Prob tipidagi sonikatorlar va ultratovushli vannalar
Emulsifikatsiya, dispersiya, ekstraktsiya yoki zarracha hajmini kamaytirish kabi vazifalar uchun zond tipidagi sonikatorlar bir xil kesish kuchlarini va yuqori intensiv kavitatsiyani hosil qiladi. Ushbu to'g'ridan-to'g'ri yondashuv qiyin ilovalarni hal qiladi va kichik laboratoriya sinovlaridan tortib to to'liq ishlab chiqarishgacha osonlikcha o'lchovni o'tkazadi. Shu bilan birga, ultratovushli vannalar yumshoq tozalash yoki past intensivlikdagi muolajalar uchun etarli bo'lishi mumkin, lekin ular tez-tez amplituda va haroratni aniq nazorat qilishni talab qiladigan ko'proq talabchan ishlar bilan kurashadilar. Ishonchlilik, moslashuvchanlik va mustahkam ishlashga muhtoj bo'lganingizda, Hielscher zond tipidagi sonikatorlar asosiy ultratovushli vannalar ustidan aniq ustunlikni taklif qiladi.
Prob tipidagi sonikator va ultratovushli vanna – Zond tipidagi sonikatorlar nima uchun samaradorlik va ishonchlilikdan ustun ekanligini bilib oling
Sonikator kavitatsiyasining intensivligi
Prob tipidagi sonikatorlar yuqori quvvatli ultratovushni to'g'ridan-to'g'ri suyuqlik muhitiga kiritadi, bu erda tovush to'lqinlari suyuqlikda o'zgaruvchan yuqori bosimli va past bosimli davrlarni hosil qiladi. Past bosimli aylanish jarayonida yuqori intensiv ultratovush to'lqinlari suyuqlikda kichik vakuum pufakchalari yoki bo'shliqlarni hosil qiladi. Pufakchalar energiyani o'zlashtira olmaydigan hajmga erishganda, ular yuqori bosimli aylanish jarayonida kuchli qulab tushadi. Ushbu hodisa kavitatsiya deb ataladi. Portlash paytida mahalliy darajada juda yuqori harorat va bosimlarga erishiladi. Kavitatsiya qabariqining portlashi ham juda tez suyuqlik oqimiga olib keladi.
Ma'lumot: Ultrasonik kavitatsiya
Moholkar (2000) eng yuqori kavitatsiya intensivligi mintaqasidagi pufakchalar vaqtinchalik harakatga uchraganini, eng past kavitatsiya intensivligi mintaqasidagi pufakchalar esa barqaror, tebranish harakatini boshdan kechirganini aniqladi. Mahalliy harorat va bosim maksimallarini keltirib chiqaradigan pufakchalarning vaqtinchalik qulashi ultratovushning kimyoviy tizimlarga kuzatilgan ta'sirining ildizidadir.
Ultrasonikatsiyaning intensivligi energiya kiritish va sonotrode sirt maydonining funktsiyasidir. Berilgan energiya kiritish uchun qo'llaniladi: sonotrodening sirt maydoni qanchalik katta bo'lsa, ultratovushning intensivligi shunchalik past bo'ladi.
Ultratovush to'lqinlari har xil turdagi ultratovush tizimlari tomonidan yaratilishi mumkin. Quyida ultratovushli vanna, ochiq idishdagi ultratovushli prob qurilmasi va oqim hujayra kamerasi bo'lgan ultratovushli prob qurilmasi yordamida sonikatsiya o'rtasidagi farqlar solishtiriladi.
1-rasm: Barqaror va vaqtinchalik kavitatsiya pufakchalarini yaratish. (a) siljish, (b) vaqtinchalik kavitatsiya, (c) barqaror kavitatsiya, (d) bosim
[Santos va boshqalardan moslashtirilgan. 2009]
Kavitatsiyaning taqsimlanishini taqqoslash
Ultrasonik ilovalar uchun siz ultratovushli problardan (zond tipidagi sonikatorlar) yoki ultratovushli vannalardan foydalanishingiz mumkin. “Ultrasonikatsiyaning ushbu ikki usuli orasida prob sonication nanopartikulyar dispersiyani qo'llashda ultratovushli hammomga qaraganda samaraliroq va kuchliroqdir; ultratovushli cho'milish qurilmasi taxminan 20-40 Vt / L va juda bir xil bo'lmagan taqsimot bilan zaif ultratovushni ta'minlashi mumkin, ultratovushli prob qurilmasi esa suyuqlikka 20 000 Vt / L quvvat berishi mumkin. Shunday qilib, bu ultratovushli prob qurilmasi ultratovushli vanna qurilmasidan 1000 marta ustun ekanligini anglatadi.” (Qarang: Asadi va boshqalar, 2019)
Prob tipidagi sonikatorlar va ultratovushli vannalar: kavitatsiya taqsimotini taqqoslash
Ultrasonik ilovalar sohasida ham zond tipidagi sonikatorlar, ham ultratovushli vannalar muhim rol o'ynaydi. Biroq, nanopartikullarning tarqalishi haqida gap ketganda, prob sonikatorlari ultratovushli vannalardan sezilarli darajada ustun turadi. Asadi (2019) ma'lumotlariga ko'ra, ultratovushli vannalar odatda bir xil bo'lmagan taqsimot bilan litriga 20-40 vatt kuchsizroq ultratovush hosil qiladi. Bundan keskin farqli o'laroq, ultratovushli zond qurilmalari suyuqlikka hayratlanarli 20000 Vt quvvatni etkazib berishi mumkin, bu ultratovushli vannalardan 1000 marta oshib ketadigan samaradorlikni namoyish etadi. Bu sezilarli farq zond tipidagi sonikatorlarning samarali va bir xil bo'lmagan qismlarga ega bo'lish qobiliyatini ta'kidlaydi.
