Hielscher अल्ट्रासाउंड प्रौद्योगिकी

जांच-प्रकार Sonication बनाम अल्ट्रासोनिक स्नान: एक दक्षता तुलना

Sonication प्रक्रियाओं एक जांच-प्रकार अल्ट्रासोनिक homogenizer या एक अल्ट्रासोनिक स्नान के उपयोग के द्वारा किया जा सकता है। हालांकि, दोनों तकनीकों नमूना करने के लिए अल्ट्रासाउंड लागू होते हैं, वहाँ प्रभावशीलता, कार्यकुशलता और प्रक्रिया क्षमताओं में उल्लेखनीय अंतर है।

तरल पदार्थ के ultrasonication से वांछित प्रभाव – समेत एकरूपता, dispersing, deagglomeration, पिसाई, पायसीकरण, निष्कर्षण, lysis, विघटन तथा sonochemical प्रभाव - के कारण होता है गुहिकायन। तरल माध्यम में उच्च शक्ति अल्ट्रासाउंड पेश करके, ध्वनि तरंगें तरल पदार्थ में फैलती हैं और आवृत्ति के आधार पर दरों के साथ वैकल्पिक उच्च दबाव (संपीड़न) और कम दबाव (दुर्लभ प्रतिक्रिया) चक्र बनाती हैं। कम दबाव चक्र के दौरान, उच्च तीव्रता अल्ट्रासोनिक तरंगें तरल में छोटे वैक्यूम बुलबुले या voids बनाते हैं। जब बुलबुले एक मात्रा प्राप्त करते हैं जिस पर वे अब ऊर्जा को अवशोषित नहीं कर सकते हैं, तो वे उच्च दबाव वाले चक्र के दौरान हिंसक रूप से गिर जाते हैं। इस घटना को cavitation कहा जाता है। प्रत्यारोपण के दौरान बहुत अधिक तापमान (लगभग 5,000 के) और दबाव (लगभग 2,000atm) स्थानीय स्तर पर पहुंच जाते हैं। पोकेशन बबल के प्रत्यारोपण के परिणामस्वरूप 280 मीटर / एस वेग तक तरल जेट होते हैं। [Suslick 1998]

गुहिकायन बुलबुले स्थिर और क्षणिक बुलबुले में विभेदित किया जा सकता। (बड़ा करने के लिए क्लिक करें!)

Moholkar एट अल। (2000) में पाया गया कि उच्चतम गुहिकायन तीव्रता के क्षेत्र में बुलबुले एक क्षणिक गति से गुजरना पड़ा था, जबकि सबसे कम गुहिकायन तीव्रता के क्षेत्र में बुलबुले स्थिर / oscillatory गति से गुजरना पड़ा था। कि स्थानीय तापमान और दबाव मॅक्सिमा को जन्म देता है बुलबुले के क्षणिक पतन रासायनिक सिस्टम पर अल्ट्रासाउंड के मनाया प्रभाव की जड़ में है।
ultrasonication की तीव्रता ऊर्जा इनपुट और sonotrode सतह क्षेत्र के एक समारोह है। एक दिया ऊर्जा इनपुट के लिए लागू होता है: बड़ा की sonotrode सतह क्षेत्र, कम अल्ट्रासाउंड की तीव्रता।
अल्ट्रासाउंड तरंगों अल्ट्रासोनिक प्रणाली के विभिन्न प्रकार के द्वारा उत्पन्न किया जा सकता है। निम्नलिखित में, एक अल्ट्रासोनिक स्नान का उपयोग sonication के बीच मतभेद, एक खुला पोत और प्रवाह सेल चैम्बर के साथ अल्ट्रासोनिक जांच डिवाइस में अल्ट्रासोनिक जांच डिवाइस तुलना की जाएगी।

