Probe-Type Sonication vs. Ultrasonic Bath: Tehokkuuden vertailu

Sonikaatioprosessit voidaan suorittaa käyttämällä koettimen tyyppistä ultraäänihomogenisaattoria tai ultraäänihaua. Vaikka molemmat tekniikat käyttävät ultraääntä näytteeseen, tehokkuus, tehokkuus ja prosessiominaisuudet ovat huomattavia eroja.

Sonikointinesteiden halutut vaikutukset – mukaan lukien homogenointi, dispergointi, deagglomeraatio, jyrsintä, emulgointi, uuttaminen, lyysi, hajoaminen, sonokemia - johtuvat akustisesta kavitaatiosta. Tuomalla suuritehoinen ultraääni nestemäiseen väliaineeseen, ääniaallot lähetetään nesteessä ja luovat vuorottelevia korkeapaineisia (puristus) ja matalapaineisia (harvinaisia) syklejä, joiden nopeudet riippuvat taajuudesta. Matalapainesyklin aikana korkean intensiteetin ultraääniaallot luovat pieniä tyhjiökuplia tai tyhjiöitä nesteeseen. Kun kuplat saavuttavat tilavuuden, jossa ne eivät enää pysty absorboimaan energiaa, ne romahtavat voimakkaasti korkeapainesyklin aikana. Tätä ilmiötä kutsutaan kavitaatioksi. Luhistumisen aikana saavutetaan paikallisesti erittäin korkeat lämpötilat (noin 5 000 K) ja paineet (noin 2 000 atm). Kavitaatiokuplan luhistuminen johtaa myös nestesuihkuihin, joiden nopeus on jopa 280 m/s. [Suslick 1998]

Koetintyyppinen sonikaattori UP100H vs. ultraäänihaude: Koetintyyppiset sonikaattorit loistavat keskittyneellä ultraäänilähetyksellä ja toistettavilla tuloksilla

Koetintyyppinen sonikaattori vs. ultraäänikylpy – Tutki, miksi koetintyyppiset sonikaattorit ovat erinomaisia tehokkuudessa ja luotettavuudessa

 

Tässä videossa verrataan ultraäänihauteen - joka tunnetaan myös nimellä ultraäänipuhdistin - uuttotehoa Hielscher UP100H -ultraäänianturin kanssa.

Sienen uuttaminen - kylpy vs. koettimen ultrasonication - vierekkäinen vertailu

Videon pikkukuva

 

Kavitaatiokuplia voidaan erottaa stabiileissa ja ohimeneviin kupliin. (Klikkaa suurentaaksesi!)

Kuva 1: Vakaiden ja ohimenevien kavitaatiokuplien luominen. a) siirtymä, b) ohimenevä kavitaatio, c) vakaa kavitaatio, d) paine
[mukautettu Santos et al. 2009]

Moholkar et ai. (2000) havaitsivat, että korkeimman kavitaation intensiteetin alueella olevat kuplat menivät ohimeneviin liikkeisiin, kun taas pienimmän kavitaation intensiteetin alueella olevat kuplat olivat vakaita / värähtelevää liikkeitä. Kuplien tilapäinen romahdus, joka aiheuttaa paikallisen lämpötilan ja paineen maksimiä, on ultrasuurien havaittujen vaikutusten juuressa kemiallisissa järjestelmissä.
Ultraäänienergian voimakkuus on energian sisääntulon ja sonotrode-pinta-alan funktio. Tietyn energiansyötön osalta: mitä suurempi sonotrode-pinta-ala on, sitä pienempi on ultraääniintensiteetti.
Ultrasound-aaltoja voidaan tuottaa erilaisilla ultraäänijärjestelmillä. Seuraavassa verrataan ultraäänikuoreen, ultraäänikytkentälaitteen ja avoimessa astian ultraäänikokeessa käytettävän sonikaation välisiä eroja ja virransyöttökammiota.

