Sonde-Typ Sonicators vs Ultrasonic Baths
Fir Aufgaben wéi Emulsifikatioun, Dispersioun, Extraktioun oder Partikelgréisst Reduktioun, Sonde-Typ Sonicatoren generéieren eenheetlech Schéierkräften an Héichintensitéit Kavitatioun. Dës direkt Approche packt haart Uwendungen a skaléiert einfach vu klenge Labo Tester bis voll Produktiounslaf. Mëttlerweil kënnen Ultraschallbäder fir mëll Botzen oder Behandlungen mat nidderegen Intensitéit duergoen, awer si kämpfen dacks mat méi usprochsvollen Aarbechten, déi präzis Kontroll iwwer Amplituden an Temperatur erfuerderen. Wann Dir Zouverlässegkeet, Flexibilitéit a robust Leeschtung braucht, bidden Hielscher Sonde-Typ Sonicatoren e klore Rand iwwer Basis Ultraschallbäder.
Sonde-Typ Sonicator vs Ultrasonic Bad – Entdeckt firwat Sonde-Typ Sonicatoren excel an Effizienz an Zouverlässegkeet
Sonicator Kavitatiounsintensitéit
Sonde-Typ Sonicatoren féieren High Power Ultraschall direkt an de flëssege Medium, wou d'Schallwellen alternéierend Héichdrock- a Low-Drock-Zyklen an der Flëssegkeet erstellen. Wärend dem nidderegen Drockzyklus kreéieren Héichintensitéit Ultraschallwellen kleng Vakuumblasen oder Void an der Flëssegkeet. Wann d'Blasen e Volumen erreechen, bei deem se keng Energie méi absorbéiere kënnen, kollapsen se während engem Héichdrockzyklus hefteg. Dëst Phänomen gëtt Kavitatioun genannt. Bei der Implosioun ginn lokal ganz héich Temperaturen an Drock erreecht. D'Implosioun vun der Kavitatiounsblase féiert och zu extrem schnelle Flëssegjets.
Hannergrond: Ultraschall Kavitatioun
Moholkar (2000) huet festgestallt, datt d'Blasen an der Regioun vun der héchster Kavitatiounsintensitéit eng transient Bewegung erliewt hunn, während d'Blasen an der Regioun vun der niddregster Kavitatiounsintensitéit eng stabil, oszilléierend Bewegung erliewt hunn. Den transienten Zesummebroch vun de Blasen, déi zu lokalen Temperatur- an Drockmaxima entstinn, ass d'Wurzel vun den observéierten Effekter vum Ultraschall op chemesche Systemer.
D'Intensitéit vun der Ultraschallung ass eng Funktioun vum Energieinput an der Sonotrode Uewerfläch. Fir e bestëmmten Energieinput gëlt: wat méi grouss d'Uewerfläch vun der Sonotrode ass, wat méi niddereg d'Intensitéit vum Ultraschall.
Ultraschallwellen kënnen duerch verschidden Aarte vun Ultraschallsystemer generéiert ginn. An der folgender ginn d'Ënnerscheeder tëscht der Sonikatioun mat engem Ultraschallbad, Ultraschallsonde-Apparat an engem oppene Behälter an Ultraschall-Sonde-Apparat mat Flowzellkammer vergläicht.
Fig. 1: Schafung vu stabilen a transiente Kavitatiounsblasen. (a) Verschiebung, (b) transient Kavitation, (c) Stabil Kavitation, (d) Drock
Verglach vun der Kavitatioun Verdeelung
Fir Ultraschallapplikatiounen kënnt Dir Ultraschallsonden (Sonde-Typ Sonicatoren) oder Ultraschallbäder benotzen. “Ënnert dësen zwou Methoden vun der Ultraschallung ass d'Sonde-Sonicatioun méi effektiv a mächteg wéi d'Ultraschallbad an der Applikatioun vun der Nanopartikel-Dispersioun; den Ultraschallbadgerät kann eng schwaach Ultraschall mat ongeféier 20-40 W? L an eng ganz onuniform Verdeelung ubidden, während den Ultraschallsonde-Apparat 20.000 W? L an d'Flëssegkeet liwwert. Also heescht et datt en Ultraschallsondeapparat den Ultraschallbadapparat mam Faktor vun 1000 iwwerschratt.” (cf. Asadi et al., 2019)
Sonde-Typ Sonicators vs Ultrasonic Baths: Verglach vun Kavitatioun Verdeelung
Am Räich vun Ultraschallapplikatiounen spille béid Sonde-Typ Sonicatoren an Ultraschallbäder wichteg Rollen. Wéi och ëmmer, wann et ëm d'Dispersioun vun Nanopartikel kënnt, sinn Sond-Sonicatoren däitlech besser wéi Ultraschallbäder. Laut Asadi (2019), generéieren Ultraschallbäder typesch eng méi schwaach Ultraschall vun ongeféier 20-40 Watt pro Liter mat enger héich onuniformer Verdeelung. Am Géigesaz, Ultraschallsondegeräter kënnen eng erstaunlech 20000 Watt pro Liter an d'Flëssegkeet liwweren, eng Effizienz ze weisen, déi d'Ultraschallbäder iwwer e Faktor vun 1000 iwwerschreift.
