ما هو العلاج بالموجات فوق الصوتية الكيميائية؟ ما نوع الوظيفة التي لديها؟

جوهر التأثير الكيميائي بالموجات فوق الصوتية هو التجويف، والذي يتضمن ثلاث خطوات: ظهور نوى الغاز، ونمو الفقاعات الصغيرة، وانفجار الفقاعات الصغيرة. تحت تأثير الموجات فوق الصوتية، يخضع السائل لحركة سريعة. بسبب التغيرات في ضغط الصوت، يتم ضغط المذيب ويتأثر بشكل قليل. في منطقة الطور المتناثر للموجات فوق الصوتية، يتوسع تجويف الغاز وينمو، ويملأ البخار السائل أو الغاز المحيط. في منطقة الطور المضغوط، تنهار الجيوب الهوائية وتتمزق بسرعة، منتجة عددًا كبيرًا من الفقاعات الدقيقة التي يمكن أن تكون بعد ذلك بمثابة نوى غازية جديدة.
السبب الرئيسي لتأثير الموجات فوق الصوتية على التفاعلات الكيميائية هو أن هذه الفقاعات الدقيقة يمكن أن تولد موجات صدمية قوية عندما تنمو وتنفجر فجأة. من المقدر أنه عندما تنفجر الفقاعات الدقيقة، يمكن توليد ضغط يصل إلى ميجابار في الفضاء المحلي، مع درجة حرارة مركزية تبلغ 104-106K. إن تفسير تأثير مجال الموجات فوق الصوتية لم يدخل بعد على المستوى الجزيئي، ولكنه يبقى على مستوى الآلية الميكانيكية للمجموعات الجزيئية.
على سبيل المثال، تأثير التجويف والتنظيف على الأسطح الصلبة؛ تأثير الاستحلاب للسوائل غير القابلة للامتزاج. تأثير ارتفاع درجة الحرارة والضغط الناتج عن موجات الصدمة في الفضاء الجزئي على انتقال الكتلة والطاقة أثناء انفجار الفقاعات الدقيقة.
يمكن تقسيم التفاعلات الكيميائية بالموجات فوق الصوتية إلى فئتين على أساس المتوسط: ① الكيمياء الصوتية في الطور المائي. تحت تأثير الموجات فوق الصوتية، يتحلل الماء إلى جذور الهيدروكسيل وذرات الهيدروجين، مما قد يؤدي إلى سلسلة من التفاعلات الكيميائية.
تخضع الهاليدات العضوية، مثل CH2Cl2 وCHCl3 وCCl4، لعمل بالموجات فوق الصوتية في الوسط المائي، مما يتسبب في كسر روابط الهيدروجين الهيدروجينية وتوليد الجذور الحرة. أظهرت الدراسات التي أجريت على الكيمياء الصوتية للجزيئات الحيوية مثل البروتينات والإنزيمات أن تفاعلات الأكسدة الصوتية هي الآلية الرئيسية التي تؤدي إلى العديد من المنتجات البسيطة، مثل الكيمياء الصوتية في المراحل السائلة غير المائية. ولا يزال العمل البحثي في ​​هذا المجال في مراحله الأولى.

دور الكيمياء الصوتية بالموجات فوق الصوتية:

عندما تنتشر الموجات فوق الصوتية في الوسائط السائلة، فإنها تولد سلسلة من التأثيرات مثل الميكانيكا والديناميكا الحرارية والبصريات والإلكترونيات والكيمياء من خلال التأثيرات الميكانيكية والتجويف والحرارة. يمكن للموجات فوق الصوتية عالية الطاقة على وجه الخصوص أن تولد تجويفًا قويًا، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة بشكل فوري، وارتفاع الضغط، والفراغ، وتشكيل النفاثات الدقيقة محليًا.
يمكن لتكنولوجيا الموجات فوق الصوتية، باعتبارها وسيلة وأداة فيزيائية، أن تولد سلسلة من الظروف القاسية تقريبًا في وسائط التفاعل الكيميائي شائعة الاستخدام. هذه الطاقة لا يمكنها فقط تحفيز أو تعزيز العديد من التفاعلات الكيميائية، وتسريع سرعة التفاعلات الكيميائية، ولكنها أيضًا تغير اتجاه بعض التفاعلات الكيميائية، مما ينتج عنه تأثيرات ومعجزات غير متوقعة. ويعتقد بشكل عام أن حدوث الظواهر المذكورة أعلاه يرجع بشكل رئيسي إلى التأثيرات الميكانيكية والتجويف للموجات فوق الصوتية، والتي تغير ظروف التفاعل والبيئة نتيجة لذلك.
الإجراء الميكانيكي - إدخال الموجات فوق الصوتية في نظام التفاعل الكيميائي، يمكن أن تتسبب الموجات فوق الصوتية في خضوع المواد لحركة قسرية مكثفة، وتوليد قوة أحادية الاتجاه لتسريع نقل المواد وانتشارها، واستبدال التحريك الميكانيكي، ويمكن أن تتسبب في تقشر المواد من السطح، وبالتالي تحديثها الواجهة.
تأثير التجويف - في بعض الحالات، يرتبط توليد تأثير الموجات فوق الصوتية بآلية التجويف. يشير التجويف بالموجات فوق الصوتية إلى سلسلة من العمليات الديناميكية التي تحدث تحت تأثير الموجات فوق الصوتية، بما في ذلك التذبذب والتمدد والانكماش وحتى انهيار الفقاعات الصغيرة (الثقوب) الموجودة في السائل. عند نقطة التجويف، تخضع الحالة المحلية للسائل لتغيرات كبيرة، مما يؤدي إلى ارتفاع شديد في درجة الحرارة والضغط العالي. توفير بيئة فيزيائية وكيميائية جديدة وخاصة جداً للتفاعلات الكيميائية التي يصعب أو يستحيل تحقيقها في الظروف العامة
التفاعل الكيميائي التحفيزي--
① ظروف درجات الحرارة المرتفعة والضغط العالي تساعد على تكسير المواد المتفاعلة إلى جذور حرة وكربون ثنائي التكافؤ، مما يشكل أنواع تفاعل أكثر نشاطًا؛
② موجات الصدمة والنفاثات الصغيرة لها تأثيرات الامتزاز والتنظيف على الأسطح الصلبة (مثل المحفزات)، والتي يمكنها إزالة منتجات التفاعل السطحي أو المواد الوسيطة، بالإضافة إلى طبقات التخميل على أسطح المحفز؛
③ قد تؤدي موجات الصدمة إلى إتلاف بنية المواد المتفاعلة؛
④ تشتيت نظام المواد المتفاعلة؛
⑤ يؤدي التجويف بالموجات فوق الصوتية إلى تآكل السطح المعدني، مما يتسبب في تشوه الشبكة المعدنية وتشكيل مناطق الضغط الداخلية، وبالتالي تعزيز التفاعل الكيميائي للمعدن؛
⑥ تعزيز تغلغل المذيبات في داخل المواد الصلبة، مما يؤدي إلى ما يسمى بتفاعلات الاشتمال؛
⑦ تحسين تشتت المحفز؛

