Questions fréquentes sur les ultrasons

Vous trouverez ci-dessous les réponses aux questions les plus fréquentes concernant le traitement par ultrasons. Si vous ne trouvez pas de réponse à votre question, n’hésitez pas à nous la poser. Nous serons heureux de vous aider.

• Puis-je soumettre des solvants à la sonication ?
• De quelle puissance ultrasonore ai-je besoin ?
• Les ultrasons ont-ils un effet sur l’être humain ? Quelles précautions dois-je prendre lors d’un traitement par ultrasons ?
• Quelle est la différence entre les transducteurs magnétostrictifs et piézoélectriques ?
• Pourquoi l’échantillon chauffe-t-il pendant la sonication ?
• Existe-t-il des recommandations générales pour la sonication des échantillons ?
• Hielscher propose-t-il des embouts de sonotrode remplaçables ?

Q : Puis-je soumettre des solvants à la sonication ?

En théorie, la sonication pourrait enflammer des solvants inflammables, car la cavitation peut générer des substances volatiles inflammables ou explosives. Vous devez donc utiliser des appareils à ultrasons et des accessoires adaptés à ce type d’application ultrasonore.
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Si vous avez besoin de soumettre des solvants à la sonication, veuillez nous contacter, afin que nous puissions vous recommander des mesures appropriées.

Q : De quelle puissance ultrasonore ai-je besoin ?

La puissance ultrasonore nécessaire dépend de plusieurs facteurs, notamment :

• le volume soumis à la sonication
• le volume total à traiter
• le temps nécessaire au traitement du volume total
• le matériau à soumettre à la sonication
• le résultat souhaité après le traitement par ultrasons

En général, un volume plus important nécessite une puissance plus élevée (en watts) ou une durée de sonication plus longue. Pour la plupart des types de sonotrodes, la puissance est principalement répartie sur la surface de l’embout. Les sondes de plus petit diamètre génèrent donc un champ de cavitation plus concentré. Une intensité ultrasonore plus élevée (exprimée en puissance par unité de volume) se traduit généralement par une efficacité de traitement accrue.

Q : Les ultrasons ont-ils un effet sur l’être humain ? Quelles précautions dois-je prendre lors d’un traitement par ultrasons ?

Les fréquences ultrasonores se situent au-delà de la plage audible par l’être humain. Les vibrations ultrasonores se transmettent très efficacement aux solides et aux liquides, dans lesquels elles peuvent générer de la cavitation ultrasonore. Vous ne devez donc pas toucher les pièces vibrant sous l’effet des ultrasons ni plonger les mains dans des liquides soumis à la sonication. La transmission des ondes ultrasonores par voie aérienne n’a aucun effet négatif documenté sur le corps humain, car les niveaux de transmission sont très faibles.

Lors de la sonication des liquides, l’effondrement des bulles de cavitation génère un bruit strident. Le niveau sonore dépend de plusieurs facteurs, tels que la puissance, la pression et l’amplitude. Des bruits de fréquences sous-harmoniques (plus basses) peuvent également être générés. Ce bruit audible et ses effets sont comparables à ceux d’autres machines, telles que les moteurs, les pompes ou les soufflantes. Nous recommandons donc de porter des bouchons d’oreilles adaptés lorsque vous restez longtemps à proximité d’un système en fonctionnement. Nous proposons également des caissons d’insonorisation adaptés à nos sonicateurs.

Q : Quelle est la différence entre les transducteurs magnétostrictifs et piézoélectriques ?

Dans les transducteurs magnétostrictifs, la puissance électrique est utilisée pour générer un champ électromagnétique qui fait vibrer un matériau magnétostrictif. Dans les transducteurs piézoélectriques, la puissance électrique est directement convertie en vibrations longitudinales. Les transducteurs piézoélectriques présentent donc un rendement de conversion plus élevé. Cela réduit les besoins en refroidissement. Aujourd’hui, les transducteurs piézoélectriques sont prédominants dans l’industrie.
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Q : Pourquoi l’échantillon chauffe-t-il pendant la sonication ?

Le traitement par ultrasons transmet de la puissance à un liquide. Les oscillations mécaniques entraînent des turbulences et des frottements au sein du liquide. Le traitement par ultrasons génère donc une chaleur considérable pendant le traitement. Un refroidissement efficace est nécessaire pour limiter l’échauffement. Pour les petits échantillons, les flacons ou les béchers en verre doivent être maintenus dans un bain de glace afin de dissiper la chaleur.
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Outre les effets négatifs potentiels des températures élevées sur vos échantillons, par exemple les tissus, l’efficacité de la cavitation diminue lorsque la température augmente.

Q : Existe-t-il des recommandations générales pour la sonication des échantillons ?

Il convient d’utiliser de petits récipients pour le traitement par ultrasons, car la répartition de l’intensité y est plus homogène que dans de grands béchers. La sonotrode doit être immergée suffisamment profondément dans le liquide pour éviter la formation de mousse. Les tissus résistants doivent être macérés, broyés ou pulvérisés (par exemple dans de l’azote liquide) avant la sonication. Le traitement par ultrasons peut générer des radicaux libres susceptibles de réagir avec le matériau. Le balayage de la solution contenant le matériau liquide avec de l’azote liquide ou l’ajout de piégeurs de radicaux, par exemple du dithiothréitol, de la cystéine ou d’autres composés -SH, dans les milieux peut réduire les dommages causés par les radicaux libres oxydants.
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Q : Hielscher propose-t-il des embouts de sonotrode remplaçables ?

