دستگاه التراسونیک آزمایشگاهی چیست ؟

کلمه التراسونیک یا Ultrasonic به معنای فراصوت است. محدوده فرکانسی شنوایی افراد متفاوت است و با بالا رفتن سن این بازه کاهش می‌یابد.محدوده فرکانس شنوایی انسان 20 هرتز تا 20000 هرتز است. محدوده فرکانسی امواج فراصوت 40 کیلو هرتز تا چندین مگا هرتز میباشد. به این نکته باید توجه کرد که اصطلاح “فراصوت”، با “مافوق صوت” به انگلیسی Supersonic)) که برای سرعت بالاتر از سرعت صوت استفاده می‌شود، متفاوت است.
امواج فراصوت همانند امواج دیگر خواص شکست، پراش، بازتاب و عبور دارند. این امواج به سه روش مکانیکی، مغناطیسی و الکتریکی ایجاد میشوند.

التراسونیک

کاربرد های التراسونیک (اولتراسونیک)

امواج فراصوت، کاربردهای فراوانی از جمله در لیزر، تخلیه الکتریکی برای بهبود خواص سطحی و افزایش نرخ باربرداری، سنجش فاصله، عمق مخزن، شستوشوی دقیق ظروف آزمایشگاهی، تعیین فشار خون بیمار، همگن کردن مواد مذاب، جوشکاری مواد غیر همجنس، ریختهگری، تراشکاری، فرزکاری، سوراخکاری و غیره دارد .

یکی از مهم ترین کاربردهای امواج فراصوت در شستشوی التراسونیک است. برای این کار قطعه مورد نظر برای شستشو در مایعی که معمولاً آب است، غوطه ور میکنند. مایعی که قطعه در آن غوطه ور شده است با فرکانس و شدت بسیار بالایی به ارتعاش در میآید و این ارتعاشات منجر به مرتعش شدن قطعه درون مایع شده و آلودگیها را از آن جدا میکند.

به منظور اتصال قطعات پلاستیکی، پلاستیکی به فلزات و به طور کل، جوش و اتصال مواد غیر هم جنس،از امواج فراصوت استفاده میشود. در این نوع جوشکاری با قرار دادن قطعات در معرض حرکت ارتعاشی با فرکانس ثابت حرارت داده میشوند و به هم متصل میشوند و یا به اصطلاح جوش میخورند.

جالب است بدانید از امواج فراصوت در پزشکی نیز استفادههای فراوانی میشود. از جمله میتوان به جراحی توسط چاقوی التراسونیک، تخریب سلول های بدخیم، عمل آب مروارید چشم، پیشگیری از پوسیدگی، جرم گیری و عصب کشی دندانها، شکستن سنگ کلیه، مثانه و کبد، برداشتن چربی اضافی بدن )لیپوساکشن(، برداشتن بافتهای مرده و مواد خارجی زخم و هم چنین استفاده در سونوگرافی اشاره کرد .

از آنجا که همگن سازی محلول‌های ویسکوز، ترکیبات نانو، محلول‌های پلیمری و … توسط همزن‌های مکانیکی به سختی صورت می گیرد یا محدودیت فنی وجود دارد، استفاده از هموژنایزر اولتراسونیک سبب تهیه محلول‌های کاملا یکنواختی از موارد فوق می شود. در واقع با استفاده از قابلیت‌های امواج فراصوت می‌توان ذرات مایع یا جامد سخت یا نرم را به طور مناسب همگن نمود.

در دستگاه کروماتوگرافی برای حذف گازهای محلول در فاز متحرک میتوان از حمام التراسونیک استفاده نمود. گازهای محلول اغلب اکسیژن و نیتروژن هستند که با تشکیل حباب باعث پهن شدن پیک شده و علاوه بر این اغلب با عملکرد آشکارسازها تداخل میکنند.

دستگاه التراسونیک

حسگرهای التراسونیک

برای استفاده از امواج فرا صوت از حسگرهایی استفاده میشود که این حسگرها بر اساس محدوده فرکانسی خود به دو دسته صنعتی و غیر صنعتی تقسیم بندی میشوند. حسگرهای فراصوت غیر صنعتی در محدوده فرکانسی 40 کیلو هرتز و حسگرهای صنعتی در حد مگا هرتز هستند. حسگرهای التراسونیک معمولا دارای یک فرستنده و یک گیرنده التراسونیک هستند. امواج فرستاده شده از حسگر پس از برخورد با یک مانع به حسگر بر میگردند و توسط گیرنده حسگر دریافت میشوند. از این طریق و با در نظر گرفتن زمان بازگشت موج و کیفیت امواج بازتابی میتوان اطلاعاتی راجع به عمق، نوع و سرعت مانع بدست آورد.

