जांच-प्रकार Sonicators बनाम अल्ट्रासोनिक स्नान

एक जांच-प्रकार के सोनिकेटर और एक अल्ट्रासोनिक स्नान के बीच अंतर को समझना आपको अपने आवेदन के लिए सबसे कुशल विकल्प चुनने में मदद करता है। Hielscher जांच-प्रकार के sonicators सीधे आपके नमूने में तीव्र अल्ट्रासोनिक ऊर्जा पर ध्यान केंद्रित करते हैं, जो प्रसंस्करण समय को कम करता है और सुसंगत, प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य परिणाम सुनिश्चित करता है। इसके विपरीत, अल्ट्रासोनिक स्नान एक बड़े क्षेत्र में ऊर्जा फैलाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप बहुत कम तीव्रता और सीमांत, असमान गुहिकायन होता है। यह कम सोनीशन तीव्रता अक्सर लंबे समय तक प्रसंस्करण समय और अवर परिणामों की ओर ले जाती है।

पायसीकरण, फैलाव, निष्कर्षण, या कण आकार में कमी जैसे कार्यों के लिए, जांच-प्रकार के सोनिकेटर एक समान कतरनी बल और उच्च तीव्रता वाले गुहिकायन उत्पन्न करते हैं। यह प्रत्यक्ष दृष्टिकोण कठिन अनुप्रयोगों और तराजू से आसानी से निपटता है, छोटे प्रयोगशाला परीक्षणों से लेकर पूर्ण उत्पादन रन तक। इस बीच, अल्ट्रासोनिक स्नान हल्के सफाई या कम तीव्रता वाले उपचार के लिए पर्याप्त हो सकते हैं, लेकिन वे अक्सर अधिक मांग वाली नौकरियों के साथ संघर्ष करते हैं जिन्हें आयाम और तापमान पर सटीक नियंत्रण की आवश्यकता होती है। जब आपको विश्वसनीयता, लचीलापन और मजबूत प्रदर्शन की आवश्यकता होती है, तो Hielscher जांच-प्रकार के सोनिकेटर बुनियादी अल्ट्रासोनिक स्नान पर स्पष्ट बढ़त प्रदान करते हैं।

सोनिकेटर कैविटेशन तीव्रता

प्रोब-टाइप सोनिकेटर सीधे तरल माध्यम में उच्च शक्ति अल्ट्रासाउंड पेश करते हैं, जहां ध्वनि तरंगें तरल में बारी-बारी से उच्च दबाव और कम दबाव चक्र बनाती हैं। कम दबाव चक्र के दौरान, उच्च तीव्रता वाली अल्ट्रासोनिक तरंगें तरल में छोटे वैक्यूम बुलबुले या voids बनाती हैं। जब बुलबुले एक मात्रा प्राप्त करते हैं जिस पर वे अब ऊर्जा को अवशोषित नहीं कर सकते हैं, तो वे उच्च दबाव चक्र के दौरान हिंसक रूप से ढह जाते हैं। इस घटना को गुहिकायन कहा जाता है। विस्फोट के दौरान स्थानीय स्तर पर बहुत अधिक तापमान और दबाव पहुंच जाते हैं। गुहिकायन बुलबुले की विविधता भी बेहद तेज तरल जेट में परिणाम.
 