cavitational गर्म स्थान वितरण की तुलना

अल्ट्रासोनिक घोल

एक अल्ट्रासोनिक स्नान में, गुहिकायन गैर पक्षधर और अनियंत्रित टैंक के माध्यम से वितरित होता है। sonication के प्रभाव है की कम तीव्रता तथा असमान फैलाना। repeatability और प्रक्रिया की क्षमता बहुत खराब है।
नीचे दिए गए चित्र एक अल्ट्रासोनिक टैंक में एक पन्नी परीक्षण के परिणाम दिखाता है। इसलिए, एक पतली एल्यूमीनियम या टिन पन्नी एक पानी से भरे टैंक अल्ट्रासोनिक के तल पर रखा गया है। Sonication के बाद, एक कटाव के निशान दिखाई दे रहे हैं। उन एकल छिद्रित धब्बे और पन्नी में छेद cavitational हॉट स्पॉट संकेत मिलता है। कि वजह से कम ऊर्जा और यह असमतल टैंक के भीतर अल्ट्रासाउंड का वितरण, कटाव के निशान ही मौके के लिहाज से पाए जाते हैं। इसलिए, अल्ट्रासोनिक स्नान ज्यादातर आवेदनों की सफाई के लिए उपयोग किया जाता है।

In an ultrasonic bath or tank, the ultrasonic "hot spots" बहुत ही असमान रूप से होते हैं। (बड़ा करने के लिए क्लिक करें!)
नीचे दिए गए आंकड़े एक अल्ट्रासोनिक स्नान में cavitational हॉट स्पॉट के असमान वितरण दिखा। छवि में। 2, 20 के नीचे क्षेत्र के साथ एक स्नान×10 सेमी इस्तेमाल किया गया है।
एक अल्ट्रासोनिक स्नान में असमान गुहिकायन (बड़ा आकार देखने के लिए क्लिक करें!)

अंजीर। 3 में दिखाया गया माप के लिए, 12x10cm के नीचे अंतरिक्ष के साथ एक अल्ट्रासोनिक स्नान इस्तेमाल किया गया है।
आंकड़ा एक अल्ट्रासोनिक स्नान में अल्ट्रासोनिक हॉट स्पॉट का असमान स्थानिक वितरण प्रदर्शित करता है। (बड़ा करने के लिए क्लिक करें!)
दोनों माप पता चलता है कि अल्ट्रासोनिक टैंक में अल्ट्रासोनिक विकिरण क्षेत्र के वितरण बहुत ही असमान है।
स्नान में विभिन्न स्थानों पर अल्ट्रासोनिक विकिरण का अध्ययन अल्ट्रासोनिक स्नान में गुहिकायन तीव्रता में महत्वपूर्ण स्थानिक विविधताओं को दर्शाता है।

अंजीर। 4 नीचे एक अल्ट्रासोनिक स्नान की दक्षता और एक अल्ट्रासोनिक जांच डिवाइस azo डाई मिथाइल वायलेट के रंग हटाने की क्रिया द्वारा उदाहरण है।
जांच-प्रकार sonication द्वारा उच्च दक्षता (बड़ा आकार देखने के लिए क्लिक करें!)
धनलक्ष्मी एट अल। अपने अध्ययन में पाया गया कि जांच-प्रकार अल्ट्रासोनिक उपकरणों एक है उच्च स्थानीय तीव्रता टैंक-प्रकार और इसलिए, अधिक से अधिक स्थानीय प्रभाव छवि में दिखाया गया के रूप में की तुलना में। 4. यह एक उच्च तीव्रता और sonication प्रक्रिया की क्षमता का मतलब है।
आयाम, दबाव, तापमान, चिपचिपापन, एकाग्रता, रिएक्टर मात्रा - एक अल्ट्रासोनिक सेटअप के रूप में चित्र 4 में दिखाया गया है, सबसे महत्वपूर्ण मापदंडों पर पूरा नियंत्रण के लिए अनुमति देता है।

जांच प्रकार sonication बहुत प्रभावी और कुशल cvs एक sonicator स्नान है

साथ जांच-प्रकार sonication UP200Ht

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Ultrasonic processing: Cavitational "hot spot"