Ultrasonik vannalar
Ultrasonik hammomda kavitatsiya mos kelmaydigan va tank orqali nazoratsiz ravishda taqsimlanadi. Sonikatsiya effekti past intensivlikda va notekis tarqaladi. Jarayonning takrorlanishi va miqyosi juda yomon.
Quyidagi rasmda ultratovushli tankdagi folga sinovi natijalari ko'rsatilgan. Buning uchun suv bilan to'ldirilgan ultratovushli tankning pastki qismiga yupqa alyuminiy yoki qalay folga qo'yiladi. Sonikatsiyadan so'ng, bitta eroziya izlari ko'rinadi. Folga ichidagi o'sha bitta teshilgan dog'lar va teshiklar kavitatsion issiq nuqtalarni ko'rsatadi. Kam energiya va ultratovushning tank ichidagi notekis taqsimlanishi tufayli eroziya belgilari faqat nuqta bo'yicha paydo bo'ladi. Shuning uchun ultratovushli vannalar asosan tozalash dasturlari uchun ishlatiladi.
Ultrasonik hammom yoki tankda akustik kavitatsiyaning issiq nuqtasi juda notekis bo'ladi.
Quyidagi raqamlar ultratovushli vannada kavitatsion issiq nuqtalarning notekis taqsimlanishini ko'rsatadi. 2-rasmda, pastki maydoni 20 bo'lgan hammom×10 sm ishlatilgan.
2-rasmda ultratovushli vannadagi ultratovush maydonining fazoviy taqsimoti ko'rsatilgan:
(a) vannada 1 litr suvdan foydalanish va (b) vannadagi 2 litr suvning umumiy hajmidan foydalanish.
[Nascentes va boshq., 2010]
3-rasmda ko'rsatilgan o'lchovlar uchun pastki bo'shliq 12x10 sm bo'lgan ultratovushli hammom ishlatilgan.
3-rasmda ultratovushli vannadagi ultratovush maydonining fazoviy taqsimoti ko'rsatilgan:
(a) vannada 1 l suvdan foydalanish va (b) vannadagi 1,3 l suvning umumiy hajmidan foydalanish.
[Nascentes va boshqalar, 2001]
Ikkala o'lchov ham ultratovushli tanklarda ultratovush nurlanish maydonining taqsimlanishi juda notekis ekanligini ko'rsatadi. Vannaning turli joylarida ultratovush nurlanishini o'rganish ultratovushli vannadagi kavitatsiya intensivligida sezilarli fazoviy o'zgarishlarni ko'rsatadi.
Quyidagi 4-rasmda azo-bo'yoq Metil Violetning rangsizlanishi misolida ultratovushli vanna va ultratovushli zond qurilmasining samaradorligi taqqoslanadi.
4-rasm: Prob tipidagi sonikatorlar ultratovushli tanklar va vannalarning past ultratovush zichligi bilan solishtirganda mahalliylashtirilgan juda yuqori energiya intensivligini o'rnatadi.
Dhanalakshmi va boshqalar. o'z tadqiqotida zond tipidagi ultratovush qurilmalari tank turiga nisbatan yuqori mahalliylashtirilgan intensivlikka ega ekanligini va shuning uchun 4-rasmda ko'rsatilgandek ko'proq mahalliylashtirilgan ta'sirga ega ekanligini aniqladilar. Bu sonikatsiya jarayonining yuqori intensivligi va samaradorligini anglatadi.
4-rasmda ko'rsatilganidek, ultratovushli sozlash amplituda, bosim, harorat, yopishqoqlik, kontsentratsiya, reaktor hajmi kabi eng muhim parametrlarni to'liq nazorat qilish imkonini beradi.
1-rasm: Ultratovushni suyuqlikka o'tkazadigan Sonotrode. Sonotrode yuzasi ostidagi sisleme kavitatsion issiq nuqta maydonini ko'rsatadi.
- kuchli
- qaratilgan
- to'liq nazorat qilinadi
- teng taqsimlash
- Qayta tiklanadigan
- Chiziqli masshtabni kattalashtirish
- To'plamli va in-line
Zond tipidagi sonikatorlarning afzalliklari
Ultrasonik zondlar yoki sonotrodlar ultratovush energiyasini diqqat markazida, odatda probning uchida to'plash uchun mo'ljallangan. Ushbu yo'naltirilgan energiya uzatish namunalarni aniq va samarali davolash imkonini beradi. Prob dizayni ultratovush energiyasining muhim qismini namunaga yo'naltirilishini ta'minlaganligi sababli, ultratovushli vannalar bilan solishtirganda energiya uzatish sezilarli darajada yaxshilanadi. Ultratovush quvvatining bu yo'naltirilgan uzatilishi, hujayra buzilishi, nano-dispersiya, nanopartikullar sintezi, emulsifikatsiya va botanika ekstraktsiyasi kabi sonikatsiya parametrlarini aniq nazorat qilishni talab qiladigan ilovalar uchun ayniqsa foydalidir.
Shu sababli, prob tipidagi sonikatorlar ultratovushli vannalarga nisbatan aniqlik, nazorat qilish, moslashuvchanlik, samaradorlik va miqyosda keng ko'lamli ilmiy va sanoat ilovalari uchun ajralmas vositalarga aylangan afzalliklarni taklif qiladi.
Ochiq stakanni qayta ishlash uchun zond tipidagi sonikatorlar
Namunalar ultratovushli zond qurilmasi yordamida sonikatsiya qilinganda, intensiv sonikatsiya zonasi to'g'ridan-to'g'ri sonotrod/zond ostida bo'ladi. Ultrasonik nurlanish masofasi sonotrode uchining ma'lum bir maydoni bilan cheklangan. (1-rasmga qarang)
Ochiq stakanlardagi ultratovush jarayonlari asosan texnik-iqtisodiy sinovlar va kichikroq hajmdagi namunalarni tayyorlash uchun ishlatiladi.
Inline ishlov berish uchun oqim xujayrasi bo'lgan zond tipidagi sonikatorlar
Eng murakkab sonikatsiya natijalariga yopiq oqim rejimida uzluksiz ishlov berish orqali erishiladi. Barcha materiallar oqim yo'li va ultratovush reaktor kamerasida turish vaqti nazorat qilinganidek, bir xil ultratovush intensivligi bilan qayta ishlanadi.
Ultrasonik aylanish to'plami: oqim xujayrasi, tank va nasosli UIP1000hdT
Berilgan parametr konfiguratsiyasi uchun ultratovushli suyuqlikni qayta ishlash jarayonining natijalari qayta ishlangan hajmdagi energiya funktsiyasidir. Funktsiya individual parametrlarning o'zgarishi bilan o'zgaradi. Bundan tashqari, ultratovush birligining sonotrodining sirt maydoniga haqiqiy quvvat chiqishi va intensivligi parametrlarga bog'liq.
Ultrasonik ishlov berishning kavitatsion ta'siri amplituda (A), bosim (p), reaktor hajmi (VR), harorat (T), yopishqoqlik (ē) va boshqalar bilan tavsiflangan sirt intensivligiga bog'liq. Plyus va minus belgilari sonikatsiya intensivligiga o'ziga xos parametrning ijobiy yoki salbiy ta'sirini ko'rsatadi.
Sonikatsiya jarayonining eng muhim parametrini nazorat qilish orqali jarayon to'liq takrorlanadi va erishilgan natijalar butunlay chiziqli bo'lishi mumkin. Har xil turdagi sonotrodlar va ultratovushli oqim hujayra reaktorlari muayyan jarayon talablariga moslashishga imkon beradi.
Xulosa: Zond tipidagi sonikator va ultratovushli vanna
Ultrasonik vanna taxminan bilan zaif sonikatsiyani ta'minlaydi. Bir litr uchun 20 vatt, faqat va juda bir xil bo'lmagan taqsimot, prob tipidagi sonikatorlar taxminan osonlikcha ulanadi. Qayta ishlangan muhitga litr uchun 20000 vatt. Bu shuni anglatadiki, ultratovushli zond tipidagi sonikator fokuslangan va bir xil ultratovush quvvati kirishi tufayli ultratovushli vannadan 1000 faktor (hajm boshiga 1000 baravar yuqori energiya sarfi) ustunlik qiladi. Eng muhim sonikatsiya parametrlarini to'liq nazorat qilish to'liq takrorlanadigan natijalarni va jarayon natijalarining chiziqli miqyoslanishini ta'minlaydi.
