Probe-Type Sonicators ընդդեմ ուլտրաձայնային լոգարանների
Այնպիսի առաջադրանքների համար, ինչպիսիք են էմուլսացումը, ցրումը, արդյունահանումը կամ մասնիկների չափի կրճատումը, զոնդային տիպի sonicators-ը առաջացնում է միատեսակ կտրող ուժեր և բարձր ինտենսիվության կավիտացիա: Այս ուղղակի մոտեցումը լուծում է կոշտ ծրագրերը և հեշտությամբ մասշտաբվում է փոքր լաբորատոր փորձարկումներից մինչև ամբողջական արտադրական փուլեր: Միևնույն ժամանակ, ուլտրաձայնային լոգանքները կարող են բավարար լինել մեղմ մաքրման կամ ցածր ինտենսիվության բուժման համար, բայց դրանք հաճախ պայքարում են ավելի պահանջկոտ աշխատանքների հետ, որոնք պահանջում են ճշգրիտ հսկողություն ամպլիտուդի և ջերմաստիճանի նկատմամբ: Երբ ձեզ անհրաժեշտ է հուսալիություն, ճկունություն և կայուն կատարում, Hielscher զոնդային տիպի sonicators-ը հստակ առավելություն է տալիս հիմնական ուլտրաձայնային լոգանքների նկատմամբ:
Զոնդի տիպի sonicator ընդդեմ ուլտրաձայնային բաղնիք – Բացահայտեք, թե ինչու են զոնդային տիպի sonicators-ը գերազանցում արդյունավետությամբ և հուսալիությամբ
Sonicator կավիտացիայի ինտենսիվությունը
Զոնդի տիպի sonicators-ը ներկայացնում է բարձր հզորության ուլտրաձայնը անմիջապես հեղուկ միջավայրում, որտեղ ձայնային ալիքները հեղուկում ստեղծում են բարձր ճնշման և ցածր ճնշման փոփոխվող ցիկլեր: Ցածր ճնշման ցիկլի ընթացքում բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնային ալիքները հեղուկում ստեղծում են փոքր վակուումային փուչիկներ կամ դատարկություններ: Երբ փուչիկները հասնում են այնպիսի ծավալի, որով նրանք այլևս չեն կարող էներգիա կլանել, նրանք կատաղի փլուզվում են բարձր ճնշման ցիկլի ընթացքում: Այս երեւույթը կոչվում է կավիտացիա: Պայթյունի ժամանակ տեղական մակարդակում հասնում են շատ բարձր ջերմաստիճանների և ճնշումների: Կավիտացիոն պղպջակի պայթյունը նաև հանգեցնում է չափազանց արագ հեղուկ շիթերի:
Նախապատմություն. Ուլտրաձայնային կավիտացիա
Մոհոլկարը (2000) պարզել է, որ կավիտացիայի ամենաբարձր ինտենսիվության շրջանի փուչիկները ենթարկվել են անցողիկ շարժման, մինչդեռ ամենացածր կավիտացիայի ինտենսիվության շրջանի փուչիկները ենթարկվել են կայուն, տատանողական շարժման: Պղպջակների անցողիկ փլուզումը, որը առաջացնում է տեղական ջերմաստիճանի և ճնշման մաքսիմումներ, գտնվում է քիմիական համակարգերի վրա ուլտրաձայնի դիտարկվող ազդեցության հիմքում:
Ուլտրաձայնային ինտենսիվությունը էներգիայի ներդրման և sonotrode մակերեսի ֆունկցիան է: Տվյալ էներգիայի ներդրման համար կիրառվում է. որքան մեծ է sonotrode-ի մակերեսը, այնքան ցածր է ուլտրաձայնի ինտենսիվությունը:
Ուլտրաձայնային ալիքները կարող են առաջանալ տարբեր տեսակի ուլտրաձայնային համակարգերի միջոցով: Հետևյալում կհամեմատվեն ուլտրաձայնային բաղնիքի, ուլտրաձայնային զոնդի սարքի, բաց նավի և ուլտրաձայնային զոնդի սարքի միջև եղած տարբերությունները՝ հոսքային բջիջների խցիկով:
Նկար 1. Կայուն և անցողիկ կավիտացիոն փուչիկների ստեղծում: ա) տեղաշարժ, բ) անցողիկ կավիտացիա, գ) կայուն կավիտացիա, դ) ճնշում
[հարմարեցված է Santos et al. 2009]
Կավիտացիայի բաշխման համեմատություն
