb auszeichnen.

Was ist die Ultraschallamplitude / Schwingungsamplitude?

Die Schwingungsamplitude beschreibt das Ausmaß der Schwingung an der Spitze der Sonotrode. Sie wird in der Regel von Peak zu Peak gemessen. Dies ist der Abstand zwischen der Position der Sonotrodenspitze bei der maximalen Ausdehnung und der maximalen Kontraktion der Sonotrode. Typische Sonotrodenamplituden liegen zwischen 20 und 250µm.

Was ist akustische Kavitation?

Unter akustischer Kavitation versteht man die Bildung, das Wachstum und den Zerfall von Blasen in einer Flüssigkeit aufgrund von Druckschwankungen durch hochintensive Schallwellen. Ein Sondensonicator ist eine wirksame Methode zur Erzeugung von Kavitation, da er fokussierte Ultraschallenergie direkt in die Flüssigkeit einbringt. Dies fördert die Bildung und das Kollabieren von Blasen und erzeugt intensive lokale Bedingungen wie hohe Temperaturen, Drücke und Scherkräfte, die für Anwendungen wie Sonochemie, Nanopartikelsynthese und Zellaufschluss nützlich sind.

Was ist der Unterschied zwischen direkter und indirekter Beschallung?

Bei der direkten Beschallung wird eine Sonde direkt in die Flüssigkeit eingebracht, wodurch die Ultraschallenergie effizient für Prozesse wie die Zelllyse oder die Synthese von Nanopartikeln genutzt werden kann. Im Gegensatz dazu wird bei der indirekten Beschallung die Ultraschallenergie durch einen Behälter oder ein Medium übertragen, wodurch ein direkter Kontakt mit der Probe vermieden wird. Diese Methode ist ideal, um Kontaminationen zu vermeiden oder kleine Volumina zu verarbeiten, aber sie ist im Allgemeinen weniger energieeffizient.
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