Kavitaation hot spot -jakauman vertailu

Ultraäänisovelluksissa käytetään ultraäänimittapäitä (sonotrodeja / sarvia) ja ultraäänikylpyjä. “Näistä kahdesta ultraäänimenetelmästä anturin sonikaatio on tehokkaampi ja tehokkaampi kuin ultraäänikylpy nanohiukkasten dispersion soveltamisessa; ultraäänikylpylaite voi tarjota heikon ultrasonication noin 20-40 W / L ja erittäin epäyhtenäisen jakautumisen, kun taas ultraäänianturilaite voi tarjota 20 000 W / L nesteeseen. Siten se tarkoittaa, että ultraäänianturilaite loistaa ultraäänikylpylaitteessa kertoimella 1000.” (vrt. Asadi et ai., 2019)

Kavitaatiopisteiden jakautumisen vertailu

Ultraäänisovellusten alalla sekä ultraäänianturit (sonotrodit / sarvet) että ultraäänihauteet ovat keskeisiä rooleja. Kuitenkin, kun kyse on nanohiukkasten dispersiosta, koettimen sonikaatio ylittää merkittävästi ultraäänihauteet. (2019), ultraäänikylvyt tuottavat tyypillisesti heikomman ultrasonicationin noin 20-40 W / l erittäin epätasaisella jakautumisella. Jyrkässä kontrastissa ultraäänianturilaitteet voivat tuottaa hämmästyttävän 20 000 wattia litraa kohti nesteeseen, mikä osoittaa tehokkuuden, joka ylittää ultraäänihauteet kertoimella 1000. Tämä merkittävä ero korostaa koettimen sonikoinnin ylivoimaista kykyä saavuttaa tehokas ja yhtenäinen nanohiukkasten dispersio.

Ultraääni kylpyammeet

Opi, miksi ultraäänianturit ylittävät ultraäänipuhdistussäiliöt ja kylpytyyppiset sonikaattorit.Ultraäänihauteessa kavitaatio tapahtuu ei-yhteensopivana ja jakautuu hallitsemattomasti säiliön läpi. Sonikaatiovaikutus on alhainen intensiteetti ja epätasaisesti levinnyt. Prosessin toistettavuus ja skaalautuvuus on erittäin heikko.
Alla olevassa kuvassa on ultraäänisäiliössä tehdyn kalvotestauksen tulokset. Siksi ohut alumiini- tai tinakalvo asetetaan vedellä täytetyn ultraäänisäiliön pohjalle. Sonikoinnin jälkeen yksittäiset eroosiomerkit ovat näkyvissä. Nämä yksittäiset rei'itetyt täplät ja reiät kalvossa osoittavat kavitaatiopisteitä. Alhaisen energian ja ultraäänen epätasaisen jakautumisen vuoksi säiliössä eroosiomerkit esiintyvät vain pisteittäin. Siksi ultraäänikylpyjä käytetään enimmäkseen puhdistussovelluksiin.
 

Ultraäänihauteessa tai -säiliössä ultraäänipiste esiintyy hyvin epätasaisesti. (Klikkaa suuremmaksi!)

Ultraäänihauteessa tai säiliössä akustisen kavitaation kuuma piste tapahtuu hyvin epätasaisesti.

 
Alla olevat kuviot osoittavat, että onteloisten kuumien pisteiden epätasainen jakautuminen ultraäänikylvyssä. Kuviossa 2 on kylpy, jonka pohjapinta-ala on 20×10 cm on käytetty.
 

Ultraäänianturityyppiset laitteet vs. ultraäänisäiliöt. Hielscher Ultrasonics osoittaa akustisten kavitaatiokenttien erot

Kuvassa 2 on esitetty ultraäänikentän alueellinen jakautuminen ultraäänihauteessa:
a) käyttämällä 1 l vettä hauteessa ja b) käyttämällä hauteessa olevan 2 litran kokonaisvesimäärää.
[Nascentes et ai., 2010]

 
Kuvassa 3 esitetyissä mittauksissa on käytetty ultraäänihaudetta, jonka pohjatila on 12x10cm.

Epätasainen kavitaatio ultrasuunissa (Klikkaa nähdäksesi suurempana!)

