Szonda típusú szonikátorok vs. ultrahangos fürdők
Olyan feladatokhoz, mint az emulgeálás, a diszperzió, az extrakció vagy a részecskeméret-csökkentés, a szonda típusú szonda típusú szondák egyenletes nyíróerőket és nagy intenzitású kavitációt generálnak. Ez a közvetlen megközelítés megbirkózik a nehéz alkalmazásokkal, és könnyedén méretezhető a kis laboratóriumi tesztektől a teljes gyártási sorozatokig. Eközben az ultrahangos fürdők elegendőek lehetnek enyhe tisztításhoz vagy alacsony intenzitású kezelésekhez, de gyakran küzdenek olyan igényesebb munkákkal, amelyek az amplitúdó és a hőmérséklet pontos szabályozását igénylik. Ha megbízhatóságra, rugalmasságra és robusztus teljesítményre van szüksége, a Hielscher szonda típusú szonda típusú szondák egyértelmű előnyt kínálnak az alapvető ultrahangos fürdők felett.
Szonda típusú szonikátor vs ultrahangos fürdő – Fedezze fel, miért kiválóak a szonda típusú szondák a hatékonyság és a megbízhatóság terén
Sonicator kavitációs intenzitás
A szonda típusú szondák nagy teljesítményű ultrahangot vezetnek be közvetlenül a folyékony közegbe, ahol a hanghullámok váltakozó nagynyomású és alacsony nyomású ciklusokat hoznak létre a folyadékban. Az alacsony nyomású ciklus alatt a nagy intenzitású ultrahangos hullámok kis vákuumbuborékokat vagy üregeket hoznak létre a folyadékban. Amikor a buborékok elérik azt a térfogatot, amelyen már nem képesek energiát elnyelni, hevesen összeomlanak egy nagynyomású ciklus során. Ezt a jelenséget kavitációnak nevezik. Az implózió során nagyon magas hőmérsékletet és nyomást érnek el helyben. A kavitációs buborék implóziója rendkívül gyors folyadéksugarakat is eredményez.
Háttér: Ultrahangos kavitáció
Moholkar (2000) úgy találta, hogy a legmagasabb kavitációs intenzitású buborékok átmeneti mozgáson mentek keresztül, míg a legalacsonyabb kavitációs intenzitású buborékok stabil, oszcilláló mozgáson mentek keresztül. A buborékok átmeneti összeomlása, amely helyi hőmérsékleti és nyomásmaximumokat eredményez, az ultrahang kémiai rendszerekre gyakorolt megfigyelt hatásainak gyökere.
Az ultrahangos kezelés intenzitása az energiabevitel és a sonotrode felület függvénye. Egy adott energiabevitelre vonatkozik: minél nagyobb a sonotrode felülete, annál alacsonyabb az ultrahang intenzitása.
Az ultrahanghullámokat különböző típusú ultrahangos rendszerek generálhatják. A következőkben összehasonlítjuk az ultrahangos fürdővel, a nyitott edényben lévő ultrahangos szonda eszközzel és az áramlási cellás kamrával ellátott ultrahangos szonda eszköz közötti különbségeket.
1. ábra: Stabil és átmeneti kavitációs buborékok létrehozása. a) elmozdulás, b) átmeneti kavitáció, c) stabil kavitáció, d) nyomás
A kavitációs eloszlás összehasonlítása
Ultrahangos alkalmazásokhoz ultrahangos szondákat (szonda típusú szondákat) vagy ultrahangos fürdőket használhat. “Az ultrahangos kezelés e két módszere közül a szonda szonda szonikálása hatékonyabb és erősebb, mint az ultrahangos fürdő a nanorészecskék diszperziójának alkalmazásában; az ultrahangos fürdőkészülék gyenge ultrahangos kezelést biztosíthat körülbelül 20-40 W? L és nagyon nem egyenletes eloszlással, míg az ultrahangos szonda készülék 20 000 W? L-t tud biztosítani a folyadékba. Így ez azt jelenti, hogy egy ultrahangos szonda eszköz 1000-szeresére emeli az ultrahangos fürdőkészüléket.” (vö. Asadi et al., 2019)
Szonda típusú szonikátorok vs ultrahangos fürdők: a kavitációs eloszlás összehasonlítása
Az ultrahangos alkalmazások területén mind a szonda típusú szonda szondák, mind az ultrahangos fürdők fontos szerepet játszanak. Amikor azonban a nanorészecskék diszperziójáról van szó, a szonda szonda szondái jelentősen felülmúlják az ultrahangos fürdőket. Asadi (2019) szerint az ultrahangos fürdők általában gyengébb ultrahangos kezelést generálnak, körülbelül 20-40 Watt? liter, nagyon nem egyenletes eloszlással. Ezzel éles ellentétben az ultrahangos szondás eszközök elképesztő 20000 watt? liter értéket tudnak szállítani a folyadékba, bemutatva egy olyan hatékonyságot, amely meghaladja az ultrahangos fürdőket 1000-szeresével. Ez a jelentős különbség kiemeli a szonda típusú szondák kiváló képességét a hatékony és egyenletes nanorészecske-diszperzió elérésében.
