เครื่องสะท้อนเสียงแบบโพรบเทียบกับอ่างอัลตราโซนิก

การทําความเข้าใจความแตกต่างระหว่างเครื่องสะท้อนเสียงแบบโพรบและอ่างอัลตราโซนิกช่วยให้คุณเลือกตัวเลือกที่มีประสิทธิภาพสูงสุดสําหรับการใช้งานของคุณ เครื่องสะท้อนเสียงชนิดโพรบ Hielscher มุ่งเน้นพลังงานอัลตราโซนิกที่เข้มข้นลงในตัวอย่างของคุณโดยตรงซึ่งช่วยลดเวลาในการประมวลผลและรับประกันผลลัพธ์ที่สม่ําเสมอและทําซ้ําได้ ในทางตรงกันข้ามอ่างอัลตราโซนิกจะกระจายพลังงานไปทั่วพื้นที่ขนาดใหญ่ส่งผลให้เกิดความเข้มต่ํามากและโพรงอากาศที่ไม่สม่ําเสมอ ความเข้มของ sonication ที่ต่ํากว่านี้มักจะนําไปสู่เวลาในการประมวลผลที่ยาวนานขึ้นและผลลัพธ์ที่ด้อยกว่า

สําหรับงานต่างๆเช่นอิมัลชันการกระจายตัวการสกัดหรือการลดขนาดอนุภาคเครื่องโซนิคเตอร์ชนิดโพรบจะสร้างแรงเฉือนที่สม่ําเสมอและโพรงอากาศที่มีความเข้มสูง วิธีการโดยตรงนี้จัดการกับการใช้งานที่ยากลําบากและปรับขนาดได้อย่างง่ายดายตั้งแต่การทดสอบในห้องปฏิบัติการขนาดเล็กไปจนถึงการผลิตเต็มรูปแบบ ในขณะเดียวกันอ่างอัลตราโซนิกอาจเพียงพอสําหรับการทําความสะอาดที่ไม่รุนแรงหรือการรักษาที่มีความเข้มต่ํา แต่มักจะต่อสู้กับงานที่มีความต้องการมากขึ้นซึ่งต้องการการควบคุมแอมพลิจูดและอุณหภูมิอย่างแม่นยํา เมื่อคุณต้องการความน่าเชื่อถือความยืดหยุ่นและประสิทธิภาพที่แข็งแกร่งเครื่องโซนิคเตอร์ชนิดโพรบ Hielscher ให้ขอบที่ชัดเจนเหนืออ่างอัลตราโซนิกพื้นฐาน

ความเข้มของโพรงอากาศ Sonicator

เครื่องโซนิคเตอร์ชนิดโพรบจะแนะนําอัลตราซาวนด์กําลังสูงโดยตรงลงในตัวกลางที่เป็นของเหลวซึ่งคลื่นเสียงจะสร้างวงจรความดันสูงและความดันต่ําสลับกันในของเหลว ในระหว่างรอบความดันต่ําคลื่นอัลตราโซนิกความเข้มสูงจะสร้างฟองสูญญากาศขนาดเล็กหรือช่องว่างในของเหลว เมื่อฟองอากาศมีปริมาตรที่ไม่สามารถดูดซับพลังงานได้อีกต่อไปฟองอากาศจะยุบตัวลงอย่างรุนแรงในระหว่างวัฏจักรความดันสูง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าโพรงอากาศ ในระหว่างการระเบิดอุณหภูมิและความดันสูงมากจะถึงในท้องถิ่น การระเบิดของฟองอากาศยังส่งผลให้เกิดไอพ่นของเหลวที่รวดเร็วมาก
 