Ուլտրաձայնային կիրառման համար կարող եք օգտագործել ուլտրաձայնային զոնդեր (զոնդի տիպի ձայնային սարքեր) կամ ուլտրաձայնային լոգարաններ: “Ուլտրաձայնային այս երկու մեթոդների շարքում զոնդը ավելի արդյունավետ և հզոր է, քան ուլտրաձայնային բաղնիքը նանոմասնիկների ցրման կիրառման մեջ; Ուլտրաձայնային լոգանքի սարքը կարող է ապահովել թույլ ուլտրաձայնային ազդեցություն մոտավորապես 20-40 Վտ/լ հզորությամբ և շատ ոչ միասնական բաշխմամբ, մինչդեռ ուլտրաձայնային զոնդ սարքը կարող է ապահովել 20,000 Վտ/լ հեղուկի մեջ: Այսպիսով, դա նշանակում է, որ ուլտրաձայնային զոնդ սարքը գերազանցում է ուլտրաձայնային լոգանքի սարքը 1000 գործակցով:” (տես Asadi et al., 2019)
Զոնդի տիպի Sonicators ընդդեմ ուլտրաձայնային բաղնիքների. կավիտացիայի բաշխման համեմատություն
Ուլտրաձայնային կիրառությունների ոլորտում և՛ զոնդային տիպի ձայնային սարքերը, և՛ ուլտրաձայնային լոգանքները կարևոր դեր են խաղում: Այնուամենայնիվ, երբ խոսքը վերաբերում է նանոմասնիկների ցրմանը, զոնդերի ձայնային սարքերը զգալիորեն գերազանցում են ուլտրաձայնային լոգանքները: Ըստ Asadi-ի (2019), ուլտրաձայնային լոգանքները սովորաբար առաջացնում են ավելի թույլ ուլտրաձայնային ազդեցություն՝ մոտ 20-40 Վտ մեկ լիտրի համար՝ խիստ ոչ միատեսակ բաշխմամբ: Ի հակադրություն՝ ուլտրաձայնային զոնդ սարքերը կարող են ապշեցուցիչ 20000 Վտ/լիտր հեղուկ հասցնել՝ ցուցադրելով արդյունավետություն, որը գերազանցում է ուլտրաձայնային լոգանքները 1000-ով:
Ուլտրաձայնային լոգարաններ
Ուլտրաձայնային լոգարանում կավիտացիան տեղի է ունենում անհամապատասխան և անվերահսկելիորեն բաշխված տանկի միջով: The sonication ազդեցությունը ցածր ինտենսիվության եւ անհավասար տարածված. Գործընթացի կրկնելիությունը և մասշտաբայնությունը շատ վատ է:
Ստորև նկարը ցույց է տալիս ուլտրաձայնային բաքում փայլաթիթեղի փորձարկման արդյունքները: Դրա համար բարակ ալյումինե կամ թիթեղյա փայլաթիթեղ է դրվում ջրով լցված ուլտրաձայնային բաքի հատակին: Սոնիկացումից հետո երևում են միայնակ էրոզիայի հետքեր: Փայլաթիթեղի վրա միայն ծակոտած բծերը և անցքերը ցույց են տալիս կավիտացիոն թեժ կետերը: Ցածր էներգիայի և տանկի ներսում ուլտրաձայնի անհավասար բաշխման պատճառով էրոզիայի հետքերը հայտնվում են միայն տեղում: Այսպիսով, ուլտրաձայնային լոգանքները հիմնականում օգտագործվում են մաքրման համար:
Ուլտրաձայնային լոգարանում կամ տանկի մեջ ակուստիկ կավիտացիայի թեժ կետը տեղի է ունենում շատ անհավասարաչափ:
Ստորև բերված նկարները ցույց են տալիս կավիտացիոն թեժ կետերի անհավասար բաշխումը ուլտրաձայնային լոգարանում: Նկար 2-ում 20 ներքևի մակերեսով լոգանք×Օգտագործված է 10սմ.
Նկար 2-ը ցույց է տալիս ուլտրաձայնային դաշտի տարածական բաշխումը ուլտրաձայնային լոգարանում.
ա) լոգարանում 1 լ ջուր օգտագործելը և բ) լոգարանում 2 լ ջրի ընդհանուր ծավալը օգտագործելը:
[Nascentes et al., 2010]
Նկար 3-ում ներկայացված չափումների համար օգտագործվել է ուլտրաձայնային լոգարան՝ 12x10 սմ ներքևի տարածությամբ:
Նկար 3-ը ցույց է տալիս ուլտրաձայնային դաշտի տարածական բաշխումը ուլտրաձայնային լոգարանում.
