Domande frequenti sugli ultrasuoni

Di seguito troverete le risposte alle domande più comuni sulla sonicazione. Se non trovate una risposta alla vostra domanda, non esitate a contattarci. Saremo lieti di assistervi.

• Posso sottoporre i solventi a sonicazione?
• Di quanta potenza ultrasonica ho bisogno?
• Gli ultrasuoni hanno effetti sulle persone? Quali precauzioni devo adottare quando utilizzo la sonicazione?
• Qual è la differenza tra trasduttori magnetostrittivi e piezoelettrici?
• Perché il campione si riscalda durante la sonicazione?
• Esistono raccomandazioni generali per la sonicazione dei campioni?
• Hielscher offre punte sostituibili per i sonotrodi?

D: Posso sottoporre i solventi a sonicazione?

In teoria, i solventi infiammabili potrebbero incendiarsi durante la sonicazione, poiché la cavitazione può generare sostanze volatili infiammabili o esplosive. Per questo motivo è necessario utilizzare dispositivi a ultrasuoni e accessori adatti a questo tipo di applicazione ultrasonica.
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D: Di quanta potenza ultrasonica ho bisogno?

La potenza ultrasonica necessaria dipende da diversi fattori, tra cui:

• il volume sottoposto a sonicazione
• il volume totale da trattare
• il tempo necessario per trattare il volume totale
• il materiale da sottoporre a sonicazione
• il risultato di processo desiderato dopo il trattamento a ultrasuoni

In generale, un volume maggiore richiede una potenza più elevata (in watt) o un tempo di sonicazione più lungo. Per la maggior parte dei tipi di sonotrodo, la potenza è distribuita principalmente sulla superficie della punta. Pertanto, le sonde di diametro inferiore generano un campo di cavitazione più concentrato. Una maggiore intensità ultrasonica (espressa come potenza per unità di volume) comporta generalmente una maggiore efficienza di trattamento.

D: Gli ultrasuoni hanno effetti sulle persone? Quali precauzioni devo adottare quando utilizzo la sonicazione?

Le frequenze ultrasoniche sono superiori all’intervallo udibile dall’essere umano. Le vibrazioni ultrasoniche si accoppiano molto bene ai solidi e ai liquidi, nei quali possono generare cavitazione ultrasonica. Per questo motivo non si devono toccare parti che vibrano a frequenze ultrasoniche né immergere le mani nei liquidi sottoposti a sonicazione. La trasmissione delle onde ultrasoniche attraverso l’aria non ha effetti negativi documentati sul corpo umano, poiché i livelli di trasmissione sono molto bassi.

Durante la sonicazione dei liquidi, il collasso delle bolle di cavitazione genera un rumore stridente. Il livello di rumore dipende da diversi fattori, tra cui potenza, pressione e ampiezza. Inoltre, può essere generato rumore a frequenze subarmoniche (più basse). Questo rumore udibile e i suoi effetti sono paragonabili a quelli di altre macchine, come motori, pompe o soffianti. Per questo motivo raccomandiamo l’uso di tappi auricolari adeguati quando si rimane per un periodo prolungato vicino a un sistema in funzione. Offriamo inoltre apposite cabine insonorizzanti per i nostri sonicatori.

D: Qual è la differenza tra trasduttori magnetostrittivi e piezoelettrici?

Nei trasduttori magnetostrittivi, la potenza elettrica viene utilizzata per generare un campo elettromagnetico che fa vibrare un materiale magnetostrittivo. Nei trasduttori piezoelettrici, la potenza elettrica viene convertita direttamente in vibrazioni longitudinali. Per questo motivo, i trasduttori piezoelettrici hanno una maggiore efficienza di conversione. Ciò riduce a sua volta le esigenze di raffreddamento. Oggi i trasduttori piezoelettrici sono predominanti nell’industria.
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D: Perché il campione si riscalda durante la sonicazione?

La sonicazione trasferisce potenza a un liquido. Le oscillazioni meccaniche provocano turbolenze e attrito all’interno del liquido. Per questo motivo, la sonicazione genera una notevole quantità di calore durante il trattamento. Per limitare il riscaldamento è necessario un raffreddamento efficace. Per i campioni più piccoli, le fiale o i becher di vetro devono essere mantenuti in un bagno di ghiaccio per dissipare il calore.
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Oltre ai potenziali effetti negativi delle temperature elevate sui campioni, ad esempio sui tessuti, l’efficacia della cavitazione diminuisce all’aumentare della temperatura.

D: Esistono raccomandazioni generali per la sonicazione dei campioni?

Per il trattamento a ultrasuoni si devono utilizzare recipienti piccoli, poiché la distribuzione dell’intensità è più omogenea rispetto a quella nei becher più grandi. Il sonotrodo deve essere immerso nel liquido a una profondità sufficiente per evitare la formazione di schiuma. I tessuti resistenti devono essere macerati, macinati o polverizzati (ad esempio in azoto liquido) prima della sonicazione. Durante la sonicazione possono generarsi radicali liberi che potrebbero reagire con il materiale. Il lavaggio della soluzione liquida del materiale con azoto liquido o l’aggiunta ai mezzi di sostanze che neutralizzano i radicali liberi, ad esempio ditiotreitolo, cisteina o altri composti -SH, può ridurre il danno causato dai radicali liberi ossidanti.
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D: Hielscher offre punte sostituibili per i sonotrodi?