पृष्ठभूमि: अल्ट्रासोनिक Cavitation

मोहोल्कर (2000) ने पाया कि उच्चतम गुहिकायन तीव्रता के क्षेत्र में बुलबुले एक क्षणिक गति से गुजरते हैं, जबकि सबसे कम गुहिकायन तीव्रता के क्षेत्र में बुलबुले स्थिर, दोलन गति से गुजरते हैं। बुलबुले का क्षणिक पतन जो स्थानीय तापमान और दबाव मैक्सिमा को जन्म देता है, रासायनिक प्रणालियों पर अल्ट्रासाउंड के देखे गए प्रभावों की जड़ में है।
अल्ट्रासोनिकेशन की तीव्रता ऊर्जा इनपुट और सोनोट्रोड सतह क्षेत्र का एक कार्य है। किसी दिए गए ऊर्जा इनपुट के लिए लागू होता है: सोनोट्रोड का सतह क्षेत्र जितना बड़ा होगा, अल्ट्रासाउंड की तीव्रता उतनी ही कम होगी।
अल्ट्रासाउंड तरंगों को विभिन्न प्रकार के अल्ट्रासोनिक सिस्टम द्वारा उत्पन्न किया जा सकता है। निम्नलिखित में, अल्ट्रासोनिक स्नान का उपयोग करके सोनीशन, एक खुले पोत में अल्ट्रासोनिक जांच डिवाइस और प्रवाह सेल कक्ष के साथ अल्ट्रासोनिक जांच डिवाइस के बीच अंतर की तुलना की जाएगी।

गुहिकायन वितरण की तुलना

अल्ट्रासोनिक अनुप्रयोगों के लिए, आप अल्ट्रासोनिक जांच (प्रोब-टाइप सोनिकटर) या अल्ट्रासोनिक स्नान का उपयोग कर सकते हैं। “अल्ट्रासोनिकेशन के इन दो तरीकों में, नैनोकणों के फैलाव के आवेदन में अल्ट्रासोनिक स्नान की तुलना में जांच सोनिकेशन अधिक प्रभावी और शक्तिशाली है; अल्ट्रासोनिक स्नान उपकरण लगभग 20-40 W/L और एक बहुत ही गैर-समान वितरण के साथ एक कमजोर अल्ट्रासोनिकेशन प्रदान कर सकता है जबकि अल्ट्रासोनिक जांच उपकरण द्रव में 20,000 W/L प्रदान कर सकता है। इस प्रकार, इसका मतलब है कि एक अल्ट्रासोनिक जांच डिवाइस 1000 के कारक द्वारा अल्ट्रासोनिक स्नान डिवाइस को उत्कृष्ट बनाता है।” (सीएफ. असदी एट अल., 2019)

प्रोब-टाइप सोनिकेटर बनाम अल्ट्रासोनिक बाथ: कैविटेशन वितरण की तुलना

अल्ट्रासोनिक अनुप्रयोगों के दायरे में, जांच-प्रकार के सोनिकेटर और अल्ट्रासोनिक स्नान दोनों महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। हालांकि, जब नैनोपार्टिकल फैलाव की बात आती है, तो जांच सोनिकेटर अल्ट्रासोनिक स्नान से काफी बेहतर प्रदर्शन करते हैं। Asadi (2019) के अनुसार, अल्ट्रासोनिक स्नान आमतौर पर अत्यधिक गैर-समान वितरण के साथ लगभग 20-40 वाट प्रति लीटर की कमजोर अल्ट्रासोनिकेशन उत्पन्न करते हैं। इसके विपरीत, अल्ट्रासोनिक जांच उपकरण तरल में एक आश्चर्यजनक 20000 वाट प्रति लीटर वितरित कर सकते हैं, एक प्रभावशीलता प्रदर्शित करते हैं जो 1000 के कारक से अल्ट्रासोनिक स्नान को पार करता है। यह चिह्नित अंतर कुशल और समान नैनोपार्टिकल फैलाव को प्राप्त करने में जांच-प्रकार के सोनिकेटर की बेहतर क्षमता पर प्रकाश डालता है।