Pic 1: अल्ट्रासोनिक sonotrode तरल में ध्वनि तरंगों संचारण। फॉगिंग sonotrode की सतह के नीचे cavitational गर्म स्थान क्षेत्र इंगित करता है।

फायदे जांच-Sonication:

  • तीव्र
  • ध्यान केंद्रित
  • पूरी तरह से चलाया
  • समान वितरण
  • प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य
  • रैखिक पैमाने-अप
  • बैच और इन-लाइन

एक खुला बीकर में अल्ट्रासोनिक जांच डिवाइस

नमूने एक अल्ट्रासोनिक जांच डिवाइस का उपयोग sonicated कर रहे हैं, तीव्र sonication के क्षेत्र sonotrode / जांच के ठीक नीचे है। अल्ट्रासोनिक विकिरण दूरी sonotrode की नोक की एक निश्चित क्षेत्र तक सीमित है। (Pic.1 देखें)
खुला बीकर में अल्ट्रासोनिक प्रक्रियाओं ज्यादातर व्यवहार्यता परीक्षण के लिए और छोटे खंडों का नमूना तैयार करने के लिए उपयोग किया जाता है।

सतत प्रवाह मोड में अल्ट्रासोनिक जांच उपकरण

सबसे अधिक परिष्कृत sonication के परिणाम एक बंद फ्लो-थ्रू मोड में एक सतत प्रक्रिया के द्वारा प्राप्त कर रहे हैं। सभी सामग्री एक ही अल्ट्रासाउंड तीव्रता द्वारा संसाधित किया जाता है के रूप में अल्ट्रासोनिक रिएक्टर कक्ष में प्रवाह पथ और निवास समय नियंत्रित किया जाता है।

प्रवाह सेल रिएक्टर के साथ अल्ट्रासोनिक इनलाइन प्रसंस्करण (बड़ा आकार देखने के लिए क्लिक करें!)

Pic। 4: 1kW अल्ट्रासोनिक प्रणाली UIP1000hd प्रवाह सेल और पंप के साथ

किसी दिए गए पैरामीटर विन्यास के लिए अल्ट्रासोनिक तरल प्रसंस्करण की प्रक्रिया का परिणाम है संसाधित मात्रा प्रति ऊर्जा के एक समारोह कर रहे हैं। समारोह व्यक्तिगत मापदंडों में परिवर्तन के साथ बदल जाता है। इसके अलावा, वास्तविक बिजली उत्पादन और एक अल्ट्रासोनिक इकाई के sonotrode की सतह क्षेत्र प्रति तीव्रता मापदंडों पर निर्भर करता है।

, रिएक्टर मात्रा (वीआर), तापमान (टी), और चिपचिपापन (η) अल्ट्रासोनिक प्रसंस्करण का सबसे महत्वपूर्ण मापदंडों आयाम (ए), दबाव (पी) शामिल हैं।

अल्ट्रासोनिक प्रसंस्करण के cavitational प्रभाव सतह तीव्रता जो आयाम (ए) द्वारा वर्णित है, दबाव (पी), रिएक्टर मात्रा (वीआर), तापमान (टी), चिपचिपाहट (η) और दूसरों पर निर्भर करता है। धन और ऋण संकेत sonication तीव्रता पर विशिष्ट पैरामीटर का एक सकारात्मक या नकारात्मक प्रभाव से संकेत मिलता है।

sonication प्रक्रिया का सबसे महत्वपूर्ण पैरामीटर नियंत्रित करके प्रक्रिया पूरी तरह से repeatable है और हासिल परिणाम पूरी तरह से रेखीय बढ़ाया जा सकता है। sonotrodes और अल्ट्रासोनिक प्रवाह सेल रिएक्टरों के विभिन्न प्रकार विशिष्ट प्रक्रिया की आवश्यकताओं के रूपांतरण के लिए अनुमति देते हैं।