ա) լոգարանում 1 լ ջուր օգտագործելը և բ) լոգարանում 1,3 լ ջրի ընդհանուր ծավալը օգտագործելը:
[Nascentes et al., 2001]
Երկու չափումներն էլ ցույց են տալիս, որ ուլտրաձայնային ճառագայթման դաշտի բաշխումը ուլտրաձայնային տանկերում շատ անհավասար է: Լոգանքի տարբեր վայրերում ուլտրաձայնային ճառագայթման ուսումնասիրությունը ցույց է տալիս ուլտրաձայնային լոգարանում կավիտացիայի ինտենսիվության զգալի տարածական տատանումներ:
Ստորև նկար 4-ը համեմատում է ուլտրաձայնային բաղնիքի և ուլտրաձայնային զոնդի սարքի արդյունավետությունը, որն օրինակ է ազո-ներկ Մեթիլ Վիոլետի գունազրկմամբ:
Նկար 4. Զոնդի տիպի sonicators-ը տեղակայում է շատ բարձր էներգիայի ինտենսիվություն՝ համեմատած ուլտրաձայնային տանկերի և լոգարանների ցածր ուլտրաձայնային խտության հետ:
Դհանալակշմի և այլք: իրենց ուսումնասիրության ընթացքում պարզվել է, որ զոնդային տիպի ուլտրաձայնային սարքերը ունեն բարձր տեղայնացված ինտենսիվություն՝ համեմատած տանկի տեսակի հետ և, հետևաբար, ավելի մեծ տեղայնացված ազդեցություն, ինչպես պատկերված է նկար 4-ում:
Ուլտրաձայնային կարգավորումը, ինչպես ցույց է տրված նկար 4-ում, թույլ է տալիս լիարժեք վերահսկել ամենակարևոր պարամետրերը, ինչպիսիք են ամպլիտուդը, ճնշումը, ջերմաստիճանը, մածուցիկությունը, կոնցենտրացիան, ռեակտորի ծավալը:
Նկար 1. Sonotrode-ն էներգիայի ուլտրաձայնը փոխանցելով հեղուկի մեջ: Sonotrode մակերեսի տակ մառախուղը ցույց է տալիս կավիտացիոն թեժ կետի տարածքը:
- ինտենսիվ
- կենտրոնացած
- լիովին վերահսկելի
- հավասարաչափ բաշխում
- վերարտադրելի
- Գծային մասշտաբը
- Խմբաքանակային և ներկառուցված
Probe-Type Sonicators-ի առավելությունները
Ուլտրաձայնային զոնդերը կամ sonotrodes-ը նախատեսված են ուլտրաձայնային էներգիան կենտրոնացված տարածքի մեջ կենտրոնացնելու համար, սովորաբար զոնդի ծայրին: Այս կենտրոնացված էներգիայի փոխանցումը թույլ է տալիս ճշգրիտ և արդյունավետ մշակել նմուշները: Քանի որ զոնդի դիզայնը ապահովում է, որ ուլտրաձայնային էներգիայի զգալի մասը ուղղվում է դեպի նմուշը, էներգիայի փոխանցումը զգալիորեն մեծանում է, երբ համեմատվում է ուլտրաձայնային լոգանքների հետ: Ուլտրաձայնային էներգիայի այս կենտրոնացված փոխանցումը հատկապես ձեռնտու է այն ծրագրերի համար, որոնք պահանջում են ճշգրիտ հսկողություն ձայնային արտանետման պարամետրերի վրա, ինչպիսիք են բջիջների խանգարումը, նանո-ցրումը, նանոմասնիկների սինթեզը, էմուլսացումը և բուսաբանական արդյունահանումը:
Հետևաբար, զոնդային տիպի sonicators-ը հստակ առավելություններ է տալիս ուլտրաձայնային լոգանքների նկատմամբ՝ ճշգրտության, վերահսկման, ճկունության, արդյունավետության և մասշտաբայնության առումով՝ դրանք դարձնելով անփոխարինելի գործիքներ գիտական և արդյունաբերական լայն կիրառությունների համար:
Զոնդի տիպի Sonicators բաց բաժակների մշակման համար