Kuvassa 3 on esitetty ultraäänikentän alueellinen jakautuminen ultraäänihauteessa:
a) käyttämällä 1 l vettä hauteessa ja b) käyttämällä hauteessa olevaa 1,3 litran kokonaisvesimäärää.
[Nascentes et ai., 2001]

 
Molemmat mittaukset paljastavat, että ultraäänisäteilykentän jakautuminen ultraäänisäiliöissä on hyvin epätasainen. Ultraäänisäteilyn tutkimus kylvyn eri paikoissa osoittaa merkittäviä spatiaalisia vaihteluita ultraäänihauteen kavitaatiointensiteetissä.

Alla olevassa kuvassa 4 verrataan ultraäänihauteen ja ultraäänianturilaitteen tehokkuutta, esimerkkinä atsoväriaineen metyylivioletin värinpoisto.

Kuva 4: Koetintyyppiset sonikaattorit käyttävät paikallista erittäin korkeaa energiaintensiteettiä verrattuna ultraäänisäiliöiden ja kylpyjen alhaiseen ultraäänitiheyteen.

havaitsi tutkimuksessaan, että koetintyyppisillä ultraäänilaitteilla on korkea paikallinen intensiteetti verrattuna säiliötyyppiin ja siten suurempi paikallinen vaikutus, kuten kuvassa 4 on esitetty. Tämä tarkoittaa sonikaatioprosessin suurempaa intensiteettiä ja tehokkuutta.
Kuvassa 4 esitetty ultraääniasetus mahdollistaa tärkeimpien parametrien, kuten amplitudin, paineen, lämpötilan, viskositeetin, pitoisuuden, reaktorin tilavuuden, täydellisen hallinnan.

Sonicator UP200St sonotrode S26d7D: llä munatotin erätyyppiseen homogenointiin

Koetintyyppinen sonikaattori UP200St sonotrode S26d7D: llä näytteiden erätyyppiseen homogenointiin

Ota meihin yhteyttä! / Kysy meiltä!

Kysy lisä tietoja

Käytä alla olevaa lomaketta pyytääksesi lisätietoja koetintyyppisistä sonikaattoreista ja muista, sovelluksista ja hinnasta. Olemme iloisia voidessamme keskustella prosessistasi kanssasi ja tarjota sinulle vaatimukset täyttävän sonikaattorin!









Huomaathan, että Tietosuojakäytäntö.


Ultraäänianturi (sonotrode) on titaanitanko, joka lähettää ultraääniaaltoja nesteiksi. Tämän seurauksena nesteessä esiintyy akustista kavitaatiota, joka tarjoaa mekaaniset leikkausvoimat ultarsonic-käsittelyyn.

Kuva 1: Sonotrode lähettää tehon ultraäänen nesteeseen. Sonotrode-pinnan alla oleva huurtuminen osoittaa kavitaatiopistealueen.

Edut Probe-Sonication:

  • voimakas
  • keskittynyt
  • täysin hallittavissa
  • tasaisen jakelun
  • toistettavissa
  • lineaarinen asteikko
  • erä ja in-line

Koetintyyppisten sonikaattoreiden edut

Ultraäänianturit tai sonotrodit on suunniteltu keskittämään ultraäänienergiaa keskittyneelle alueelle, tyypillisesti koettimen kärjessä. Tämä keskitetty energiansiirto mahdollistaa näytteiden tarkan ja tehokkaan käsittelyn. Koska anturin suunnittelu varmistaa, että merkittävä osa ultraäänienergiasta suuntautuu näytteeseen, energiansiirto paranee merkittävästi verrattuna ultraäänikylpyihin. Tämä keskittynyt ultraäänitehon siirto on erityisen edullinen sovelluksissa, jotka vaativat tarkkaa valvontaa sonikaatioparametreista, kuten solujen häiriöistä, nanodispersiosta, nanohiukkassynteesistä, emulgoinnista ja kasvitieteellisestä uuttamisesta.
Siksi koetintyyppiset sonikaattorit tarjoavat selkeitä etuja ultraäänihauteisiin verrattuna tarkkuuden, ohjauksen, joustavuuden, tehokkuuden ja skaalautuvuuden suhteen, mikä tekee niistä välttämättömiä työkaluja monenlaisiin tieteellisiin ja teollisiin sovelluksiin.