Ultraschallbäder
An engem Ultraschallbad geschitt Kavitatioun net konform an onkontrolléierbar duerch den Tank verdeelt. De Sonicatiounseffekt ass vu gerénger Intensitéit an ongläichméisseg verbreet. D'Wiederholbarkeet an d'Skalierbarkeet vum Prozess ass ganz schlecht.
D'Bild hei ënnen weist d'Resultater vun engem Folietest an engem Ultraschalltank. Fir dëst gëtt eng dënn Aluminium oder Zinnfolie um Buedem vun engem Waasser gefëllten Ultraschalltank geluecht. No Sonication sinn eenzel Erosiounsmarken ze gesinn. Déi eenzeg perforéiert Flecken a Lächer an der Folie weisen op déi kavitational Hotspots. Wéinst der gerénger Energie an der ongläicher Verdeelung vum Ultraschall am Tank kommen d'Erosiounsmarken nëmme punktuell op. Dofir gi Ultraschallbäder meeschtens fir Botzenapplikatiounen benotzt.
An engem Ultraschallbad oder Tank kënnt de waarme Fleck vun der akustescher Kavitatioun ganz ongläich.
D'Figuren hei ënnen weisen déi ongläich Verdeelung vu kavitationalen Hotspots an engem Ultraschallbad. An der Fig. 2, e Bad mat engem ënneschten Gebitt vun 20×10 cm gouf benotzt.
Fig.2 weist d'raimlech Verdeelung vum Ultraschallfeld am Ultraschallbad:
Fir d'Miessungen, déi an der Figur 3 ugewise sinn, gouf en Ultraschallbad mat engem Buedemraum vun 12x10cm benotzt.
Fig. 3 weist d'raimlech Verdeelung vum Ultraschallfeld an engem Ultraschallbad:
Béid Miessunge weisen datt d'Verdeelung vum Ultraschallbestrahlungsfeld an den Ultraschallbehälter ganz ongläich ass. D'Studie vun der Ultraschallbestralung op verschiddene Plazen am Bad weist bedeitend raimlech Variatiounen an der Kavitatiounsintensitéit am Ultraschallbad.
Figur 4 ënnen vergläicht d'Effizienz vun engem Ultraschallbad an engem Ultraschallsonde-Apparat illustréiert duerch d'Entfernung vun Azo-Faarf Methyl Violet.
Fig. 4: Sonde-Typ Sonicatoren ofsetzen lokaliséiert ganz héich Energieintensitéit am Verglach mat der gerénger Ultraschalldicht vun Ultraschallbehälter a Bäder.
Dhanalakshmi et al. fonnt an hirer Etude datt Sonde-Typ Ultraschall-Geräter eng héich lokaliséiert Intensitéit am Verglach zum Tank-Typ hunn an doduerch méi grouss lokaliséierter Effekt wéi an der Figur 4. Dëst bedeit eng méi héich Intensitéit an Effizienz vum Sonikatiounsprozess.
En Ultraschall-Setup wéi an der Foto 4, erlaabt eng voll Kontroll iwwer déi wichtegst Parameteren, wéi Amplituden, Drock, Temperatur, Viskositéit, Konzentratioun, Reaktorvolumen.
Bild 1: Sonotrode iwwerdréit Kraaft Ultraschall a Flëssegkeet. D'Niwwel ënner der Sonotrode Uewerfläch weist d'kavitational Hotspot Beräich un.
