Sonicatorë të tipit sonda kundrejt banjove tejzanor
Për detyra të tilla si emulsifikimi, shpërndarja, nxjerrja ose zvogëlimi i madhësisë së grimcave, sonikatorët e tipit sondë gjenerojnë forca prerëse uniforme dhe kavitacion me intensitet të lartë. Kjo qasje e drejtpërdrejtë trajton aplikimet e vështira dhe shkallëzohet lehtësisht nga testet e vogla laboratorike deri në ekzekutimet e plota të prodhimit. Ndërkohë, banjat me ultratinguj mund të mjaftojnë për pastrim të butë ose trajtime me intensitet të ulët, por ato shpesh luftojnë me punë më kërkuese që kërkojnë kontroll të saktë mbi amplituda dhe temperaturën. Kur keni nevojë për besueshmëri, fleksibilitet dhe performancë të fortë, sonikatorët e tipit sondë Hielscher ofrojnë një avantazh të qartë ndaj banjove bazë me ultratinguj.
Sonicator i tipit sonda kundrejt banjës tejzanor – Eksploroni pse sonikatorët e tipit sonda shkëlqejnë në efikasitet dhe besueshmëri
Intensiteti i kavitacionit të zërit
Sonicatorët e tipit sonda futin ultratinguj me fuqi të lartë direkt në mjedisin e lëngshëm, ku valët e zërit krijojnë cikle të alternuara të presionit të lartë dhe presionit të ulët në lëng. Gjatë ciklit të presionit të ulët, valët ultrasonike me intensitet të lartë krijojnë flluska të vogla vakumi ose zbrazëti në lëng. Kur flluskat arrijnë një vëllim në të cilin nuk mund të thithin më energji, ato shemben me dhunë gjatë një cikli me presion të lartë. Ky fenomen quhet kavitacion. Gjatë implosionit arrihen temperatura dhe presione shumë të larta në nivel lokal. Shpërthimi i flluskës së kavitacionit gjithashtu rezulton në avionë të lëngshëm jashtëzakonisht të shpejtë.
Sfondi: Kavitacion tejzanor
Moholkar (2000) zbuloi se flluskat në rajonin me intensitetin më të lartë të kavitacionit iu nënshtruan një lëvizjeje kalimtare, ndërsa flluskat në rajonin me intensitetin më të ulët të kavitacionit iu nënshtruan një lëvizjeje të qëndrueshme, osciluese. Kolapsi kalimtar i flluskave që shkakton maksimum të temperaturës dhe presionit lokal është në themel të efekteve të vëzhguara të ultrazërit në sistemet kimike.
Intensiteti i ultrazërit është një funksion i inputit të energjisë dhe sipërfaqes sonotrode. Për një input të caktuar energjie vlen: sa më e madhe të jetë sipërfaqja e sonotrodës, aq më i ulët është intensiteti i ultrazërit.
Valët e ultrazërit mund të gjenerohen nga lloje të ndryshme të sistemeve tejzanor. Në vijim, do të krahasohen ndryshimet midis sonikimit duke përdorur një banjë tejzanor, pajisjen e sondës tejzanor në një enë të hapur dhe pajisjen e sondës tejzanor me dhomën e qelizave rrjedhëse.
Fig. 1: Krijimi i flluskave të qëndrueshme dhe kalimtare të kavitacionit. (a) zhvendosja, (b) kavitacioni kalimtar, (c) kavitacioni i qëndrueshëm, (d) presioni
[përshtatur nga Santos et al. 2009]
Krahasimi i shpërndarjes së kavitacionit
Për aplikime me ultratinguj, mund të përdorni sonda tejzanor (sonikë të tipit sonda) ose banja tejzanor. “Ndër këto dy metoda të ultrazërit, sonikimi i sondës është më efektiv dhe më i fuqishëm se banja tejzanor në aplikimin e shpërndarjes së nanogrimcave; pajisja e banjës tejzanor mund të sigurojë një ultratinguj të dobët me afërsisht 20-40 W/L dhe një shpërndarje shumë jo uniforme, ndërsa pajisja e sondës tejzanor mund të sigurojë 20,000 W/L në lëng. Kështu, do të thotë që një pajisje sondë tejzanor e kalon pajisjen e banjës tejzanor me faktorin 1000.” (krh. Asadi et al., 2019)
Sonicators tip sondë vs banja tejzanor: Krahasimi i shpërndarjes së kavitacionit
Në sferën e aplikacioneve tejzanor, si aparatet sonikë të tipit sondë ashtu edhe banjat tejzanor luajnë role të rëndësishme. Megjithatë, kur bëhet fjalë për shpërndarjen e nanogrimcave, sonikuesit e sondës tejkalojnë dukshëm banjot tejzanor. Sipas Asadi (2019), banjot tejzanor zakonisht gjenerojnë një ultratingull më të dobët prej rreth 20-40 Watts për litër me një shpërndarje shumë jo uniforme. Në kontrast të plotë, pajisjet e sondave tejzanor mund të japin një 20000 Watts për litër në lëng, duke shfaqur një efektivitet që tejkalon banjot tejzanor me një faktor prej 1000. Ky ndryshim i dukshëm nxjerr në pah aftësinë superiore të sonikatorëve të llojit të sondës në arritjen e shpërndarjes efikase dhe uniforme të nanogrimcave.