सारांश

एक जबकि अल्ट्रासोनिक घोल प्रदान करता है एक कमज़ोर लगभग साथ sonication। 20-40 डब्ल्यू / एल और एक बहुत ही असमान वितरण, अल्ट्रासोनिक जांच-प्रकार उपकरणों को आसानी से जोड़ी लगभग कर सकते हैं। 20.000 डब्ल्यू / संसाधित माध्यम में एल। इसका मतलब है कि एक अल्ट्रासोनिक जांच-प्रकार इस उपकरण में एक की वजह से 1000 के कारक (मात्रा प्रति 1000x उच्च ऊर्जा इनपुट) द्वारा एक अल्ट्रासोनिक स्नान excels ध्यान केंद्रित तथा वर्दी अल्ट्रासोनिक पावर इनपुट। सबसे महत्वपूर्ण sonication पर पूरा नियंत्रण सुनिश्चित पैरामीटर पूरी तरह से प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य परिणाम और रैखिक scalability प्रक्रिया परिणामों की।

एक जांच-प्रकार ultrasonicator के साथ शक्तिशाली sonication।

Pic.3: एक खुला टेस्ट ट्यूब में Sonication एक का उपयोग कर अल्ट्रासोनिक प्रयोगशाला उपकरण sonotrode / जांच के साथ

साहित्य / संदर्भ

 

  • धनलक्ष्मी, एन पी .; नागराजन, आर (2011): मिथाइल वायलेट की रासायनिक गिरावट की अल्ट्रासोनिक तीव्रीकरण: एक प्रायोगिक अध्ययन। में: दुनिया Acsd। विज्ञान। इंजीनियर्स टेक 2011, Vol.59, 537-542।
  • Kiani, एच .; जांग, जेड डेलगाडो, ए .; सूर्य, D.-W. (2011): ठंड के दौरान कुछ तरल और ठोस मॉडल खाद्य पदार्थों की अल्ट्रासाउंड सहायता प्रदान की न्यूक्लिएशन। में: खाद्य रेस। Intl। 2011, Vol.44 / सं .9, 2915-2921।
  • Moholkar, वी एस .; सेबल, एस पी .; पंडित, ए बी (2000): ध्वनिक उत्सर्जन का उपयोग कर एक अल्ट्रासोनिक स्नान में गुहिकायन तीव्रता का मिलान। में: AIChE जे 2000, Vol.46 / नं .4, 684-694।
  • Nascentes, सी सी .; कॉर्न, एम .; सूज़ा, सी एस .; Arruda, एम ए जेड (2001): अल्ट्रासोनिक स्नान का उपयोग विश्लेषणात्मक अनुप्रयोगों के लिए: अनुकूलन शर्तों के लिए एक नया दृष्टिकोण। में: जे ब्राज़। रसायन। समाज। 2001, vol.12 / नंबर 1, 57-63।
  • सैंटोस, एच एम .; लोडेइरो, सी, Capelo-मार्टिनेज, J.-L. (2009): अल्ट्रासाउंड की शक्ति। में: रसायन विज्ञान में अल्ट्रासाउंड: विश्लेषणात्मक आवेदन। (एड। J.-L. Capelo-मार्टिनेज द्वारा)। विले-VCH: Weinheim, 2009 1-16।
  • Suslick, के एस (1998): रासायनिक प्रौद्योगिकी के किर्क-Othmer विश्वकोश; 4 एड। जे विले & संस: ंयूयॉर्क, 1998, vol. 26, 517-541 ।

 

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जानने के योग्य तथ्य

अल्ट्रासोनिक ऊतक homogenizers अक्सर जांच sonicator, ध्वनि lyser, अल्ट्रासाउंड disruptor, अल्ट्रासोनिक ग्राइंडर, सोनो-ruptor, sonifier, ध्वनि dismembrator, सेल बाधक, अल्ट्रासोनिक disperser या dissolver के रूप में भेजा जाता है। अलग-अलग शब्दों विभिन्न अनुप्रयोगों है कि sonication द्वारा पूरा किया जा सकता से परिणाम।