- intensiv
- konzentréiert
- voll kontrolléierbar
- souguer Verdeelung
- reproduzéierbar
- Linearer Skala-up
- Batch an Inline
D'Virdeeler vun Sonde-Typ Sonicators
Ultrasonic Sonden oder Sonotroden sinn entwéckelt fir Ultraschallenergie an e fokusséierte Beräich ze konzentréieren, typesch um Tipp vun der Sonde. Dës fokusséiert Energieiwwerdroung erlaabt eng präzis an effizient Behandlung vu Proben. Well de Sonde-Design garantéiert datt e bedeitende Deel vun der Ultraschallenergie op d'Probe geriicht gëtt, gëtt den Energietransfer wesentlech verbessert am Verglach mat Ultraschallbäder. Dës fokusséiert Iwwerdroung vun Ultraschallkraaft ass besonnesch avantagéis fir Uwendungen déi präzis Kontroll iwwer Sonikatiounsparameter erfuerderen, wéi Zellstéierung, Nano-Dispersioun, Nanopartikel Synthese, Emulsifikatioun a botanesch Extraktioun.
Dofir bidden Sonde-Typ Sonicatoren ënnerschiddlech Virdeeler iwwer Ultraschallbäder a punkto Präzisioun, Kontroll, Flexibilitéit, Effizienz a Skalierbarkeet, sou datt se onverzichtbar Tools fir eng breet Palette vu wëssenschaftlechen an industriellen Uwendungen maachen.
Sonde-Typ Sonicators fir Open Beaker Processing
Wann d'Proben mat engem Ultraschallsonde-Apparat sonikéiert ginn, ass déi intensiv Sonikatiounszone direkt ënner der Sonotrode? Sonde. D'Ultraschallbestralungsdistanz ass limitéiert op e bestëmmte Beräich vum Sonotrode Tipp. (kuckt Bild 1)
Ultraschallprozesser an oppene Becher gi meeschtens fir Machbarkeetstester a fir Probepräparatioun vu méi klengen Volumen benotzt.
Sonde-Typ Sonicators mat Flow Zell fir Inline Veraarbechtung
Déi raffinéiert Sonikatiounsresultater ginn duerch eng kontinuéierlech Veraarbechtung an engem zouene Flow-Through-Modus erreecht. All Material gëtt vun der selwechter Ultraschallintensitéit veraarbecht wéi de Stroumwee an d'Residenzzäit an der Ultraschallreaktorkammer kontrolléiert gëtt.
Ultraschall-Rezirkulatiounsset: UIP1000hdT mat Flowzelle, Tank a Pompel
D'Prozessresultater vun der Ultraschallflëssegveraarbechtung fir eng gegebene Parameterkonfiguratioun sinn eng Funktioun vun der Energie pro veraarbechte Volumen. D'Funktioun ännert sech mat Ännerungen an eenzelne Parameteren. Ausserdeem hänkt d'tatsächlech Kraaftoutput an d'Intensitéit pro Uewerfläch vun der Sonotrode vun enger Ultraschall-Eenheet vun de Parameteren of.
De kavitationalen Impakt vun der Ultraschallveraarbechtung hänkt vun der Uewerflächintensitéit of, déi duerch Amplitude (A), Drock (p), dem Reaktorvolumen (VR), der Temperatur (T), Viskositéit (η) an anerer beschriwwe gëtt. D'Plus a Minus Schëlder weisen e positiven oder negativen Afloss vum spezifesche Parameter op d'Sonicatiounsintensitéit.
Duerch d'Kontroll vun de wichtegste Parameter vum Sonikatiounsprozess ass de Prozess voll widderhuelend an d'Resultater kënnen komplett linear skaléiert ginn. Verschidde Typen vu Sonotroden an Ultraschallflosszellreaktoren erlaben d'Adaptatioun un spezifesche Prozessfuerderunge.
Resumé: Sonde-Typ Sonicator vs Ultrasonic Bath
Wärend en Ultraschallbad eng schwaach Sonikatioun mat ca. 20 Watt pro Liter, nëmmen an eng ganz net eenheetlech Verdeelung, Sonde-Typ Sonicatoren kënnen einfach ca. 20000 Watt pro Liter an de veraarbechte Medium. Dëst bedeit datt en Ultraschallsonde-Typ Sonicator en Ultraschallbad duerch Faktor vun 1000 (1000x méi héich Energieinput pro Volumen) iwwerzeegt duerch e fokusséierten an eenheetlechen Ultraschallkraaft-Input. Déi voll Kontroll iwwer déi wichtegst Sonikatiounsparameter garantéiert komplett reproduzéierbar Resultater an d'linear Skalierbarkeet vun de Prozessresultater.
Sonde-Typ Sonicator UP200St mat sonotrode S26d7D fir d'Batch-Typ Homogeniséierung vu Proben
Literatur? Referenzen
- 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.