Ultrahangos fürdők
Ultrahangos fürdőben a kavitáció nem megfelelő és ellenőrizhetetlenül oszlik el a tartályon keresztül. Az ultrahangos hatás alacsony intenzitású és egyenetlenül oszlik el. A folyamat ismételhetősége és méretezhetősége nagyon gyenge.
Az alábbi képen az ultrahangos tartályban végzett fóliavizsgálat eredményei láthatók. Ehhez egy vékony alumínium vagy ón fóliát helyeznek a vízzel töltött ultrahangos tartály aljára. Az ultrahangos kezelés után egyetlen eróziós jel látható. Ezek az egyetlen perforált foltok és lyukak a fóliában jelzik a kavitációs forró pontokat. Az alacsony energia és az ultrahang egyenetlen eloszlása miatt a tartályon belül az eróziós jelek csak foltszerűen fordulnak elő. Ezért az ultrahangos fürdőket többnyire tisztítási alkalmazásokhoz használják.
Ultrahangos fürdőben vagy tartályban az akusztikus kavitáció forró pontja nagyon egyenetlenül fordul elő.
Az alábbi ábrák a kavitációs forró pontok egyenetlen eloszlását mutatják ultrahangos fürdőben. A 2. ábrán egy fürdő, amelynek alsó területe 20×10 cm-t használtak.
A 2. ábra az ultrahangos mező térbeli eloszlását mutatja az ultrahangos fürdőben:
A 3. ábrán látható mérésekhez 12x10 cm-es alsó térrel rendelkező ultrahangos fürdőt használtunk.
A 3. ábra az ultrahangos mező térbeli eloszlását mutatja ultrahangos fürdőben:
Mindkét mérés azt mutatja, hogy az ultrahangos besugárzási mező eloszlása az ultrahangos tartályokban nagyon egyenetlen. Az ultrahangos besugárzás vizsgálata a fürdő különböző pontjain jelentős térbeli eltéréseket mutat az ultrahangos fürdő kavitációs intenzitásában.
Az alábbi 4. ábra összehasonlítja az ultrahangos fürdő és az ultrahangos szonda eszköz hatékonyságát, amelyet az azo-festék metilibolya színtelenítése példáz.
4. ábra: A szonda típusú szonikátorok lokalizált nagyon magas energiaintenzitást alkalmaznak az ultrahangos tartályok és fürdők alacsony ultrahang sűrűségéhez képest.
Dhanalakshmi et al. tanulmányukban megállapították, hogy a szonda típusú ultrahangos készülékek magas lokalizált intenzitással rendelkeznek a tartály típushoz képest, és ezért nagyobb lokalizált hatást fejtenek ki, amint azt a 4. ábra mutatja. Ez az ultrahangos folyamat nagyobb intenzitását és hatékonyságát jelenti.
Az ultrahangos beállítás, amint az a 4. ábrán látható, lehetővé teszi a legfontosabb paraméterek, például amplitúdó, nyomás, hőmérséklet, viszkozitás, koncentráció, reaktor térfogatának teljes ellenőrzését.
1. kép: Sonotrode továbbítja az ultrahangot folyadékba. A sonotrode felszíne alatti ködképződés jelzi a kavitációs forró pont területét.