حسگر التراسونیک

دستگاه هموژنایزر (همگن ساز یا homogenizer)

هموژنایزر از دستگاههای آزمایشگاه های تحقیقاتی ، صنعتی و آموزشی می باشد. هموژنایزر به معنی همگن سازی می باشد که علاوه بر آزمایشگاهها در صنعت نیز کاربرد دارد که میتوان به کاربرد آن در صنایع لبنی اشاره کرد.
در مواردی نیاز است که نمونه، یکنواخت باشد. این نمونه در بعضی از موارد شامل ذرات بسیار ریز است (مثل باکتری‌ها) و یا شامل قطعات بزرگ است ، در چنین مواردی به یک پردازش همگن سازی نیاز است.
به‌طور معمول از دو روش فشار قوی و التراسونیکی جهت همگن کردن نمونه‌ها استفاده می‌شود.

همگن سازی التراسونیک

روش اولتراسونیکی (ultrasonic homogenizer)

همانطور که می‌دانید ، امواج فراصوت به دسته ای از امواج مکانیکی گفته می‌شود که فرکانس نوسان آنها از محدوده شنوایی انسان فراتر است. این محدوده سبب ایجاد ارتعاش محیط با سرعت های بالا و به‌ دنبال آن ایجاد حفرات متعدد و ریزی در داخل مایع می‌شوند که به این حالت کاویتاسیون (cavitation) می‌گویند. این فرآیند می‌تواند به پاشش مایع با سرعتی در حدود ۴۲۰ کیلومتر در ساعت ، ایجاد فشاری معادل ۲۰۰ بار و یا دمای بالای ۴۵۰۰ درجه سانتیگرادی در آن شود.
با استفاده از قابلیت‌های امواج التراسونیک که گفته شد ، می‌توان ذرات مایع و یا جامد را که سخت یا نرم باشند ، همگن کرد. به عبارت دیگر امواج اولتراسوند می‌تواند شوک هایی تولید کند که در تمام نمونه سبب از بین رفتن سلول‌ها ، اندامک‌ها و لایه‌های زیر سلولی شود. اولتراسوندهای مورد استفاده در آزمایشگاه‌ها برای حجم‌های بین 5/1 میلی لیتر تا ۲ لیتر و نوع صنعتی آن در حجم‌های 5/0 لیتر تا ۲۰۰۰ لیتر ساخته می‌شوند.

حمام التراسونیک (Ultrasonic bath)

حمام التراسونیک عبارت است از کاربرد امواج مکانیکی – صوتی با فرکانسی بالاتر از حد شنوایی انسان. یکی از کاربردهای مهم امواج التراسونیک استفاده از ضربه ناشی از کاویتاسیون ایجاد شده توسط آن در فرآیند شستشوی التراسونیک می باشد. اصول کلی این روش مبتنی بر غوطه وری قطعات مورد نظر در یک مایع واسطه می باشد که این مایع توسط یک مولد امواج التراسونیک با فرکانس و شدت بسیار بالایی مرتعش شده و هنگامی که کاویتاسیون به وجود آمده عمل شستشو و پاک کردن قطعه را انجام می دهد. استفاده از امواج مافوق صوت بدلیل خواصی که دارند بعضاً کاربردهای متنوع و جالبی دارند. دستگاه پاک کننده التراسونیک با استفاده از امواج ما فوق صوت ذرات چربی و آلودگی هایی را که روی سطح جسم قرار گرفته جدا کرده و جسم را پاک می کند.

اجزای حمام التراسونیک

یک سیستم پاک کننده التراسونیک شامل ۳ قسمت اصلی است: منبع تغذیه، ترانسدیوسر (پیزوالکتریک) و محفظه. اعمال سیگنال ورودی از منبع تغذیه به یک پیزوالکتریک باعث ارتعاش آن شده و انتقال این نوسان ازجداره محفظه به مایع درون آن می تواند مولکول های مایع را تحت تاثیر قرار داده و پدیده کاویتاسیون را به وجود آورد. کاویتاسیون نتیجه ضربان در فرایند شستشو التراسونیک است که با تغییر فرکانس ورودی منبع تغذیه پدیدار شده و می تواند تاثیرات مختلفی روی جسم مورد شستشو بگذارد.

التراسونیک

خطرات فراصوت

سوختگی : اگر امواج پیوسته و در یک مکان بدون چرخش بکار روند، در بافت باعث سوختگی می‌شود و باید امواج حرکت داده شوند.
پارگی کروموزومی : استفاده دراز مدت از امواج التراسوند با شدت خیلی بالا پارگی در رشته دی ان ای (DNA) را نشان می‌دهد.
ایجاد حفره : یکی از عوامل کاهش انرژی امواج اولتراسوند هنگام گذشتن از بافتهای بدن ایجاد حفره یا کاویتاسیون است. همه محلولها شامل مقدار قابل ملاحظه‌ای حبابهای گاز غیر قابل دیدن هستند و دامنه بزرگ نوسانهای امواج اولتراسوند در داخل محلولها می‌تواند بر روی بافتها تغییرات بیولوژیکی ایجاد کند (پارگی در دیواره یاخته‌ها و از هم گسستن مولکولهای بزرگ).