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超声处理

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超声处理是为了各种目的(例如从植物、微藻和海藻中提取多种化合物)而施加声能以搅动样品中的颗粒的行为。通常使用超声频率(> 20 kHz),导致该过程也称为超声或超声。

在实验室中,通常使用超声波浴或超声波探头(俗称超声波发生器)来应用它。在造纸机中,超声波箔可以使纤维素纤维更均匀地分布并增强纸张强度。

超声处理

超声处理的效果

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超声处理具有多种作用,包括化学作用和物理作用。超声波的化学作用与理解声波对化学系统的作用有关,这被称为声化学。超声波的化学作用并非来自与分子种类的直接相互作用。研究表明,在分子水平上,声场与化学物种的直接耦合不能解释声化学或声致发光。取而代之的是,在声化学中,声波通过介质迁移,引起压力变化和空化,而空化则不断增长和瓦解,从而将声波转换为机械能。

超声处理的应用

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超声处理可用于生产纳米颗粒,例如纳米乳液、纳米晶体、脂质体和蜡乳液,以及废水净化、脱气、紫菜多糖和植物油的提取、花青素和抗氧化剂的提取、生物燃料的生产、原油脱硫、细胞破裂、聚合物环氧树脂加工、粘合剂稀化以及许多其他过程。它适用于制药化妆品、水、食品、油墨、油漆、涂料、木材处理、金属加工、纳米复合材料、农药、燃料、木材产品和许多其他行业

可以通过破坏分子间的相互作用来使用超声处理来加速溶解。当无法搅拌样品时(如NMR管),此功能特别有用。它也可以用于为某些化学反应进行提供能量。超声可用于在真空下对液体进行超声处理,从而从液体中去除溶解的气体。这是冷冻泵解冻和喷射方法的替代方法。

在生物应用中,超声处理可能足以破坏或灭活生物材料。例如,超声通常用于破坏细胞膜并释放细胞内含物。此过程称为声处理。小型单层囊泡(SUVs)可以通过超声处理大型多层囊泡(LMVs)的分散体来制备。超声处理还用于片段化DNA分子,其中将经过短时间超声处理的DNA剪切成较小的片段。

超声处理通常用于纳米技术中,以将纳米颗粒均匀地分散在液体中。另外,它用于破碎微米级胶体颗粒的聚集体

超声处理也可用于引发结晶过程,甚至控制多晶型结晶。用于干预反溶剂沉淀(结晶),以帮助混合和分离小晶体。

超声处理是超声清洗中使用的机制—减少粘附在表面上的颗粒。除了实验室科学应用外,超声浴还具有包括清洁物体(例如眼镜和珠宝)的应用。

超声处理也用于食品工业。主要应用是分散,以节省昂贵的乳化剂或加快过滤过程(植物油等)。进行了用于酒类和其他含酒精饮料的人工陈化的超声处理实验。

经常对土壤样品进行超声波处理,以使其分解。这样就可以研究土壤团聚体的不同成分(尤其是土壤有机质),而无需对其进行严格的化学处理。

超声处理还用于从岩石中提取微化石。

超声处理的设备

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许多处理应用(例如,纳米结晶、纳米乳化、团聚、细胞破裂以及许多其他处理应用)都需要足够的超声强度和高超声振动幅度。通常,首先在实验室规模上测试过程以证明可行性并建立一些所需的超声暴露参数。此阶段完成后,该过程将转移到中试(基准)规模以进行流通式生产前优化,然后转移到工业规模以进行连续生产。在这些放大步骤中,至关重要的是要确保所有局部暴露条件(超声波振幅、空化强度、在空化区域中花费的时间等)保持不变。如果满足此条件,则最终产品的质量将保持在最佳水平,而生产率将通过可预测的“放大因子”提高。生产率的提高是由于实验室,台式和工业规模的超声处理器系统合并了逐渐变大的超声变幅杆,从而能够产生越来越大的高强度空化区域,因此,每单位时间处理更多的材料。这称为“直接可伸缩性”。重要的是要指出,仅增加超声处理器的功率容量并不能导致直接可伸缩性,因为它可能(并且经常)伴随着超声波幅度和空化强度的降低。在直接放大过程中,必须保持所有处理条件,同时增加设备的额定功率,以便能够操作更大的超声波变幅杆。为该设备的工程师找到最佳操作条件是一个挑战,需要对超声处理器的副作用有深入的了解。


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  1. 超声处理
  2. 超声处理的效果
  3. 超声处理的应用
  4. 超声处理的设备

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