Hielscher ne fournit pas d’embouts remplaçables pour les sonotrodes. Les liquides à faible tension superficielle, tels que les solvants, pénètrent généralement dans l’interface entre la sonotrode et l’embout remplaçable. Ce problème s’accentue avec l’amplitude d’oscillation. Le liquide peut entraîner des particules dans la partie filetée. Cela provoque une usure du filetage qui conduit à un découplage de l’embout par rapport à la sonotrode. Si l’embout est découplé, il ne résonne plus à la fréquence de fonctionnement et l’appareil cesse de fonctionner. Hielscher fournit donc uniquement des sondes monoblocs.

Questions fréquentes sur les sonicateurs et leurs composants

Qu’est-ce qu’un générateur d’ultrasons ?

Le générateur d’ultrasons (alimentation électrique) génère des oscillations électriques à une fréquence ultrasonore (supérieure aux fréquences audibles, par exemple 19kHz). Cette énergie est transmise à la sonotrode.

Qu’est-ce qu’une sonotrode/sonde

La sonotrode (également appelée sonde ou cornet) est un composant mécanique qui transmet les vibrations ultrasonores du transducteur au matériau à soumettre à la sonication. Elle doit être fixée très fermement pour éviter les frottements et les pertes. Selon la géométrie de la sonotrode, les vibrations mécaniques sont amplifiées ou réduites. À la surface de la sonotrode, les vibrations mécaniques sont couplées au liquide. Cela entraîne la formation de bulles microscopiques (cavités) qui se dilatent pendant les cycles de basse pression et implosent violemment pendant les cycles de haute pression. Ce phénomène est appelé cavitation acoustique. La cavitation génère des forces de cisaillement élevées à l’extrémité de la sonotrode et provoque une agitation intense du matériau exposé.

Qu’est-ce qu’un transducteur piézoélectrique ?

Le transducteur ultrasonore (convertisseur) est un composant électromécanique qui convertit les oscillations électriques en vibrations mécaniques. Les oscillations électriques sont produites par le générateur. Les vibrations mécaniques sont transmises à la sonotrode.

Quelle est la différence entre un transducteur piézoélectrique et un transducteur magnétostrictif ?

Un transducteur piézoélectrique convertit l’énergie électrique en vibrations mécaniques grâce à des cristaux piézoélectriques qui se déforment lorsqu’un champ électrique est appliqué, offrant un rendement et une précision élevés. Un transducteur magnétostrictif génère des vibrations par effet magnétostrictif : les matériaux magnétiques changent de forme en réponse à un champ magnétique, avec un rendement nettement inférieur à celui des transducteurs piézoélectriques. Tous les sonicateurs Hielscher utilisent des transducteurs piézoélectriques pour un rendement supérieur et un fonctionnement fiable.

Qu’est-ce que l’amplitude ultrasonore / l’amplitude de vibration ?

L’amplitude de vibration décrit l’ampleur de l’oscillation à l’extrémité de la sonotrode. Elle est généralement mesurée de crête à crête. Il s’agit de la distance entre la position de l’extrémité de la sonotrode à son allongement maximal et sa position à sa contraction maximale. Les amplitudes typiques des sonotrodes vont de 20 à 250µm.

Qu’est-ce que la cavitation acoustique ?

La cavitation acoustique est la formation, la croissance et l’effondrement de bulles dans un liquide sous l’effet des fluctuations de pression produites par des ondes sonores de forte intensité. Un sonicateur à sonde constitue un moyen efficace d’induire la cavitation, car il transmet directement au liquide une énergie ultrasonore concentrée. Cela favorise la formation et l’effondrement des bulles, générant localement des conditions intenses, telles que des températures, des pressions et un cisaillement élevés, utiles dans des applications comme la sonochimie, la synthèse de nanoparticules et la désintégration cellulaire.

Quelle est la différence entre la sonication directe et la sonication indirecte ?

La sonication directe consiste à placer une sonde directement dans le liquide, ce qui transmet efficacement l’énergie ultrasonore pour des procédés tels que la lyse cellulaire ou la synthèse de nanoparticules. À l’inverse, la sonication indirecte transmet l’énergie ultrasonore à travers un récipient ou un milieu, évitant tout contact direct avec l’échantillon. Cette méthode est idéale pour prévenir la contamination ou traiter de petits volumes, mais elle présente généralement une efficacité énergétique moindre.
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Les sonotrodes/sondes sont-elles autoclavables ?

Oui, les sonotrodes et les cellules à circulation Hielscher peuvent être autoclavées. Veuillez consulter les consignes ci-dessous pour effectuer correctement cette opération. Le générateur, le transducteur, les câbles et les connecteurs ne doivent pas être autoclavés !
Téléchargez ici les consignes pour l’autoclavage des sonotrodes et des cellules à circulation !