พื้นหลัง: โพรงอากาศอัลตราโซนิก

Moholkar (2000) พบว่าฟองอากาศในบริเวณที่มีความเข้มของโพรงอากาศสูงสุดผ่านการเคลื่อนที่ชั่วคราวในขณะที่ฟองอากาศในบริเวณที่มีความเข้มของโพรงอากาศต่ําที่สุดผ่านการเคลื่อนที่แบบสั่นที่เสถียร การยุบตัวชั่วคราวของฟองอากาศที่ก่อให้เกิดอุณหภูมิและความดันสูงสุดในท้องถิ่นเป็นรากเหง้าของผลกระทบที่สังเกตได้ของอัลตราซาวนด์ต่อระบบเคมี
ความเข้มของอัลตราโซนิกเป็นฟังก์ชันของพลังงานที่ป้อนเข้าและพื้นที่ผิวโซโนทรอด สําหรับอินพุตพลังงานที่กําหนด: ยิ่งพื้นที่ผิวของ sonotrode มากเท่าใดความเข้มของอัลตราซาวนด์ก็จะยิ่งต่ําลงเท่านั้น
คลื่นอัลตราซาวนด์สามารถสร้างได้โดยระบบอัลตราโซนิกประเภทต่างๆ ต่อไปนี้จะเปรียบเทียบความแตกต่างระหว่างการ sonication โดยใช้อ่างอัลตราโซนิกอุปกรณ์โพรบอัลตราโซนิกในภาชนะเปิดและอุปกรณ์โพรบอัลตราโซนิกที่มีห้องเซลล์การไหล

การเปรียบเทียบการกระจายโพรงอากาศ

สําหรับการใช้งานอัลตราโซนิกคุณสามารถใช้โพรบอัลตราโซนิก (เครื่องโซนิกชนิดโพรบ) หรืออ่างอัลตราโซนิก “ในบรรดาวิธีการอัลตราโซนิกทั้งสองวิธีนี้โพรบ sonication มีประสิทธิภาพและมีประสิทธิภาพมากกว่าอ่างอัลตราโซนิกในการประยุกต์ใช้การกระจายอนุภาคนาโน อุปกรณ์อาบน้ําอัลตราโซนิกสามารถให้อัลตราโซนิกที่อ่อนแอด้วยประมาณ 20-40 W / L และการกระจายที่ไม่สม่ําเสมอมากในขณะที่อุปกรณ์โพรบอัลตราโซนิกสามารถให้ 20,000 W / L ลงในของเหลว ดังนั้นจึงหมายความว่าอุปกรณ์โพรบอัลตราโซนิกเหนือกว่าอุปกรณ์อาบน้ําอัลตราโซนิกด้วยปัจจัย 1,000” (อ้างอิง Asadi et al., 2019)

เครื่องสะท้อนเสียงแบบโพรบกับอ่างอัลตราโซนิก: การเปรียบเทียบการกระจายโพรงอากาศ

ในขอบเขตของการใช้งานอัลตราโซนิกทั้งเครื่องสะท้อนเสียงแบบโพรบและอ่างอัลตราโซนิกมีบทบาทสําคัญ อย่างไรก็ตามเมื่อพูดถึงการกระจายตัวของอนุภาคนาโนโพรบ sonicators มีประสิทธิภาพเหนือกว่าอ่างอัลตราโซนิกอย่างมีนัยสําคัญ จากข้อมูลของ Asadi (2019) อ่างอัลตราโซนิกมักจะสร้างอัลตราโซนิกที่อ่อนแอกว่าประมาณ 20-40 วัตต์ต่อลิตรโดยมีการกระจายที่ไม่สม่ําเสมอสูง ในทางตรงกันข้ามอย่างสิ้นเชิงอุปกรณ์โพรบอัลตราโซนิกสามารถส่ง 20000 วัตต์ต่อลิตรที่น่าอัศจรรย์ลงในของเหลวซึ่งแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพที่เหนือกว่าการอาบน้ําอัลตราโซนิกด้วยปัจจัย 1,000 ความแตกต่างที่โดดเด่นนี้เน้นย้ําถึงความสามารถที่เหนือกว่าของเครื่องสะท้อนเสียงชนิดโพรบในการบรรลุการกระจายอนุภาคนาโนที่มีประสิทธิภาพและสม่ําเสมอ