Koetintyyppiset sonikaattorit avoimeen dekantterilasin käsittelyyn

Kun näytteet sonikoidaan ultraäänianturilaitteella, voimakas sonikaatiovyöhyke on suoraan sonotrodin / koettimen alapuolella. Ultraäänisäteilytysetäisyys rajoittuu tiettyyn sonotrode-kärjen alueeseen. (katso kuva 1)
Avointen keittimien ultraäänitekniikoita käytetään enimmäkseen toteutettavuustestaukseen ja pienempien tilavuuksien valmistukseen.

Koetintyyppiset sonikaattorit, joissa on virtaussolu inline-käsittelyä varten

Kaikkein hienostuneimmat sonikaatiotulokset saavutetaan jatkuvalla käsittelyllä suljetussa läpivirtaustilassa. Kaikki materiaali käsitellään samalla ultraääniintensiteetillä kuin virtausreitti ja viipymäaika ultraäänireaktorikammiossa on säädetty.

Ultraäänikierrätyssarja: UIP1000hdT virtauskennolla, säiliöllä ja pumpulla

Ultraäänikierrätyssarja: UIP1000hdT virtauskennolla, säiliöllä ja pumpulla

Prosessitulokset ultrasonic-nestekäsittelystä tietyn parametrijärjestelyn osalta ovat energian funktio prosessoitua tilavuutta kohden. Toiminto muuttuu yksittäisten parametrien muutoksilla. Lisäksi ultraääniyksikön sonotrodin todellinen teho ja teho pinta-alan mukaan riippuvat parametreista.

Ultraäänikäsittelyn kavitaatiovaikutus riippuu pinta-intensiteetistä, jota kuvataan amplitudi (A), paine (p), reaktorin tilavuus (VR), lämpötila (T), viskositeetti (η) ja muut. Plus- ja miinusmerkit ilmaisevat erityisparametrin positiivisen tai negatiivisen vaikutuksen sonisointitehoon.

Ultraäänikäsittelyn kavitaatiovaikutus riippuu pinta-intensiteetistä, jota kuvataan amplitudi (A), paine (p), reaktorin tilavuus (VR), lämpötila (T), viskositeetti (η) ja muut. Plus- ja miinusmerkit ilmaisevat erityisparametrin positiivisen tai negatiivisen vaikutuksen sonisointitehoon.

Ohjaamalla sonikaatioprosessin tärkein parametri prosessi on täysin toistettavissa ja saavutetut tulokset voidaan skaalata täysin lineaarisesti. Erilaiset sonotrodit ja ultraäänivirtasolureaktorit mahdollistavat mukautumisen tiettyihin prosessivaatimuksiin.

Yhteenveto: Koetintyyppinen SOnicator vs ultraäänikylpy

Vaikka ultraäänikylpy tarjoaa heikon sonikaation, jossa on noin 20 wattia litraa kohti, vain ja hyvin epätasainen jakautuminen, koetintyyppiset sonikaattorit voivat helposti kytkeä noin 20000 wattia litraa kohti käsiteltyyn väliaineeseen. Tämä tarkoittaa, että ultraäänianturityyppinen sonikaattori ylittää ultraäänihauteen kertoimella 1000 (1000x suurempi energian syöttö tilavuutta kohti) keskitetyn ja yhtenäisen ultraäänitehon tulon vuoksi. Tärkeimpien sonikaatioparametrien täydellinen hallinta takaa täysin toistettavat tulokset ja prosessitulosten lineaarisen skaalautuvuuden.

Ota yhteyttä / kysy lisätietoja

Kerro meille käsittelyn vaatimuksista. Suosittelemme projektin sopivia asennus- ja käsittelyparametreja.





Huomaathan, että Tietosuojakäytäntö.


Tämä video näyttää 200 watin ultraäänikupornin laboratorionäytteiden dispergointiin, homogenointiin, uuttamiseen tai kaasunpoistoon.

Ultraääni Cuphorn (200 wattia)

Videon pikkukuva

Kirjallisuus / Viitteet

  • 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.