Երբ նմուշները sonicated օգտագործելով ուլտրաձայնային զոնդ սարք, ինտենսիվ sonication գոտին ուղղակիորեն տակ sonotrode / զոնդ. Ուլտրաձայնային ճառագայթման հեռավորությունը սահմանափակվում է sonotrode ծայրի որոշակի տարածքով: (տես նկար 1)
Բաց բաժակներում ուլտրաձայնային պրոցեսները հիմնականում օգտագործվում են տեխնիկատնտեսական հիմնավորման և փոքր ծավալների նմուշների պատրաստման համար:
Զոնդի տիպի Sonicators հոսքային բջիջով ներկառուցված մշակման համար
Sonication-ի առավել բարդ արդյունքները ձեռք են բերվում շարունակական մշակման միջոցով փակ հոսքի ռեժիմում: Ամբողջ նյութը մշակվում է նույն ուլտրաձայնային ինտենսիվությամբ, ինչպես վերահսկվում է հոսքի ուղին և ուլտրաձայնային ռեակտորի խցիկում մնալու ժամանակը:
Ուլտրաձայնային վերաշրջանառության հավաքածու՝ UIP1000hdT հոսքի բջիջով, տանկով և պոմպով
Ուլտրաձայնային հեղուկի մշակման գործընթացի արդյունքները տվյալ պարամետրի կոնֆիգուրացիայի համար հանդիսանում են մեկ մշակված ծավալի էներգիայի ֆունկցիա: Ֆունկցիան փոխվում է առանձին պարամետրերի փոփոխություններով: Ավելին, ուլտրաձայնային միավորի sonotrode-ի մեկ մակերեսի վրա իրական հզորությունը և ինտենսիվությունը կախված են պարամետրերից:
Ուլտրաձայնային մշակման կավիտացիոն ազդեցությունը կախված է մակերեսի ինտենսիվությունից, որը նկարագրվում է առատությամբ (A), ճնշումով (p), ռեակտորի ծավալով (VR), ջերմաստիճանով (T), մածուցիկությամբ (η) և այլն: Պլյուս և մինուս նշանները ցույց են տալիս կոնկրետ պարամետրի դրական կամ բացասական ազդեցությունը ձայնային արտանետման ինտենսիվության վրա:
Ըստ վերահսկելով ամենակարևոր պարամետրը sonication գործընթացի գործընթացը լիովին կրկնվում է, և ձեռք բերված արդյունքները կարող են մասշտաբավորվել ամբողջությամբ գծային: Տարբեր տեսակի sonotrodes և ուլտրաձայնային հոսքի բջջային ռեակտորներ թույլ են տալիս հարմարվել գործընթացի հատուկ պահանջներին:
Համառոտ. Probe-Type Sonicator vs Ultrasonic Bath
Մինչդեռ ուլտրաձայնային լոգանքն ապահովում է թույլ հնչյունավորում մոտ. 20 Վտ մեկ լիտրի համար, միայն և շատ ոչ միատեսակ բաշխում, զոնդային տիպի ձայնային սարքերը հեշտությամբ կարող են միացնել մոտ. Մշակված միջավայրում 20000 Վտ մեկ լիտրում: Սա նշանակում է, որ ուլտրաձայնային զոնդի տիպի sonicator-ը գերազանցում է ուլտրաձայնային լոգանքը 1000 գործակցով (1000 անգամ ավելի բարձր էներգիայի մուտքագրում մեկ ծավալի համար) կենտրոնացված և միատեսակ ուլտրաձայնային էներգիայի ներդրման շնորհիվ: Լրիվ վերահսկողությունը ամենակարևոր ձայնային պարամետրերի նկատմամբ ապահովում է լիովին վերարտադրելի արդյունքներ և գործընթացի արդյունքների գծային մասշտաբայնություն:
Զոնդ տիպի sonicator UP200St հետ sonotrode S26d7D նմուշների խմբաքանակային համասեռացման համար
Գրականություն/Հղումներ
- 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.