อ่างอาบน้ําอัลตราโซนิก

ในอ่างอัลตราโซนิกโพรงอากาศเกิดขึ้นอย่างไม่สอดคล้องและกระจายผ่านถังอย่างไม่สามารถควบคุมได้ ผลการ sonication มีความเข้มต่ําและแพร่กระจายไม่สม่ําเสมอ ความสามารถในการทําซ้ําและความสามารถในการปรับขนาดของกระบวนการนั้นแย่มาก
ภาพด้านล่างแสดงผลการทดสอบฟอยล์ในถังอัลตราโซนิก สําหรับสิ่งนี้อลูมิเนียมบาง ๆ หรือฟอยล์ดีบุกจะถูกวางไว้ที่ด้านล่างของถังอัลตราโซนิกที่เติมน้ํา หลังจาก sonication จะมองเห็นรอยกัดเซาะเดี่ยว จุดและรูพรุนเดี่ยวในฟอยล์บ่งบอกถึงจุดร้อนของโพรงอากาศ เนื่องจากพลังงานต่ําและการกระจายอัลตราซาวนด์ที่ไม่สม่ําเสมอภายในถัง รอยกัดเซาะจึงเกิดขึ้นเฉพาะจุดเท่านั้น ดังนั้นอ่างอัลตราโซนิกจึงส่วนใหญ่จะใช้สําหรับการทําความสะอาด
 

 
ตัวเลขด้านล่างแสดงการกระจายตัวที่ไม่สม่ําเสมอของจุดร้อนโพรงอากาศในอ่างอัลตราโซนิก ในรูปที่ 2 อ่างอาบน้ําที่มีพื้นที่ด้านล่าง 20×ใช้ขนาด 10 ซม.
 

 
สําหรับการวัดที่แสดงในรูปที่ 3 ใช้อ่างอัลตราโซนิกที่มีพื้นที่ด้านล่าง 12x10 ซม.

 
การวัดทั้งสองเผยให้เห็นว่าการกระจายของสนามฉายรังสีอัลตราโซนิกในถังอัลตราโซนิกนั้นไม่สม่ําเสมอมาก การศึกษาการฉายรังสีอัลตราโซนิกในสถานที่ต่างๆในอ่างแสดงให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงเชิงพื้นที่อย่างมีนัยสําคัญในความเข้มของโพรงอากาศในอ่างอัลตราโซนิก

รูปที่ 4 ด้านล่างเปรียบเทียบประสิทธิภาพของอ่างอัลตราโซนิกและอุปกรณ์โพรบอัลตราโซนิกที่แสดงให้เห็นโดยการลดสีของสีย้อมอะโซเมทิลไวโอเล็ต

Dhanalakshmi et al. พบในการศึกษาของพวกเขาว่าอุปกรณ์อัลตราโซนิกชนิดโพรบมีความเข้มเฉพาะที่สูงเมื่อเทียบกับประเภทถัง และด้วยเหตุนี้ จึงมีผลเฉพาะที่มากขึ้นดังที่แสดงในรูปที่ 4 ซึ่งหมายถึงความเข้มและประสิทธิภาพที่สูงขึ้นของกระบวนการ sonication
การตั้งค่าอัลตราโซนิกดังแสดงในภาพที่ 4 ช่วยให้สามารถควบคุมพารามิเตอร์ที่สําคัญที่สุดได้อย่างเต็มที่เช่นแอมพลิจูดความดันอุณหภูมิความหนืดความเข้มข้นปริมาตรเครื่องปฏิกรณ์

ข้อดีของเครื่องโซนิคเตอร์แบบโพรบ

โพรบอัลตราโซนิกหรือ sonotrodes ได้รับการออกแบบมาเพื่อรวมพลังงานอัลตราโซนิกเข้าไปในพื้นที่โฟกัสโดยทั่วไปที่ปลายโพรบ การส่งผ่านพลังงานที่มุ่งเน้นนี้ช่วยให้สามารถรักษาตัวอย่างได้อย่างแม่นยําและมีประสิทธิภาพ เนื่องจากการออกแบบโพรบช่วยให้มั่นใจได้ว่าพลังงานอัลตราโซนิกส่วนใหญ่ถูกส่งไปยังตัวอย่างการถ่ายโอนพลังงานจึงเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสําคัญเมื่อเทียบกับอ่างอัลตราโซนิก การส่งพลังงานอัลตราซาวนด์ที่มุ่งเน้นนี้เป็นประโยชน์อย่างยิ่งสําหรับการใช้งานที่ต้องการการควบคุมพารามิเตอร์ sonication อย่างแม่นยําเช่นการหยุดชะงักของเซลล์การกระจายตัวของนาโนการสังเคราะห์อนุภาคนาโนอิมัลชันและการสกัดทางพฤกษศาสตร์
ดังนั้นเครื่องสะท้อนเสียงแบบโพรบจึงมีข้อได้เปรียบที่ชัดเจนเหนืออ่างอัลตราโซนิกในแง่ของความแม่นยําการควบคุมความยืดหยุ่นประสิทธิภาพและความสามารถในการปรับขนาดทําให้เป็นเครื่องมือที่ขาดไม่ได้สําหรับการใช้งานทางวิทยาศาสตร์และอุตสาหกรรมที่หลากหลาย