تطبيق الكيمياء الصوتية بالموجات فوق الصوتية:

يمكن تطبيق الكيمياء الصوتية بالموجات فوق الصوتية على جميع التفاعلات الكيميائية تقريبًا، مثل الاستخراج والفصل، والتوليف والتحلل، وإنتاج وقود الديزل الحيوي، والعلاج الميكروبي، وتدهور الملوثات العضوية السامة، ومعالجة التحلل البيولوجي، وسحق الخلايا البيولوجية، والتشتت والتجميع، وما إلى ذلك.

◆ استخلاص الطب الصيني التقليدي: يشير إلى سحق (تجزئة) خلايا الطب الصيني التقليدي بالموجات فوق الصوتية لتحقيق استخلاص فعال للمواد المفيدة. بالمقارنة مع تقنيات الاستخراج التقليدية، يتميز الاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية بمزايا مثل السرعة العالية والتكلفة المنخفضة والكفاءة العالية والسلامة والتكلفة المنخفضة وقابلية التطبيق على نطاق واسع.

◆ إنتاج وقود الديزل الحيوي: يتم تحضير زيت الكتلة الحيوية من خلال الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية - حيث يقوم محلول الديزل في الواقع بتشتيت قطرات الزيت الحيوي إلى سائل ديزل آخر غير قابل للامتزاج. بالمقارنة مع التقنيات الأخرى، يمكن تشتيت القطرات المعدة بدقة، مع توزيع ضيق، وكفاءة عالية، وتأثير تشتت جيد، ويمكن أن تزيد من ثبات المستحضر.

◆ الكائنات البحرية المضادة بالموجات فوق الصوتية: استنادًا إلى تأثير التجويف بالموجات فوق الصوتية، عندما يتم تنشيط قلب الفقاعات الدقيقة في السائل بواسطة الموجات فوق الصوتية، فإنه يعرض سلسلة من العمليات الديناميكية، مثل تذبذب الفقاعات والنمو والانكماش والانهيار. وتولد الفقاعات الموجودة في السائل مئات الأجواء وآلاف الدرجات المئوية من الحرارة المرتفعة لحظة تمزقها، مما يتسبب في التصاق الكائنات البحرية بسرعة تقشر وسحق خلايا البشرة الخاصة بها، وبالتالي تحقيق هدف منع الكائنات البحرية.

◆ التحفيز بالموجات فوق الصوتية: يتم تطبيق الموجات فوق الصوتية على عمليات التفاعل الحفزي، والتي يمكنها محاكاة تفاعلات درجات الحرارة العالية والضغط العالي في المفاعلات على المستوى المجهري، مما يوفر بيئة فيزيائية وكيميائية خاصة جدًا للتفاعلات الحفزية التي يصعب أو يستحيل تحقيقها في ظل الظروف العامة شروط. يمكن إجراء التفاعلات التحفيزية في بيئات أكثر اعتدالًا. يمكنه تحسين معدل التفاعل بشكل أكبر، وتقصير وقت التفاعل، وزيادة إنتاجية المنتج المستهدف. وتشمل التطبيقات الرئيسية تحفيز سطح المعدن، وتحفيز نقل الطور، وتحفيز الإنزيم، وما إلى ذلك.

التشتت بالموجات فوق الصوتية: يشير إلى العملية التي يتم فيها استخدام السائل كوسيط، ويعمل عمل الموجات فوق الصوتية في السائل على تشتيت وتفكيك الجزيئات من خلال التجويف. يمكن تقسيم تشتت الموجات فوق الصوتية إلى تشتت المستحضر (تشتت السائل والسائل) وتشتت التعليق (تشتت الصلبة والسائلة)، والتي تم تطبيقها في العديد من المجالات. يتم أيضًا تشتيت تطبيق التشتت بالموجات فوق الصوتية في التعليق في الماء أو المذيبات في صناعة الطلاء، والأصباغ في البارافين المنصهر، وجزيئات الأدوية في صناعة الأدوية، وصناعة الأغذية، من بين أمور أخرى.