Ultrasonikointi

Ultrasonikointi on prosessi, jossa näyte altistetaan korkeataajuiselle ultraääniaaltojen värähtelylle. Nesteissä tämän prosessin keskeinen ilmiö on cavitointi: mikroskooppiset kuplat muodostuvat ja romahtavat nopeasti, tuottaen paikallisia korkean paineen ja lämpötilan vaihteluita sekä voimakasta liike-energiaa. Näiden vaikutusten seurauksena partikkeleiden hajoaminen, sekoittuminen ja emulsioituminen sekä joidenkin nesteiden degassing voivat tehostua. Ultrasonikointi voidaan ohjata taajuudella, amplitudilla ja käsittelyajalla sekä lämpötilalla ja nesteellä.

Käytännössä ultrasonikointia toteutetaan pääasiassa kahdella laitteistotyypillä: upotettavalla ultraäänipäällä (sonotrodi), joka välittää värähtelyn suoraan näytteeseen, sekä ultraäänikylvyllä, jossa näyte on astian sisällä ja värähtely siirtyy nesteen kautta. Taajuus ja amplitudi vaikuttavat cavitointikokoon ja teho ilmoitetaan usein wattina per tilavuus (W/L) tai generatorin nimellistehona. Matalammat taajuudet noin 20–40 kHz tuottavat voimakkaamman cavitaation ja soveltuvat hajoamiseen sekä emulsioihin, kun taas korkeammat taajuudet antavat hienomman sekoituksen.

Ultrasonikointia käytetään laajasti sekä tutkimuksessa että teollisuudessa: puhdistus ja pintojen mekaaninen puhdistus, uuttaminen kasveista sekä aromaatti- ja biomolekyylien eristys, emulsioiden ja dispersioiden valmistus, sekä solujen rikkominen ja nanopartikkelien dispersio. Prosessi mahdollistaa nopean käsittelyn ja paikallisen energian anvilan ilman suurta kokonaislämpöä, mutta siihen liittyy myös lämpenemisen hallinnan ja mahdollisen näytteen vaurioitumisen riskit sekä skaalaushaasteet suurissa volyymeissa.

Turvallisuus ja esteet: ultrasonikoinnissa syntyy voimakasta mekaanista stressiä sekä mahdollinen aerosoli- ja meluriskit. Käytetään asianmukaisia suojavarusteita, suojaseiniä ja jäähdytystä sekä riskinarviointia ennen prosessin aloittamista.