अल्ट्रासोनिक स्नान

एक अल्ट्रासोनिक स्नान में, गुहिकायन गैर-अनुरूप और अनियंत्रित रूप से टैंक के माध्यम से वितरित होता है। सोनिकेशन प्रभाव कम तीव्रता और असमान रूप से फैला हुआ है। प्रक्रिया की पुनरावृत्ति और मापनीयता बहुत खराब है।
नीचे दी गई तस्वीर एक अल्ट्रासोनिक टैंक में पन्नी परीक्षण के परिणाम दिखाती है। इसके लिए, पानी से भरे अल्ट्रासोनिक टैंक के तल पर एक पतली एल्यूमीनियम या टिन की पन्नी रखी जाती है। सोनिकेशन के बाद, एकल क्षरण के निशान दिखाई देते हैं। पन्नी में उन एकल छिद्रित धब्बे और छेद कैविटेशनल हॉट स्पॉट को इंगित करते हैं। कम ऊर्जा और टैंक के भीतर अल्ट्रासाउंड के असमान वितरण के कारण, कटाव के निशान केवल स्पॉट-वार होते हैं। इसलिए, अल्ट्रासोनिक स्नान ज्यादातर सफाई अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किया जाता है।
 

 
नीचे दिए गए आंकड़े अल्ट्रासोनिक स्नान में कैविटेशनल हॉट स्पॉट के असमान वितरण को दर्शाते हैं। चित्र 2 में, 20 के निचले क्षेत्र के साथ एक स्नान×10 सेमी का उपयोग किया गया है।
 

 
चित्र 3 में दिखाए गए मापों के लिए, 12x10cm के निचले स्थान के साथ एक अल्ट्रासोनिक स्नान का उपयोग किया गया है।

 
दोनों मापों से पता चलता है कि अल्ट्रासोनिक टैंकों में अल्ट्रासोनिक विकिरण क्षेत्र का वितरण बहुत असमान है। स्नान में विभिन्न स्थानों पर अल्ट्रासोनिक विकिरण का अध्ययन अल्ट्रासोनिक स्नान में गुहिकायन तीव्रता में महत्वपूर्ण स्थानिक बदलाव दिखाता है।

नीचे दिया गया चित्रा 4 एक अल्ट्रासोनिक स्नान की दक्षता और एक अल्ट्रासोनिक जांच डिवाइस की तुलना करता है जो एज़ो-डाई मिथाइल वायलेट के विघटन द्वारा अनुकरणीय है।

धनलक्ष्मी एट अल ने अपने अध्ययन में पाया कि जांच-प्रकार अल्ट्रासोनिक उपकरणों में टैंक-प्रकार की तुलना में उच्च स्थानीयकृत तीव्रता होती है और इसलिए, चित्रा 4 में दर्शाया गया अधिक स्थानीयकृत प्रभाव होता है। इसका मतलब है कि सोनीशन प्रक्रिया की उच्च तीव्रता और दक्षता।
चित्र 4 में दिखाए गए अनुसार एक अल्ट्रासोनिक सेटअप, आयाम, दबाव, तापमान, चिपचिपाहट, एकाग्रता, रिएक्टर मात्रा जैसे सबसे महत्वपूर्ण मापदंडों पर पूर्ण नियंत्रण की अनुमति देता है।

जांच-प्रकार के सोनिकेटर के फायदे

अल्ट्रासोनिक जांच या सोनोट्रोड्स को अल्ट्रासोनिक ऊर्जा को एक केंद्रित क्षेत्र में केंद्रित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, आमतौर पर जांच की नोक पर। यह केंद्रित ऊर्जा संचरण नमूनों के सटीक और कुशल उपचार की अनुमति देता है। चूंकि जांच डिजाइन यह सुनिश्चित करता है कि अल्ट्रासोनिक ऊर्जा का एक महत्वपूर्ण हिस्सा नमूने की ओर निर्देशित है, अल्ट्रासोनिक स्नान की तुलना में ऊर्जा हस्तांतरण में काफी वृद्धि हुई है। अल्ट्रासाउंड शक्ति का यह केंद्रित संचरण विशेष रूप से उन अनुप्रयोगों के लिए फायदेमंद है जिन्हें सोनिकेशन मापदंडों पर सटीक नियंत्रण की आवश्यकता होती है, जैसे सेल व्यवधान, नैनो-फैलाव, नैनोपार्टिकल संश्लेषण, पायसीकरण और वनस्पति निष्कर्षण।
इसलिए, जांच-प्रकार के सोनिकेटर सटीक, नियंत्रण, लचीलापन, दक्षता और मापनीयता के मामले में अल्ट्रासोनिक स्नान पर अलग-अलग लाभ प्रदान करते हैं, जिससे उन्हें वैज्ञानिक और औद्योगिक अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए अपरिहार्य उपकरण बना दिया जाता है।