Usein kysyttyjä kysymyksiä ultraääniantureista (FAQ)

Mikä on ultraäänianturin sonikaattori?

Ultraäänianturin sonikaattori on laite, joka käyttää korkeataajuisia ääniaaltoja häiritsemään tai sekoittamaan näytteitä. Se koostuu koettimesta, joka nesteeseen upotettuna tuottaa ultraäänivärähtelyjä, mikä johtaa kavitaatioon ja haluttuihin näytteenkäsittelyvaikutuksiin.

Mikä on koettimen sonikoinnin periaate?

Koettimen sonikaatio toimii ultraäänikavitaation periaatteella. Kun anturi värähtelee näytteessä, se luo mikroskooppisia kuplia, jotka laajenevat nopeasti ja romahtavat. Tämä prosessi tuottaa voimakkaita leikkausvoimia ja lämpöä, häiritsee soluja tai sekoittaa komponentteja mikroskooppisella tasolla.

Onko ultraäänipuhdistin sama kuin sonicator?

Ei, ne eivät ole samoja. Ultraäänipuhdistin käyttää hyvin lieviä ultraääniaaltoja kylvyssä esineiden puhdistamiseen, pääasiassa tärinän ja erittäin littly kavitaation kautta. Sonikaattori, erityisesti ultraäänianturin sonikaattori, on suunniteltu näytteiden suoraan ja intensiiviseen ultraäänikäsittelyyn, keskittyen häiriöihin tai homogenisointiin.

Mikä on ultraäänianturin käyttö?

Ultraäänianturia käytetään ensisijaisesti näytteenvalmistustehtäviin, kuten solujen häiriöihin, homogenisointiin, emulgointiin ja hiukkasten leviämiseen erilaisissa tutkimus- ja teollisissa sovelluksissa kemian, biologian ja materiaalitieteen aloilla.

Mitä eroa on koettimen sonicatorin ja cup-hornin välillä?

Koettimen sonikaattori upottaa koettimen suoraan näytteeseen voimakasta sonikaatiota varten. Kuppi-sarven sonikaattori ei toisaalta upota koetinta, vaan käyttää epäsuoraa menetelmää, jossa näyte asetetaan astiaan vesihauteessa, joka lähettää ultraäänienergiaa.

Miksi käyttää koettimen sonikaattoria?

Koettimen sonikaattoria käytetään sen kykyyn toimittaa suoraa, korkean intensiteetin ultraäänienergiaa näytteeseen, jolloin saavutetaan tehokas häiriö, homogenisointi tai emulgointi. Se on erityisen arvokas vaikeasti käsiteltävissä näytteissä tai silloin, kun tarvitaan prosessin tarkkaa hallintaa.

Mitkä ovat koettimen sonikaattorin edut?

Edut sisältävät tehokkaan ja nopean näytteenkäsittelyn, monipuolisuuden sovelluksissa, sonikaatioparametrien tarkan hallinnan ja kyvyn käsitellä monenlaisia näytekokoja ja -tyyppejä pienikokoisista laboratorionäytteistä suurempiin teollisuuseriin tai virtausnopeuksiin.

Kuinka käytät ultraäänianturin sonikaattoria?

Ultraäänianturin sonikaattorin käyttö edellyttää sopivan koettimen koon ja sonikaatioparametrien valitsemista, anturin kärjen upottamista näytteeseen ja sitten sonikaattorin aktivointia halutun ajan ja tehoasetusten saavuttamiseksi tehokkaan näytteenkäsittelyn saavuttamiseksi.

Mitä eroa on sonikaatiolla ja ultraäänellä?

Sonikaatio viittaa ääniaaltojen yleiseen käyttöön materiaalien käsittelyyn, joka voi sisältää erilaisia taajuuksia. Ultrasonication määrittelee ultraäänitaajuuksien käytön (tyypillisesti yli 20 kHz) keskittyen sovelluksiin, jotka vaativat korkean energian ääniaaltoja näytteen käsittelyyn. Useimmat ihmiset viittaavat kuitenkin ultraäänilaitteisiin, kun he käyttävät sanaa sonicator.

Keskustelemme mielellämme prosessistanne.

Otetaan yhteyttä.