- erős
- Koncentrált
- Teljesen irányítható
- egyenletes eloszlás
- ismételhető
- Lineáris felskálázás
- Kötegelt és soron belüli
A szonda típusú szonda szonda szonda előnyei:
Az ultrahangos szondákat vagy sonotrodákat úgy tervezték, hogy az ultrahangos energiát fókuszált területre koncentrálják, jellemzően a szonda csúcsán. Ez a fókuszált energiaátvitel lehetővé teszi a minták pontos és hatékony kezelését. Mivel a szonda kialakítása biztosítja, hogy az ultrahangos energia jelentős része a minta felé irányuljon, az energiaátadás jelentősen javul az ultrahangos fürdőkhöz képest. Ez a fókuszált ultrahang-átvitel különösen előnyös olyan alkalmazások esetében, amelyek pontos ellenőrzést igényelnek az ultrahangos paraméterek, például a sejtzavar, a nano-diszperzió, a nanorészecske-szintézis, az emulgeálás és a botanikai extrakció felett.
Ezért a szonda típusú szondák külön előnyöket kínálnak az ultrahangos fürdőkkel szemben a pontosság, az ellenőrzés, a rugalmasság, a hatékonyság és a méretezhetőség szempontjából, így nélkülözhetetlen eszközök a tudományos és ipari alkalmazások széles körében.
Szonda típusú szonikátorok nyitott főzőpohár feldolgozásához
Amikor a mintákat ultrahangos szonda eszközzel ultrahangosítják, az intenzív szonikációs zóna közvetlenül a sonotrode? szonda alatt van. Az ultrahangos besugárzási távolság a sonotrode csúcs egy bizonyos területére korlátozódik. (lásd 1. kép)
A nyitott főzőpoharakban alkalmazott ultrahangos eljárásokat többnyire megvalósíthatósági vizsgálatokra és kisebb mennyiségek mintaelőkészítésére használják.
Szonda típusú szonikátorok áramlási cellával inline feldolgozáshoz
A legkifinomultabb szonikációs eredményeket folyamatos feldolgozással érik el zárt átfolyási módban. Minden anyagot ugyanazzal az ultrahang intenzitással dolgoznak fel, mint az áramlási útvonalat és az ultrahangos reaktorkamrában való tartózkodási időt szabályozzák.
Ultrahangos recirkulációs készlet: UIP1000hdT áramlási cellával, tartállyal és szivattyúval
Az ultrahangos folyadékfeldolgozás folyamateredményei egy adott paraméterkonfigurációhoz a feldolgozott térfogatonkénti energia függvénye. A funkció az egyes paraméterek változásával változik. Továbbá, az ultrahangos egység sonotrode felületének tényleges teljesítménye és intenzitása a paraméterektől függ.
Az ultrahangos feldolgozás kavitációs hatása a felületi intenzitástól függ, amelyet amplitúdó (A), nyomás (p), reaktortérfogat (VR), hőmérséklet (T), viszkozitás (η) és mások írnak le. A plusz és mínusz jelek az adott paraméter pozitív vagy negatív hatását jelzik az ultrahangos intenzitásra.
Az ultrahangos folyamat legfontosabb paraméterének szabályozásával a folyamat teljesen megismételhető, és az elért eredmények teljesen lineárisan méretezhetők. Különböző típusú sonotrodes és ultrahangos áramlási cellás reaktorok lehetővé teszik az alkalmazkodást a specifikus folyamatkövetelményekhez.
Összefoglaló: Probe-típusú szonikátor vs ultrahangos fürdő
Míg az ultrahangos fürdő gyenge szonikációt biztosít kb. 20 Watt? liter, csak és egy nagyon nem egyenletes eloszlás, szonda típusú szonda típusú szonikátorok könnyen összekapcsolhatók kb. 20000 Watt? liter a feldolgozott közegbe. Ez azt jelenti, hogy egy ultrahangos szonda típusú szonikátor kiemelkedik egy ultrahangos fürdő tényezője 1000 (1000x nagyobb energiabevitel térfogatonként) a fókuszált és egyenletes ultrahangos teljesítménybevitel miatt. A legfontosabb szonikációs paraméterek teljes ellenőrzése biztosítja a teljesen reprodukálható eredményeket és a folyamat eredményeinek lineáris skálázhatóságát.
