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超声波萃取技术的原理知识

2020.2.2

  超声波是指频率为20千赫~50兆赫左右的电磁波,它是一种机械波,需要能量载体—介质—来进行传播。超声波在传递过程中存在着的正负压强交变周期,在正相位时,对介质分子产生挤压,增加介质原来的密度;负相位时,介质分子稀疏、离散,介质密度减小。超声波萃取利用超声波辐射压强产生的强烈空化应效应、机械振动、扰动效应、高的加速度、乳化、扩散、击碎和搅拌作用等多级效应,增大物质分子运动频率和速度,增加溶剂穿透力,从而加速目标成分进入溶剂,促进提取的进行。

  在液体中,膨胀过程形成负压。如果超声波能量足够强,膨胀过程会在液体中生成气泡或将液体撕裂成很小的空穴。这些空穴瞬间闭合,闭合时产生高达3000MPa 的瞬间压力,称为空化作用,整个过程在400μs内完成。空化作用细化物质以及制造乳液,加速目标成分进入溶剂,提高提取率。除空化作用外,超声波的许多次级效应也都利于目标成分的转移和提取。

  纯液体中,空穴破裂时,由于周围条件相同,因此总保持球形;然而紧靠固体边界处,空穴的破裂是非均匀的,产生高速液体喷流,使膨胀气泡的势能转化成液体喷流的动能,在气泡中运动并穿透气泡壁。喷射流在固体表面的冲击力非常强,能对冲击区造成极大的破坏,从而产生高活性的新鲜表面。破裂气泡形变在表面上产生的冲击力比气泡谐振产生的冲击力要大数倍 。