Հաճախակի տրվող հարցեր ուլտրաձայնային զոնդերի մասին (ՀՏՀ)
Ի՞նչ է ուլտրաձայնային զոնդ ձայնագրիչը:
Ուլտրաձայնային զոնդ ձայնագրիչը սարք է, որն օգտագործում է բարձր հաճախականության ձայնային ալիքներ՝ նմուշները խափանելու կամ խառնելու համար: Այն բաղկացած է զոնդից, որը հեղուկի մեջ ընկղմվելիս առաջացնում է ուլտրաձայնային թրթռումներ՝ հանգեցնելով կավիտացիայի և նմուշի մշակման ցանկալի էֆեկտների:
Ո՞րն է զոնդի հնչյունավորման սկզբունքը:
Probe sonication-ը աշխատում է ուլտրաձայնային կավիտացիայի սկզբունքով: Երբ զոնդը թրթռում է նմուշի մեջ, այն ստեղծում է միկրոսկոպիկ փուչիկներ, որոնք արագորեն ընդլայնվում և փլվում են: Այս գործընթացը առաջացնում է ինտենսիվ կտրող ուժեր և ջերմություն՝ խաթարելով բջիջները կամ խառնելով բաղադրիչները միկրոսկոպիկ մակարդակով:
Արդյո՞ք ուլտրաձայնային մաքրիչը նույնն է, ինչ ձայնային սարքը:
Ոչ, նրանք նույնը չեն: Ուլտրաձայնային մաքրիչը լոգարանում օգտագործում է շատ մեղմ ուլտրաձայնային ալիքներ՝ իրերը մաքրելու համար, հիմնականում թրթռման և շատ քիչ կավիտացիայի միջոցով: Sonicator, մասնավորապես, ուլտրաձայնային զոնդ sonicator, նախատեսված է ուղղակի, ինտենսիվ ուլտրաձայնային բուժման նմուշների, կենտրոնանալով խանգարման կամ համասեռացման.
Ո՞րն է ուլտրաձայնային զոնդի օգտագործումը:
Ուլտրաձայնային զոնդը հիմնականում օգտագործվում է նմուշների պատրաստման առաջադրանքների համար, ինչպիսիք են բջիջների խզումը, համասեռացումը, էմուլսացումը և մասնիկների ցրումը մի շարք հետազոտական և արդյունաբերական ծրագրերում քիմիայի, կենսաբանության և նյութերի գիտության մեջ:
Ո՞րն է տարբերությունը զոնդ-սոնիկատորի և բաժակ-եղջյուրի միջև:
Զոնդը sonication ուղղակիորեն immerses զոնդ մեջ նմուշի ինտենսիվ sonication. Մյուս կողմից, բաժակ-եղջյուրի ձայնային սարքը չի ընկղմում զոնդը, այլ օգտագործում է անուղղակի մեթոդ, որտեղ նմուշը տեղադրվում է տարայի մեջ ջրային բաղնիքում, որը փոխանցում է ուլտրաձայնային էներգիան:
Ինչու՞ օգտագործել զոնդ ձայնային սարք:
Զոնդային ձայնային սարքը օգտագործվում է ուղղակի, բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնային էներգիան նմուշին հասցնելու ունակության համար՝ հասնելով արդյունավետ խափանումների, համասեռացման կամ էմուլսացման: Այն հատկապես արժեքավոր է դժվար մշակվող նմուշների համար կամ երբ գործընթացի նկատմամբ ճշգրիտ վերահսկողություն է պահանջվում:
Որո՞նք են զոնդերի ձայնային սարքի առավելությունները:
Առավելությունները ներառում են նմուշների արդյունավետ և արագ մշակումը, կիրառական բազմակողմանիությունը, ձայնային ախտահանման պարամետրերի ճշգրիտ վերահսկումը և նմուշների մեծության և տեսակների լայն տեսականի մշակելու ունակությունը՝ փոքր ծավալով լաբորատոր նմուշներից մինչև ավելի մեծ արդյունաբերական խմբաքանակներ կամ հոսքի արագություն:
Ինչպե՞ս եք օգտագործում ուլտրաձայնային զոնդ ձայնագրիչ:
Օգտագործելով ուլտրաձայնային զոնդ sonicator-ը ներառում է համապատասխան զոնդի չափի և ձայնագրման պարամետրերի ընտրություն, զոնդի ծայրը նմուշի մեջ ընկղմելը և այնուհետև ձայնային սարքի ակտիվացումը ցանկալի ժամանակի և հզորության պարամետրերի համար՝ նմուշների արդյունավետ մշակման հասնելու համար:
Ո՞րն է տարբերությունը sonication- ի և ultrasonication- ի միջև:
Sonication-ը վերաբերում է նյութերի մշակման համար ձայնային ալիքների ընդհանուր օգտագործմանը, որը կարող է ներառել մի շարք հաճախականություններ: Ultrasonication-ը սահմանում է ուլտրաձայնային հաճախականությունների օգտագործումը (սովորաբար 20 կՀց-ից բարձր), կենտրոնանալով այնպիսի ծրագրերի վրա, որոնք պահանջում են բարձր էներգիայի ձայնային ալիքներ նմուշների մշակման համար: Այնուամենայնիվ, մարդկանց մեծամասնությունը իրականում վերաբերում է ուլտրաձայնային սարքերին, երբ նրանք օգտագործում են sonicator բառը: