دستگاه التراسونیک آزمایشگاهی یا حمام التراسونیک یکی از تجهیزات آزمایشگاهی است. دستگاه اولتراسونیک آزمایشگاهی یک دستگاه تمیز کننده است که با استفاده از امواج مافوق صوتی آلودگی‌ها و ذراتی که روی سطح جسم است را پاک می‌کند. کلمه التراسونیک یا Ultrasonic به معنی فرا صورت است. نام دیگر دستگاه التراسونیک، هموژنایزر آزمایشگاهی (Ultrasonic Homogenizer) است. در ادامه این مطلب از سایت سکوبندی آزمایشگاه بایرمن بیشتر با این دستگاه و کاربرد دستگاه التراسونیک آشنا خواهید شد.
همانگونه که متوجه شدید التراسونیک به معنی فرا صوت است. محدوده فرکانسی شنوایی افراد متفاوت است و با بالا رفتن سن این بازه کاهش می‌یابد. محدوده فرکانسی شنوایی انسان 20 تا 20000 هرتز است. در حقیقت محدوده فرکانسی امواج فراصوت 40 کیلو هرتز تا چندین مگا هرتز می‌باشد. به این نکته باید توجه کنید که اصطلاح فراصوت با مافوق صوت که برای سرعت بالاتر از سرعت صوت استفاده می‌شود، تفاوت دارد. امواج فراصوت مانند دیگر امواج، خواص شکست، پرش، بازتاب و عبور دارند. این امواج به 3 روش مکانیکی، مغناطیسی و الکتریکی ایجاد می‌شوند.
حمام التراسونیک آزمایشگاهی یا التراسونیک چیست؟
دستگاه التراسونیک یا (Ultrasonic bath) برای امواج مکانیکی، صوتی با فرکانسی بالاتر از حد شنوایی انسان کاربرد دارد. یکی از کاربردهای مهم امواج التراسونیک استفاده از ضربه ناشی از کاویتاسیون ایجاد شده توسط آن در فرآیند شستشوی التراسونیک می‌باشد. اصول کلی این روش بر اساس غوطه وری قطعات مورد نظر در یک مایع واسطه می‌باشد که این مایع توسط مولد امواج التراسونیک با فرکانس و شدت بالایی مرتعش می‌شود. سپس کاویتاسیون عمل شستشو و پاک کردن قطعه را انجام می‌دهد. استفاده از امواج مافوق صوت به دلیل خواصی که دارند، کاربردهای متنوع و جالبی دارند. به طور کلی دستگاه التراسونیک آزمایشگاهی با استفاده از امواج مافوق صوت، ذرات چربی و آلودگی‌هایی را که روی سطح جسم قرار دارد را پاک می‌کند.
اجزای دستگاه التراسونیک آزمایشگاهی چیست؟
این دستگاه آزمایشگاهی دارای یک سیستم پاک کننده التراسونیک شامل 3 قسمت اصلی است که عبارتند از: منبع تغذیه، ترانسدیوسر (پیزوالکتریک) و محفظه. سیگنال ورودی از منبع تغذیه به یک پیزوالکتریک باعث ارتعاش می‌شود و انتقال این نوسان از جداره محفظه به مایع درون آن، مولکول‌های مایع را تحت تاثیر قرار می‌دهد و پدیده کاویتاسیون را ایجاد می‌کند. کاویتاسیون نتیجه ضربان در فرآیند شستشو التراسونیک است که با تغییر فرکانس ورودی منبع تغذیه پدیدار می‌شود و می‌تواند تاثیرات مختلفی را روی جسم مورد شستشو بگذارد.
حسگرهای دستگاه التراسونیک آزمایشگاهی
برای استفاده از امواج فراصوت از حسگرهایی استفاده می‌شود. 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 اولتراسونیک دارای یک فرستنده و یک گیرنده هستند. امواج فرستاده شده از حسگرها بعد از برخورد با یک مانع به حسگر بر میگردند و توسط گیرنده حسگر دریافت می‌شوند. با این کار با در نظر گرفتن زمان بازگشت موج و کیفیت امواج بازتابی میتوان اطلاعاتی راجع به عمق، نوع و سرعت مانع بدست آورد.
روش کار دستگاه التراسونیک چگونه است؟
امواج فراصوت به دسته‌ای از امواج مکانیکی گفته می‌شود که فرکانس نوسان آنها از محدوده شنوایی انسان فراتر است. این محدوده باعث ایجاد ارتعاش محیط با سرعت‌های بالا و ایجاد حفرات متعدد و ریزی در درون مایع می‌شوند که به این حالت کاویتاسیون (cavitation) می‌گویند. (cavitation) باعث ایجاد پاشش مایع با سرعت 420 کیلومتر در ساعت و ایجاد فشاری معادل 200 بار با دمای بالای 4500 درجه سانتیگراد می‌شود. با استفاده از قابلیت‌های ultrasonic homogenizer میتوان ذرات مایع یا جامد را که سخت یا نرم باشند همگن کرد. به عبارت دیگر امواج اولتراسوند شوک‌هایی تولید می‌کند که باعث از بین رفتن سلولهاف اندامک‌ها و لایه‌های زیر سلولی می‌شود. اولتراسونیک‌ها در آزمایشگاه‌ها برای حجم‌های بین 1.5 میلی لیتر تا 2 لیتر و نوع صنعتی آن در حجم‌های 5 تا 2000 لیتر ساخته می‌شوند.
تفاوت دستگاه هموژنایزر آزمایشگاهی با حمام اولتراسونیک
دستگاه هموژنایزر یا همگن ساز یا homogenizer یکی از تجهیزات آزمایشگاهی است که در آزمایشگاه‌های صنعتی، تحقیقاتی و آموزشی مورد استفاده قرار می‌گیرد. هموژنایزر به معنی همگن سازی است که علاوه بر آزمایشگاه‌ها در صنعت نیز کاربرد دارد که یکی از کاربردهای آن در صنایع لبنی است. در برخی موارد نیاز است که نمونه در آزمایشگاه یکنواخت باشد. این نمونه در برخی از موارد شامل ذرات بسیار ریز (مانند باکتری) و یا قطعات بزرگ است. در این موارد به یک پردازش همگن ساز نیاز است. به طور کلی از دو روش فشار قوی و التراسونیکی برای همگن کردن نمونه‌ها استفاده می‌شود.
کاربرد دستگاه التراسونیک
یکی از مهم‌ترین کاربردهای امواج فراصوت در شستشوی التراسونیک است. برای این کار قطعه مورد نظر برای شستشوی مایعی که معمولا آب است را غوطه ور می‌کنند. مایعی که قطعه در آن غوطه ور می‌شود با فرکانس و شدت بسیار بالایی به ارتعاش در می‌آید و این ارتعاشات منجر به مرتعش شدن قطعه درون مایع می‌شود و آلودگی‌ها را از آن جدا می‌کند.
همچنین برای اتصال قطعات پلاستیکی، پلاستیکی به فلزات و به طور کل جوش و اتصال مواد غیر همجنس از امواج فراصوت استفاده می‌شود. در این نوع جوشکاری با قرارگیری قطعات در معرض حرکات ارتعاشی با فرکانس ثابت حرارت داده می‌شوند و لهم متصل می‌شوند یا به اصطلاح جوش می‌خورند. امواج فراصوت کاربردهای زیادی دارند که در ادامه به آنها اشاره کرده‌ایم:
- لیزر
- تخلیه الکتریکی برای بهبود خواص سطحی و افزایش نرخ باربرداری
- سنجش فاصله
- عمق مخزن
- شست وشوی دقیق ظروف آزمایشگاهی
- تعیین فشار خون بیمار
- همگن کردن مواد مذاب
- جوشکاری مواد غیر همجنس
- ریخته‌گری
- تراشکاری
- فرزکاری
- سوراخکاری
- و …
قابل استفاده در پزشکی
از دستگاه التراسونیک آزمایشگاهی در پزشکی استفاده‌های فراوانی می‌شود. از جمله آنها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- 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
- استفاده در سونوگرافی
حذف گازهای محلول از کاربردهای حمام التراسونیک آزمایشگاهی
در دستگاه کروماتوگرافی برای حذف گازهای محلول در فاز متحرک میتوان از حمام اولتراسونیک استفاده کرد. گازهای محلول معمولا اکسیژن و نیتروژن هستند که با تشکیل حباب باعث پهن شدن پیک می‌شوند و با عملکرد آشکارسازها تداخل پیدا می‌کنند.
همگن کردن ذرات مایع
همگن سازی محلول‌های ویسکوز، ترکیبات نانو، محلول‌های پلیمری و… توسط همزن‌های مکانیکی به سختی صورت می‌گیرد. اما با استفاده از هموژنایزر اولتراسونیک محلول‌ها کاملا یکدست و یکنواخت می‌شوند. در واقع با استفاده از قابلیت‌های امواج فراصوت میتوان ذرات مایع یا جامد سخت یا نرم را به طوذ مناسب همگن کرد.
معایب استفاده از دستگاه التراسونیک آزمایشگاهی
از آنجایی که دستگاه التراسونیک آزمایشگاهی با امواج فراصوت کار می‌کندف امواج فراصوت مشکلاتی را ایجاد می‌کنند که در ادامه به آنها اشاره کرده‌ایم:
- سوختگی : اگر امواج پیسوته و در یک مکان بدون چرخش باشند در بافت باعث سوختگی می‌شوند و باید امواج، حرکت داده شوند.
- پارگی کروموزومی : استفاده دراز مدت از امواج التراسونیک با شدت بالا باعث پارگی در رشته دی ان ای (DNA) می‌شود.
- ایجاد حفره (پارگی در دیواره‌ها و از هم گسستن مولکول‌های بزرگ): یکی از عوامل کاهش انرژی امواج اولتراسونیک در زمان گذشتن از بافت‌های بدن و ایجاد حفره یا کاویتاسیون است. تمامی این محلول‌ها شامل مقدار قابل ملاحظه‌ای حباب‌های گاز غیر قابل دیدن هستند و دامنه بزرگ نوسان‌های امواج اولتراسونیک در داخل محلول‌ها می‌تواند بر روی باف‌ها تغییرات بیولوژیکی اجاد کند.