Hielscher non fornisce punte sostituibili per i sonotrodi. I liquidi a bassa tensione superficiale, come i solventi, penetrano generalmente nell’interfaccia tra il sonotrodo e la punta sostituibile. Questo problema aumenta con l’ampiezza di oscillazione. Il liquido può trasportare particelle nella sezione filettata. Ciò provoca un’usura della filettatura che porta all’isolamento della punta dal sonotrodo. Se la punta è isolata, non risuonerà alla frequenza operativa e il dispositivo non funzionerà. Pertanto, Hielscher fornisce esclusivamente sonde monoblocco.

Domande frequenti sui sonicatori e sui loro componenti

Che cos’è un generatore di ultrasuoni?

Il generatore di ultrasuoni (alimentatore) genera oscillazioni elettriche a frequenza ultrasonica (superiore alla frequenza udibile, ad esempio 19kHz). Questa energia viene trasmessa al sonotrodo.

Che cos’è un sonotrodo/una sonda

Il sonotrodo (detto anche sonda o corno) è un componente meccanico che trasmette le vibrazioni ultrasoniche dal trasduttore al materiale da sottoporre a sonicazione. Deve essere fissato molto saldamente per evitare attriti e perdite. A seconda della geometria del sonotrodo, le vibrazioni meccaniche vengono amplificate o ridotte. Sulla superficie del sonotrodo, le vibrazioni meccaniche vengono accoppiate al liquido. Ciò determina la formazione di bolle microscopiche (cavità) che si espandono durante i cicli di bassa pressione e implodono violentemente durante i cicli di alta pressione. Questo fenomeno è chiamato cavitazione acustica. La cavitazione genera elevate forze di taglio sulla punta del sonotrodo e provoca un’intensa agitazione del materiale esposto.

Che cos’è un trasduttore piezoelettrico?

Il trasduttore ultrasonico (convertitore) è un componente elettromeccanico che converte le oscillazioni elettriche in vibrazioni meccaniche. Le oscillazioni elettriche sono prodotte dal generatore. Le vibrazioni meccaniche vengono trasmesse al sonotrodo.

Qual è la differenza tra un trasduttore piezoelettrico e uno magnetostrittivo?

Un trasduttore piezoelettrico converte l’energia elettrica in vibrazioni meccaniche utilizzando cristalli piezoelettrici che si deformano quando viene applicato un campo elettrico, offrendo elevata efficienza e precisione. Un trasduttore magnetostrittivo genera vibrazioni attraverso l’effetto magnetostrittivo, per cui i materiali magnetici cambiano forma in risposta a un campo magnetico, offrendo un’efficienza significativamente inferiore rispetto ai trasduttori piezoelettrici. Tutti i sonicatori Hielscher utilizzano trasduttori piezoelettrici per garantire un’efficienza superiore e un funzionamento affidabile.

Che cos’è l’ampiezza ultrasonica / ampiezza di vibrazione?

L’ampiezza di vibrazione descrive l’entità dell’oscillazione sulla punta del sonotrodo. Generalmente viene misurata da picco a picco. Si tratta della distanza tra la posizione della punta del sonotrodo alla massima espansione e quella alla massima contrazione del sonotrodo. Le ampiezze tipiche dei sonotrodi vanno da 20 a 250µm.

Che cos’è la cavitazione acustica?

La cavitazione acustica è la formazione, la crescita e il collasso di bolle in un liquido a causa delle fluttuazioni di pressione prodotte da onde sonore ad alta intensità. Un sonicatore a sonda è un mezzo efficace per indurre la cavitazione, poiché trasferisce energia ultrasonica concentrata direttamente nel liquido. Ciò favorisce la formazione e il collasso delle bolle, generando condizioni localizzate intense, come temperature e pressioni elevate e intense sollecitazioni di taglio, utili in applicazioni quali la sonochimica, la sintesi di nanoparticelle e la disgregazione cellulare.

Qual è la differenza tra sonicazione diretta e indiretta?

La sonicazione diretta prevede l’inserimento di una sonda direttamente nel liquido, trasferendo energia ultrasonica in modo efficiente per processi come la lisi cellulare o la sintesi di nanoparticelle. La sonicazione indiretta, invece, trasmette l’energia ultrasonica attraverso un contenitore o un mezzo, evitando il contatto diretto con il campione. Questo metodo è ideale per prevenire la contaminazione o trattare piccoli volumi, ma generalmente è meno efficiente dal punto di vista energetico.
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I sonotrodi/le sonde sono sterilizzabili in autoclave?

Sì, i sonotrodi e le celle di flusso Hielscher possono essere sterilizzati in autoclave. Consultate le linee guida riportate di seguito per una corretta esecuzione. Il generatore, il trasduttore, i cavi e i connettori non devono essere sterilizzati in autoclave!
Scaricate qui le linee guida per la sterilizzazione in autoclave di sonotrodi e celle di flusso!