Banja me ultratinguj
Në një banjë tejzanor, kavitacioni ndodh jo konform dhe shpërndahet në mënyrë të pakontrolluar nëpër rezervuar. Efekti i sonikacionit është me intensitet të ulët dhe i përhapur në mënyrë të pabarabartë. Përsëritshmëria dhe shkallëzueshmëria e procesit është shumë e dobët.
Fotografia më poshtë tregon rezultatet e një testimi me fletë metalike në një rezervuar tejzanor. Për këtë, një fletë e hollë alumini ose kallaji vendoset në fund të një rezervuari tejzanor të mbushur me ujë. Pas sonikimit, shenjat e vetme të erozionit janë të dukshme. Ato pika të vetme të shpuara dhe vrima në fletë metalike tregojnë pikat e nxehta të kavitacionit. Për shkak të energjisë së ulët dhe shpërndarjes së pabarabartë të ultrazërit brenda rezervuarit, shenjat e erozionit ndodhin vetëm në vend. Prandaj, banjat me ultratinguj përdoren kryesisht për aplikime pastrimi.
Në një banjë ose rezervuar tejzanor, pika e nxehtë e kavitacionit akustik ndodh shumë në mënyrë të pabarabartë.
Shifrat e mëposhtme tregojnë shpërndarjen e pabarabartë të pikave të nxehta kavitacionale në një banjë tejzanor. Në Fig. 2, një banjë me një sipërfaqe të poshtme prej 20×Është përdorur 10 cm.
Fig.2 tregon shpërndarjen hapësinore të fushës tejzanor në banjën tejzanor:
(a) duke përdorur 1 L ujë në banjë dhe (b) duke përdorur vëllimin total prej 2 L ujë në banjë.
[Nascentes et al., 2010]
Për matjet e paraqitura në figurën 3, është përdorur një banjë tejzanor me një hapësirë fundore 12x10 cm.
Fig. 3 tregon shpërndarjen hapësinore të fushës tejzanor në një banjë tejzanor:
(a) duke përdorur 1 L ujë në banjë dhe (b) duke përdorur vëllimin total prej 1.3 L ujë në banjë.
[Nascentes et al., 2001]
Të dyja matjet zbulojnë se shpërndarja e fushës së rrezatimit tejzanor në rezervuarët tejzanor është shumë e pabarabartë. Studimi i rrezatimit tejzanor në vende të ndryshme në banjë tregon ndryshime të rëndësishme hapësinore në intensitetin e kavitacionit në banjën me ultratinguj.
Figura 4 më poshtë krahason efikasitetin e një banje tejzanor dhe një pajisjeje sondë tejzanor të ilustruar nga çngjyrosja e ngjyrosjes azo Methyl Violet.
Fig. 4: Sonikatorët e tipit sonda vendosin intensitet të lokalizuar të energjisë shumë të lartë në krahasim me densitetin e ulët të ultrazërit të rezervuarëve dhe banjave tejzanor.
Dhanalakshmi et al. zbuluan në studimin e tyre se pajisjet ultrasonike të tipit të sondës kanë një intensitet të lartë të lokalizuar në krahasim me tipin e rezervuarit dhe për rrjedhojë, një efekt lokalizues më të madh siç përshkruhet në figurën 4. Kjo do të thotë një intensitet dhe efikasitet më i lartë i procesit të sonikimit.
Një konfigurim tejzanor siç tregohet në figurën 4, lejon kontroll të plotë mbi parametrat më të rëndësishëm, si amplituda, presioni, temperatura, viskoziteti, përqendrimi, vëllimi i reaktorit.
