超声波声化学的原理及应用

空化作用的的介绍：

当用足够大振幅的超声波作用于液体介质时在负压区内介质分子间的平均距离会超过使液体介质保持不变的临界分子距离液体介质就会发生断裂，形成微泡，微泡进一步长大成为空化气泡，在紧接着的压缩过程中，这些空化气泡被压缩，其体积缩小,有的甚至完全消失。当脱出共振相位时，空化气泡就不再稳定了，这时空化气泡内的压强已不能支撑其自身的大小,即开始溃陷或消失，这一过程称为空化作用，或孔蚀作用。由于空化作用所引起的反应条件的变化，导致了化学反应的热力学变化，使化学反应的速度和产率得以提高。

超声波液体处理方面的工艺包括超声波乳化、灭菌、分散与均质等等内容，这些超声波工艺被广泛运用于化妆品与个护产品、药品、纳米材料以及燃料等行业的生产与制备。

纳米材料：

纳米材料（例如纳米管，石墨烯，纳米金刚石，陶瓷，金属氧化物等）的物理性质（如光学和磁性，比热，熔点和表面反应性）作为新兴材料备受关注。但是纳米材料的颗粒越小，处理起来就越困难。高功率超声通常是有效影响纳米粒子的唯 一方法。功率超声的影响包括材料化学与开发，催化，电子，能源以及生物学和医学等多个领域的多种应用。高功率超声发生器是获得所需的纳米颗粒有效途径。

制药行业：

超声设备在制药工业中的应用是多种多样的，例如化学化合物的合成，活性化合物的提取（例如植物中的苯酚，类黄酮），乳化（乳液，乳膏和软膏的乳化），脂质体的制备（胶囊化）或病毒和病毒的灭活疫苗病原体。在药品生产中，超声波设备的使用可以通过提高产量来提高生产能力。工业超声设备可以批量处理或连续过程的形式大规模进行药品制备。

超声波乳化：

将不混溶的液体混合到乳液中时，液滴的大小和分布是乳液稳定性的关键因素。超声波乳化设备可以产生非常细小的液滴和狭窄的尺寸。在大多数情况下，当分批或在线制备乳液时，超声波乳化设备可以制备亚微米的液滴。与高压均质机不同，超声波乳化设备产生的高剪切力甚至可以乳化较高粘度液体，例如重质燃油（HFO）。一些配方可能需要添加乳化剂或稳定剂。在这种情况下，超声乳化设备也有助于均匀混合乳化剂。

食品，乳制品和饮料制造业：

常见的加工步骤，例如混合和均质化，提取，稳定化和保存等工艺，传统的方法逐渐被创新的加工技术（如超声波处理）取代。超声波是一种非热食品处理方法。超声处理的好处在于其温和，快速和清洁的加工过程，从而通过保留新鲜度和维生素来减少产品损失并改善食品质量。

超声波水处理：

对于许多行业而言，控制细菌和藻类在水中的生长是与生产密切相关的过程。超声波水处理设备因其对引起细胞裂解和细胞死亡的细胞结构的影响以及由于机械冲击而产生的清洁能力而闻名。 此外，通过非常简单但有效的超声处理步骤，就可以成功清除罐、桶、容器甚至过滤器中的生物膜，残留物。超声设备产生的高频振动和空化剪切力消除了对水以及液体的污染。不需要任何有污染的清洁剂就能轻松冲洗掉残留的残留物。

超声波分散解聚：

通过超声可以容易地获得粒子甚至分散体。超声波设备可以用于生产微米级和纳米级的细尺寸分散与解聚。超声波分散设备可破碎传统搅拌器和高剪切混合器无法破碎的液体中的粉末团聚体。高空化剪切力使附聚的颗粒分散并均质化，从而获得更高的表面积。

超声波提取和细胞裂解：

细胞分解或裂解是生物技术实验室日常样品制备的常见过程。裂解的目标是破坏细胞壁的一部分或整个细胞以释放生物分子。所谓的裂解物可以包括例如质粒，受体测定，蛋白质，DNA，RNA等。裂解后的后续步骤是分离，细胞器分离或/和蛋白质提取和保存。超声波设备是成功进行细胞裂解和提取的常用工具。

超声波微生物灭活：

微生物灭活是食品加工中的关键过程。由于对新鲜，温和的加工食品的需求不断增长，因此该行业通过以温和的加工方法代替保温材料来满足客户的需求。由于微生物是导致食物变质的主要原因，因此必须针对其进行防腐技术。超声波灭菌设备是一种非热技术，可以使产品中的微生物失活，从而更好地保存产品的感官特性，营养和功能。超声处理的优点是可以完全控制超声处理强度，从而可以进行微生物的灭活处理。

化妆品和个护产品：

对于化妆品的生产，成分的混合是必不可少的步骤。高功率超声波可实现细粒度均质，分散和乳化，例如用于乳霜和乳液，指甲油和化妆品的制备。超声波在提取和保存方面的能力也是众所周知的。由于许多化妆品成分（例如从细胞中提取的脂质，蛋白质，芳香族化合物或着色剂）都是通过提取而获得的，因此对于某些新制剂而言，超声波设备是一种很有潜力的工具。

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