Sonotrode S26d7D bilan prob tipidagi sonikator UP200St namunalarni partiya tipidagi homogenlash uchun
Adabiyot/Adabiyotlar
- 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.
Ultrasonik zondlar haqida tez-tez so'raladigan savollar (FAQ)
Ultrasonik sonikator nima?
Ultrasonik sonikator - bu namunalarni buzish yoki aralashtirish uchun yuqori chastotali tovush to'lqinlaridan foydalanadigan qurilma. U suyuqlikka botirilganda ultratovush tebranishlarini keltirib chiqaradigan, kavitatsiyaga va kerakli namunani qayta ishlash effektiga olib keladigan probdan iborat.
Prob sonikatsiyasining printsipi nima?
Prob sonikatsiyasi ultratovushli kavitatsiya printsipi asosida ishlaydi. Prob namunada tebransa, u tez kengayadigan va qulab tushadigan mikroskopik pufakchalarni hosil qiladi. Bu jarayon kuchli kesish kuchlari va issiqlik hosil qiladi, hujayralarni buzadi yoki tarkibiy qismlarni mikroskopik darajada aralashtiradi.
Ultrasonik tozalagich sonikator bilan bir xilmi?
Yo'q, ular bir xil emas. Ultrasonik tozalagich, asosan, tebranish va juda kam kavitatsiya orqali narsalarni tozalash uchun vannada juda yumshoq ultratovush to'lqinlaridan foydalanadi. Sonikator, xususan, ultratovushli sonikator, buzilish yoki homogenlashtirishga qaratilgan namunalarni to'g'ridan-to'g'ri, intensiv ultratovush bilan davolash uchun mo'ljallangan.
Ultrasonik probdan qanday foydalanish kerak?
Ultrasonik zond asosan kimyo, biologiya va materialshunoslik bo'yicha turli tadqiqot va sanoat ilovalarida hujayralarni buzish, gomogenizatsiya, emulsifikatsiya va zarrachalarning tarqalishi kabi namunalarni tayyorlash vazifalari uchun ishlatiladi.
Zond sonikatori va chashka shoxi o'rtasidagi farq nima?
Zond sonikatori zondni intensiv sonikatsiya uchun to'g'ridan-to'g'ri namunaga botiradi. Boshqa tomondan, chashka shoxli sonikator zondni botirmaydi, lekin bilvosita usuldan foydalanadi, bunda namuna ultratovush energiyasini uzatuvchi suv hammomidagi idishga joylashtiriladi.
Nima uchun prob sonikatoridan foydalanish kerak?
Zond sonikatori namunaga to'g'ridan-to'g'ri, yuqori intensivlikdagi ultratovush energiyasini etkazib berish, samarali buzilish, gomogenizatsiya yoki emulsifikatsiyaga erishish qobiliyati uchun ishlatiladi. Bu, ayniqsa, ishlov berish qiyin bo'lgan namunalar uchun yoki jarayon ustidan aniq nazorat zarur bo'lganda qimmatlidir.
Prob sonikatorining afzalliklari qanday?
Afzalliklar namunalarni samarali va tezkor qayta ishlash, ilovalardagi ko'p qirralilik, sonikatsiya parametrlarini aniq nazorat qilish va kichik hajmli laboratoriya namunalaridan tortib yirik sanoat partiyalari yoki oqim tezligigacha bo'lgan keng turdagi namuna o'lchamlari va turlarini qayta ishlash qobiliyatini o'z ichiga oladi.
Ultrasonik sonikatordan qanday foydalanasiz?
Ultrasonik sonikatordan foydalanish mos keladigan prob o'lchamini va sonikatsiya parametrlarini tanlashni, prob uchini namunaga botirishni va keyin namunani samarali qayta ishlashga erishish uchun kerakli vaqt va quvvat sozlamalari uchun sonikatorni faollashtirishni o'z ichiga oladi.
Ultrasonikatsiya va ultratovush o'rtasidagi farq nima?
Sonikatsiya bir qator chastotalarni o'z ichiga olishi mumkin bo'lgan materiallarni qayta ishlash uchun tovush to'lqinlaridan umumiy foydalanishni anglatadi. Ultrasonikatsiya ultratovush chastotalaridan (odatda 20 kHz dan yuqori) foydalanishni belgilaydi, bu namunani qayta ishlash uchun yuqori energiyali tovush to'lqinlarini talab qiladigan ilovalarga e'tibor beradi. Biroq, ko'pchilik odamlar ultrasonikator so'zini ishlatganda, ultrasonikatorlarga murojaat qilishadi.