Figura 1: Sonotrode që transmeton ultratinguj të fuqisë në lëng. Mjegullimi nën sipërfaqen sonotrode tregon zonën e pikës së nxehtë kavitacionale.
- intensive
- e fokusuar
- plotësisht të kontrollueshme
- shpërndarja e barabartë
- të riprodhueshme
- Rritje lineare
- Batch dhe në linjë
Përparësitë e sondave të tipit sonda
Sondat tejzanor ose sonotrodat janë krijuar për të përqendruar energjinë tejzanor në një zonë të fokusuar, zakonisht në majë të sondës. Ky transmetim i fokusuar i energjisë lejon trajtimin e saktë dhe efikas të mostrave. Meqenëse dizajni i sondës siguron që një pjesë e konsiderueshme e energjisë tejzanor të drejtohet drejt kampionit, transferimi i energjisë rritet ndjeshëm kur krahasohet me banjat tejzanor. Ky transmetim i fokusuar i fuqisë së ultrazërit është veçanërisht i favorshëm për aplikimet që kërkojnë kontroll të saktë mbi parametrat e tingullit, të tilla si ndërprerja e qelizave, nano-dispersioni, sinteza e nanogrimcave, emulsifikimi dhe nxjerrja botanik.
Prandaj, sonikatorët e tipit sonda ofrojnë avantazhe të dallueshme ndaj banjove tejzanor për sa i përket saktësisë, kontrollit, fleksibilitetit, efikasitetit dhe shkallëzueshmërisë, duke i bërë ato mjete të domosdoshme për një gamë të gjerë aplikimesh shkencore dhe industriale.
Sonicatorë të tipit sondë për përpunim me gotë të hapur
Kur mostrat sonikohen duke përdorur një pajisje sondë tejzanor, zona e sonikimit intensiv është drejtpërdrejt nën sonotrode/sondë. Distanca e rrezatimit tejzanor është e kufizuar në një zonë të caktuar të majës sonotrode. (shih foton 1)
Proceset tejzanor në gota të hapura përdoren kryesisht për testimin e fizibilitetit dhe për përgatitjen e mostrave të vëllimeve më të vogla.
Sonicatorë të tipit sonda me qelizë rrjedhëse për përpunim në linjë
Rezultatet më të sofistikuara të sonikacionit arrihen nga një përpunim i vazhdueshëm në një mënyrë të mbyllur rrjedhjeje. I gjithë materiali përpunohet me të njëjtin intensitet të ultrazërit siç kontrollohet rruga e rrjedhës dhe koha e qëndrimit në dhomën e reaktorit tejzanor.
Kompleti i riqarkullimit tejzanor: UIP1000hdT me qelizë rrjedhëse, rezervuar dhe pompë
Rezultatet e procesit të përpunimit të lëngut tejzanor për një konfigurim të caktuar parametri janë një funksion i energjisë për vëllim të përpunuar. Funksioni ndryshon me ndryshimet në parametrat individualë. Për më tepër, fuqia aktuale dhe intensiteti për sipërfaqen e sonotrode të një njësie tejzanor varet nga parametrat.
Ndikimi kavitacional i përpunimit tejzanor varet nga intensiteti i sipërfaqes i cili përshkruhet nga amplituda (A), presioni (p), vëllimi i reaktorit (VR), temperatura (T), viskoziteti (η) dhe të tjera. Shenjat plus dhe minus tregojnë një ndikim pozitiv ose negativ të parametrit specifik në intensitetin e tingullit.
Duke kontrolluar parametrin më të rëndësishëm të procesit të sonication procesi është plotësisht i përsëritshëm dhe rezultatet e arritura mund të shkallëzohen plotësisht lineare. Llojet e ndryshme të sonotrodes dhe reaktorët e qelizave të rrjedhës tejzanor lejojnë përshtatjen me kërkesat specifike të procesit.
Përmbledhje: Sonicator i tipit sondë vs Bath tejzanor
Ndërsa një banjë tejzanor siguron një sonication të dobët me përafërsisht. 20 Watts për litër, vetëm dhe një shpërndarje shumë jo uniforme, sonikatorët e tipit sonda mund të bashkojnë lehtësisht përafërsisht. 20000 Watts për litër në mjedisin e përpunuar. Kjo do të thotë që një sonikator i tipit sondë tejzanor e kalon një banjë tejzanor me faktor 1000 (1000x hyrje më të madhe të energjisë për vëllim) për shkak të një hyrjeje të fokusuar dhe uniforme të fuqisë tejzanor. Kontrolli i plotë mbi parametrat më të rëndësishëm të tingullit siguron rezultate plotësisht të riprodhueshme dhe shkallëzueshmëri lineare të rezultateve të procesit.