Szonda típusú szonikátor UP200St szonotróddal S26d7D minták tételtípus szerinti homogenizálásához
Irodalom/Hivatkozások
- 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.
Gyakran ismételt kérdések az ultrahangos szondákról (GYIK)
Mi az ultrahangos szonda szonika?
Az ultrahangos szonda szonikátor olyan eszköz, amely nagyfrekvenciás hanghullámokat használ a minták megzavarására vagy keverésére. Ez egy szondából áll, amely folyadékba merítve ultrahangos rezgéseket generál, ami kavitációhoz és a kívánt mintafeldolgozási hatásokhoz vezet.
Mi az elve a szonda szonda szonikálásának?
A szonda szonikálása az ultrahangos kavitáció elvén működik. Amikor a szonda rezeg a mintában, mikroszkopikus buborékokat hoz létre, amelyek gyorsan kitágulnak és összeomlanak. Ez a folyamat intenzív nyíróerőket és hőt generál, megzavarva a sejteket vagy mikroszkopikus szinten keverve az összetevőket.
Az ultrahangos tisztítószer ugyanaz, mint az ultrahangos készülék?
Nem, a kettő nem ugyanaz. Az ultrahangos tisztítószer nagyon enyhe ultrahangos hullámokat használ a fürdőben a tárgyak tisztítására, főleg rezgéssel és nagyon enyhe kavitációval. A szonikátor, különösen az ultrahangos szonda szondás szonika, a minták közvetlen, intenzív ultrahangos kezelésére szolgál, a megszakításra vagy homogenizálásra összpontosítva.
Mi az ultrahangos szonda használata?
Az ultrahangos szondát elsősorban mintaelőkészítési feladatokra használják, mint például a sejtek megzavarása, homogenizálása, emulgeálása és részecskék diszperziója számos kutatási és ipari alkalmazásban a kémia, a biológia és az anyagtudomány területén.
Mi a különbség a szonda szonda sonicator és cup-horn között?
A szonda szonda szonda közvetlenül meríti a szondát a mintába intenzív szonikálás céljából. A csésze kürt szonikátor viszont nem meríti a szondát, hanem közvetett módszert alkalmaz, ahol a mintát egy vízfürdőben lévő tartályba helyezik, amely továbbítja az ultrahangos energiát.
Miért használjon szonda szonda szonda szondát?
A szonda szonda szonikátort arra használják, hogy közvetlen, nagy intenzitású ultrahangos energiát juttasson a mintába, hatékony megszakítást, homogenizálást vagy emulgeálást érjen el. Különösen értékes a nehezen feldolgozható mintákhoz, vagy amikor a folyamat pontos ellenőrzésére van szükség.
Milyen előnyei vannak a szonda szonda szonda szondának?
Az előnyök közé tartozik a hatékony és gyors mintafeldolgozás, az alkalmazások sokoldalúsága, az ultrahangos paraméterek pontos ellenőrzése, valamint a mintaméretek és típusok széles skálájának feldolgozása, a kis térfogatú laboratóriumi mintáktól a nagyobb ipari tételekig vagy áramlási sebességekig.
Hogyan kell használni az ultrahangos szonda szonda szonikátort?
Az ultrahangos szonda szonda szonda használatának használata magában foglalja a megfelelő szonda méretének és ultrahangos paramétereinek kiválasztását, majd az ultrahangos készülék aktiválását a kívánt idő- és teljesítménybeállításokhoz a hatékony mintafeldolgozás elérése érdekében.
Mi a különbség az ultrahangos kezelés és az ultrahangos kezelés között?
Az ultrahangos kezelés a hanghullámok általános használatára utal az anyagok feldolgozásához, amely magában foglalhatja a frekvenciatartományt. Az ultrahangos kezelés meghatározza az ultrahangos frekvenciák használatát (jellemzően 20 kHz felett), olyan alkalmazásokra összpontosítva, amelyek nagy energiájú hanghullámokat igényelnek a minta feldolgozásához. Azonban a legtöbb ember valójában ultrahangos készülékekre utal, amikor az ultrahangos szót használják.