超声波处理器阅读：25

　　1.高效:处理速度快，效率高。

　　2.均匀:能实现样品的均匀处理。

　　3.操作简便:易于使用和控制。

　　3.适用范围广:可处理多种样品和实现多种功能。

　　1.发生器(超声波电源):

　　将市电转换为高频电信号，是设备的“大脑”，提供能量并控制工作参数（如功率、时间、模式）。

　　2.换能器:

　　将发生器输出的高频电信号转换为机械振动（超声波）。通常采用压电陶瓷材料。

　　3.变幅杆(探头/喇叭):

　　连接在换能器前端的金属杆，用于放大振动幅度并将超声波能量聚焦传递到样品中。探头材质多为钛合金，耐腐蚀、耐空化腐蚀。探头末端直径（如2mm、6mm、10mm等）影响能量密度和处理体积。

　　1.频率:

　　超声波的振动频率，常用为20千赫兹、25千赫兹、28千赫兹等。频率影响空化效应的强度和穿透深度，不同应用有不同最佳频率。

　　2.输出功率:

　　设备能提供的最大超声能量，单位为瓦。功率越大，处理能力越强，但需根据样品量和性质选择，避免过度处理。

　　3.功率可调范围:

　　实际工作中可调节的功率百分比或具体数值范围。精细的功率调节对优化实验条件至关重要。

　　3.探头末端直径:

　　直接影响能量密度（功率/面积）和处理效率。小直径探头能量密度高，适合小体积或难处理样品；大直径探头处理量大，适合大体积样品。

　　4.处理容量:

　　设备推荐处理的液体体积范围（如0.1毫升至500毫升），与探头大小和功率匹配。

　　5.工作模式:

　　连续模式:持续发射超声波。

　　脉冲模式:超声波间歇发射（如开2秒，关1秒），可减少样品发热，适用于对温度敏感的生物样品。

　　7.时间控制:

　　可设定处理的总时长或脉冲周期，实现精确控制。

　　8.振幅:

　　探头末端振动的幅度，直接影响空化强度。部分高端设备可直接调节振幅。

　　9.冷却方式:

　　超声过程会产生热量，通常需要将样品容器置于冰浴中冷却，或使用带冷却夹套的容器，防止样品因过热而失活或变性。

　　超声波处理器的工作原理主要基于超声波在液体中产生的“空化效应”。这个过程可以将电能转化为强大的机械能，作用于液体中的样品，从而实现破碎、分散、乳化、提取等多种功能。其工作过程可以分为以下几个关键步骤：

　　1.电能转换为机械振动：

　　设备的“发生器”将普通的市电转换成高频的电信号（通常在20千赫兹以上，属于人耳听不到的超声波范围）。

　　这个高频电信号被输送到“换能器”（通常采用压电陶瓷材料制成）。

　　换能器接收到电信号后，会发生快速的、微小的机械形变（伸缩），从而将电能转换成了同频率的机械振动。

　　2.振动放大与传递：

　　换能器产生的微小机械振动，传递到与之相连的“变幅杆”（也叫探头或喇叭）。

　　变幅杆的特殊设计（通常是阶梯形或指数形）能够将振动的幅度（振幅）显著放大。

　　放大后的强烈机械振动通过探头的末端传入待处理的液体中。

　　3.空化效应的产生：

　　这是整个过程的核心。当探头末端在液体中高速振动时，会在其周围产生交替的高压区和低压区。

　　在低压区，液体受到拉力，如果拉力足够大，液体就会被“撕裂”，形成无数微小的真空气泡或空腔，这个过程称为“空化”。

　　随后，在紧接着的高压区，这些微小的气泡会瞬间（在极短的时间内）被猛烈地压缩、崩溃、破裂。

　　4.空化泡破裂释放巨大能量：

　　气泡在崩溃破裂的瞬间，会集中释放出巨大的能量，产生一系列强烈的物理效应：

　　局部高温：在气泡破裂的极小空间内，温度可瞬间达到数千摄氏度。

　　局部高压：压力可高达上千个大气压。

　　强烈的冲击波：向四周发射出高速的液体射流和冲击波。

　　强烈的剪切力：在液体中形成剧烈的湍流和剪切力场。

　　5.对样品的作用：

　　样品（如细胞、颗粒、团聚物等）暴露在这种极端的物理环境中，会受到多重作用：

　　冲击与破碎：冲击波和微射流直接冲击细胞壁或颗粒，使其破裂或粉碎。

　　剪切与撕裂：强烈的剪切力可以撕裂大分子、分散团聚的颗粒或乳化液体。

　　加速传质：剧烈的扰动加速了溶剂与样品之间的物质交换，从而提高提取效率。

　　1.避免空载运行:无液体时开启超声会损坏设备。

　　2.控制温度:长时间或高功率处理会导致样品温度急剧升高，需采取有效冷却措施。

　　3.探头维护:使用后需清洁探头，避免腐蚀；避免触碰容器底部或侧壁，以防损坏。

　　4.噪音:工作时会产生较大噪音，建议在通风橱或隔音环境中操作。

　　1.细胞破碎(细胞裂解):

　　利用高强度超声波破坏细胞膜或细胞壁，释放细胞内的蛋白质、核酸（DNA、RNA）、酶等目标物质。常用于微生物、植物、动物组织的处理。

　　2.纳米材料分散:

　　将团聚的纳米颗粒（如碳纳米管、石墨烯、纳米粉体）在液体（溶剂、聚合物基体）中均匀分散，防止沉降，提高材料性能。

　　3.乳化与均质:

　　将两种互不相溶的液体（如油和水）高效混合，形成稳定的乳液或微乳液，粒径更小、分布更均匀。

　　4.萃取与浸提:

　　加速溶剂从固体样品（如中草药、食品、土壤）中提取有效成分（如活性物质、污染物）的过程，提高提取效率和得率。

　　5.加速化学反应:

　　超声波的空化作用能产生局部高温高压，促进化学反应速率，实现声化学合成。

　　6.脱气与消泡:

　　去除液体中溶解的气体或悬浮的气泡，提高液体纯度或改善后续加工性能。

　　7.清洗:

　　对精密器件、光学元件、珠宝等进行高效、无损伤的清洗，去除微小污渍和颗粒。