Sonicator i tipit sonda UP200St me sonotrode S26d7D për homogjenizimin e mostrave të tipit batch
Literatura/Referencat
- 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.
Pyetjet e bëra më shpesh rreth sondave tejzanor (FAQ)
Çfarë është një sonikator me sondë tejzanor?
Një sonikator me sondë tejzanor është një pajisje që përdor valë zanore me frekuencë të lartë për të prishur ose përzier mostrat. Ai përbëhet nga një sondë që, kur zhytet në një lëng, gjeneron dridhje tejzanor, duke çuar në kavitacion dhe efektet e dëshiruara të përpunimit të mostrës.
Cili është parimi i sonikimit të sondës?
Sonicizimi i sondës funksionon në parimin e kavitacionit tejzanor. Kur sonda vibron në mostër, ajo krijon flluska mikroskopike që zgjerohen me shpejtësi dhe shemben. Ky proces gjeneron forca të forta prerëse dhe nxehtësi, duke prishur qelizat ose duke përzier komponentët në një nivel mikroskopik.
A është një pastrues tejzanor i njëjtë me një aparat zanor?
Jo, nuk janë njësoj. Një pastrues tejzanor përdor valë ultrasonike shumë të buta në një banjë për të pastruar sendet, kryesisht përmes dridhjeve dhe kavitacionit shumë të vogël. Një sonikator, veçanërisht një sonikues tejzanor, është projektuar për trajtimin e drejtpërdrejtë, intensiv me ultratinguj të mostrave, duke u fokusuar në përçarje ose homogjenizim.
Cili është përdorimi i një sondë tejzanor?
Një sondë tejzanor përdoret kryesisht për detyrat e përgatitjes së mostrës si prishja e qelizave, homogjenizimi, emulsifikimi dhe shpërndarja e grimcave në një sërë aplikimesh kërkimore dhe industriale në kimi, biologji dhe shkenca materiale.
Cili është ndryshimi midis sonikatorit të sondës dhe bririt të filxhanit?
Një sonikator me sondë zhyt drejtpërdrejt sontën në kampion për sonikim intensiv. Nga ana tjetër, një sonikator me bri filxhani nuk e zhyt sontën, por përdor një metodë indirekte ku kampioni vendoset në një enë brenda një banjë uji që transmeton energjinë tejzanor.
Pse të përdorni një sonikator të sondës?
Një sonikator i sondës përdoret për aftësinë e tij për të dhënë energji tejzanor të drejtpërdrejtë me intensitet të lartë në një kampion, duke arritur ndërprerje efikase, homogjenizim ose emulsifikim. Është veçanërisht i vlefshëm për mostrat e vështira për t'u përpunuar ose kur kërkohet kontroll i saktë mbi procesin.
Cilat janë avantazhet e një sonikatori sondë?
Përparësitë përfshijnë përpunimin efikas dhe të shpejtë të mostrave, shkathtësinë në aplikime, kontrollin e saktë mbi parametrat e sonikimit dhe aftësinë për të përpunuar një gamë të gjerë të madhësive dhe llojeve të mostrave, nga mostrat laboratorike me vëllim të vogël deri te tufat më të mëdha industriale ose shpejtësia e rrjedhjes.
Si e përdorni një sonikator tejzanor?
Përdorimi i një sonikatori tejzanor përfshin zgjedhjen e madhësisë së duhur të sondës dhe parametrave të sonikimit, zhytjen e majës së sondës në kampion dhe më pas aktivizimin e sonikatorit për kohën e dëshiruar dhe cilësimet e fuqisë për të arritur përpunimin efektiv të mostrës.
Cili është ndryshimi midis sonikimit dhe ultrazërit?
Sonication i referohet përdorimit të përgjithshëm të valëve të zërit për përpunimin e materialeve, të cilat mund të përfshijnë një sërë frekuencash. Ultratingulli specifikon përdorimin e frekuencave tejzanor (zakonisht mbi 20 kHz), duke u fokusuar në aplikacionet që kërkojnë valë zanore me energji të lartë për përpunimin e mostrës. Sidoqoftë, shumica e njerëzve në të vërtetë i referohen ultratingujve, kur përdorin fjalën sonicator.