เครื่องโซนิคเตอร์แบบโพรบสําหรับการแปรรูปบีกเกอร์แบบเปิด

เมื่อตัวอย่างถูก sonicated โดยใช้อุปกรณ์โพรบอัลตราโซนิกโซน sonication ที่เข้มข้นจะอยู่ใต้ sonotrode / probe โดยตรง ระยะการฉายรังสีอัลตราโซนิกถูก จํากัด ไว้ที่พื้นที่บางส่วนของปลาย sonotrode (ดูรูปที่ 1)
กระบวนการอัลตราโซนิกในบีกเกอร์แบบเปิดส่วนใหญ่จะใช้สําหรับการทดสอบความเป็นไปได้และสําหรับการเตรียมตัวอย่างในปริมาณที่น้อยลง

เครื่องโซนิคเตอร์แบบโพรบพร้อมโฟลว์เซลล์สําหรับการประมวลผลแบบอินไลน์

ผลลัพธ์การ sonication ที่ซับซ้อนที่สุดทําได้โดยการประมวลผลอย่างต่อเนื่องในโหมดการไหลผ่านแบบปิด วัสดุทั้งหมดได้รับการประมวลผลโดยความเข้มของอัลตราซาวนด์เดียวกันกับเส้นทางการไหลและเวลาที่อยู่อาศัยในห้องเครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกถูกควบคุม

ผลลัพธ์ของกระบวนการของการประมวลผลของเหลวอัลตราโซนิกสําหรับการกําหนดค่าพารามิเตอร์ที่กําหนดเป็นฟังก์ชันของพลังงานต่อปริมาตรที่ประมวลผล ฟังก์ชันจะเปลี่ยนไปตามการเปลี่ยนแปลงในพารามิเตอร์แต่ละรายการ นอกจากนี้กําลังขับที่แท้จริงและความเข้มต่อพื้นที่ผิวของ sonotrode ของหน่วยอัลตราโซนิกขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์

ด้วยการควบคุมพารามิเตอร์ที่สําคัญที่สุดของกระบวนการ sonication กระบวนการจะทําซ้ําได้อย่างเต็มที่และผลลัพธ์ที่ได้สามารถปรับขนาดเป็นเส้นตรงได้อย่างสมบูรณ์ sonotrodes และเครื่องปฏิกรณ์เซลล์ไหลอัลตราโซนิกประเภทต่างๆ ช่วยให้สามารถปรับให้เข้ากับความต้องการของกระบวนการเฉพาะได้

สรุป: Probe-Type Sonicator vs Ultrasonic Bath

ในขณะที่อ่างอัลตราโซนิกให้ sonication ที่อ่อนแอโดยประมาณ 20 วัตต์ต่อลิตรเท่านั้นและการกระจายที่ไม่สม่ําเสมอมากเครื่องสะท้อนเสียงชนิดโพรบสามารถจับคู่ได้อย่างง่ายดายประมาณ 20000 วัตต์ต่อลิตรลงในสื่อที่ผ่านการประมวลผล ซึ่งหมายความว่าเครื่องสะท้อนเสียงแบบโพรบอัลตราโซนิกเป็นเลิศในอ่างอัลตราโซนิกด้วยปัจจัย 1,000 (อินพุตพลังงานที่สูงขึ้น 1,000 เท่าต่อปริมาตร) เนื่องจากอินพุตพลังงานอัลตราโซนิกที่มุ่งเน้นและสม่ําเสมอ การควบคุมพารามิเตอร์ sonication ที่สําคัญที่สุดอย่างเต็มที่ช่วยให้มั่นใจได้ถึงผลลัพธ์ที่ทําซ้ําได้อย่างสมบูรณ์และความสามารถในการปรับขนาดเชิงเส้นของผลลัพธ์ของกระบวนการ