Heefeg gestallte Froen iwwer Ultraschallproben (FAQs)
Wat ass en Ultraschallsonde-Sonicator?
En Ultraschallsonde-Sonicator ass en Apparat dat héichfrequenz Tounwellen benotzt fir Proben ze stéieren oder ze vermëschen. Et besteet aus enger Sonde, déi, wann se an eng Flëssegkeet taucht ass, Ultraschallvibrationen generéiert, wat zu Kavitatioun an de gewënschten Probeveraarbechtungseffekter féiert.
Wat ass de Prinzip vun der Sondesonicatioun?
Sonde-Sonicatioun funktionnéiert op dem Prinzip vun der Ultraschallkavitatioun. Wann d'Sond an der Probe vibréiert, entsteet mikroskopesch Blasen, déi sech séier ausdehnen an zesummebriechen. Dëse Prozess generéiert intensiv Schéierkraaft an Hëtzt, stéiert Zellen oder vermëschen Komponenten op engem mikroskopesche Niveau.
Ass en Ultraschallreiniger d'selwecht wéi e Sonicator?
Nee, si sinn net déiselwecht. En Ultraschallreiniger benotzt ganz mëll Ultraschallwellen an engem Bad fir Saachen ze botzen, haaptsächlech duerch Schwéngung a ganz wéineg Kavitatioun. E Sonicator, speziell en Ultraschallsonde-Sonicator, ass fir direkt, intensiv Ultraschallbehandlung vu Proben entwéckelt, konzentréiert sech op Stéierungen oder Homogeniséierung.
Wat ass d'Notzung vun enger Ultraschallsonde?
Eng Ultraschallsonde gëtt haaptsächlech fir Probepräparatiounsaufgaben benotzt wéi Zellzerbriechung, Homogeniséierung, Emulsifikatioun, an Dispersioun vu Partikelen a ville Fuerschungen an industriellen Uwendungen iwwer Chimie, Biologie a Materialwëssenschaft.
Wat ass den Ënnerscheed tëscht Sonde Sonicator a Coupehorn?
E Sonde-Sonicator taucht d'Sonde direkt an d'Probe fir intensiv Sonikatioun. E Coupe-Horn-Sonicator, op der anerer Säit, daucht d'Sond net, awer benotzt eng indirekte Method, wou d'Probe an engem Container an engem Waasserbad gesat gëtt, deen d'Ultraschallenergie iwwerdréit.
Firwat e Sonde-Sonicator benotzen?
E Sonde-Sonicator gëtt benotzt fir seng Fäegkeet fir direkt, héichintensiv Ultraschallenergie op eng Probe ze liwweren, fir effizient Stéierungen, Homogeniséierung oder Emulsifikatioun z'erreechen. Et ass besonnesch wäertvoll fir schwéier-ze-veraarbecht Proben oder wann präzis Kontroll iwwer de Prozess erfuerderlech ass.
Wat sinn d'Virdeeler vun engem Sonde-Sonicator?
D'Virdeeler enthalen effizient a séier Probeveraarbechtung, Villsäitegkeet an Uwendungen, präzis Kontroll iwwer d'Sonicatiounsparameter, an d'Fäegkeet fir eng breet Palette vu Probegréissten an Typen ze veraarbecht, vu klenge Volumen Laboratoire Proben bis méi grouss industriell Chargen oder Flowraten.
Wéi benotzt Dir en Ultraschallsonde-Sonicator?
D'Benotzung vun engem Ultraschallsonde-Sonicator beinhalt d'Auswiel vun der entspriechender Sondegréisst an d'Sonicatiounsparameter, d'Taucht vun der Sondetipp an d'Probe, an aktivéiert dann den Sonicator fir déi gewënscht Zäit a Kraaft Astellunge fir effektiv Probeveraarbechtung z'erreechen.
Wat ass den Ënnerscheed tëscht Sonication an Ultrasonication?
Sonication bezitt sech op d'allgemeng Notzung vun Tounwellen fir Material ze veraarbecht, déi eng Rei Frequenzen enthalen. Ultrasonication spezifizéiert d'Benotzung vun Ultraschallfrequenzen (typesch iwwer 20 kHz), konzentréiert sech op Uwendungen déi héich-Energie Tounwellen fir Probeveraarbechtung erfuerderen. Wéi och ëmmer, déi meescht Leit bezéien tatsächlech op Ultraschaller, wa se d'Wuert Sonicator benotzen.