ओपन बीकर प्रसंस्करण के लिए जांच-प्रकार Sonicators

जब नमूनों को अल्ट्रासोनिक जांच उपकरण का उपयोग करके सोनिकेट किया जाता है, तो तीव्र सोनीशन ज़ोन सीधे सोनोट्रोड/जांच के नीचे होता है। अल्ट्रासोनिक विकिरण दूरी सोनोट्रोड टिप के एक निश्चित क्षेत्र तक सीमित है। (चित्र 1 देखें)
खुले बीकर में अल्ट्रासोनिक प्रक्रियाओं का उपयोग ज्यादातर व्यवहार्यता परीक्षण के लिए और छोटी मात्रा में नमूना तैयार करने के लिए किया जाता है।

इनलाइन प्रसंस्करण के लिए फ्लो सेल के साथ जांच-प्रकार Sonicators

सबसे परिष्कृत sonication परिणाम एक बंद प्रवाह के माध्यम से मोड में एक सतत प्रसंस्करण द्वारा प्राप्त कर रहे हैं. सभी सामग्री को एक ही अल्ट्रासाउंड तीव्रता द्वारा संसाधित किया जाता है क्योंकि अल्ट्रासोनिक रिएक्टर कक्ष में प्रवाह पथ और निवास समय नियंत्रित होता है।

किसी दिए गए पैरामीटर कॉन्फ़िगरेशन के लिए अल्ट्रासोनिक तरल प्रसंस्करण के प्रक्रिया परिणाम प्रति संसाधित मात्रा में ऊर्जा का एक कार्य हैं। व्यक्तिगत मापदंडों में परिवर्तन के साथ फ़ंक्शन बदलता है। इसके अलावा, एक अल्ट्रासोनिक इकाई के सोनोट्रोड के प्रति सतह क्षेत्र में वास्तविक बिजली उत्पादन और तीव्रता मापदंडों पर निर्भर करती है।

सोनीशन प्रक्रिया के सबसे महत्वपूर्ण पैरामीटर को नियंत्रित करके, प्रक्रिया पूरी तरह से दोहराने योग्य है और प्राप्त परिणामों को पूरी तरह से रैखिक किया जा सकता है। विभिन्न प्रकार के सोनोट्रोड्स और अल्ट्रासोनिक फ्लो सेल रिएक्टर विशिष्ट प्रक्रिया आवश्यकताओं के अनुकूलन की अनुमति देते हैं।

सारांश: जांच-प्रकार Sonicator बनाम अल्ट्रासोनिक स्नान

जबकि एक अल्ट्रासोनिक स्नान लगभग 20 वाट प्रति लीटर के साथ एक कमजोर सोनिकेशन प्रदान करता है, केवल और एक बहुत ही गैर-समान वितरण, जांच-प्रकार के सोनिकेटर आसानी से संसाधित माध्यम में लगभग 20000 वाट प्रति लीटर जोड़ सकते हैं। इसका मतलब यह है कि एक अल्ट्रासोनिक जांच-प्रकार सोनिकेटर एक केंद्रित और समान अल्ट्रासोनिक पावर इनपुट के कारण 1000 (प्रति वॉल्यूम 1000x उच्च ऊर्जा इनपुट) के कारक द्वारा अल्ट्रासोनिक स्नान को उत्कृष्ट बनाता है। सबसे महत्वपूर्ण सोनीशन मापदंडों पर पूर्ण नियंत्रण पूरी तरह से प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य परिणाम और प्रक्रिया परिणामों की रैखिक मापनीयता सुनिश्चित करता है।