Name: Aktywacja cząsteczek, jonów i cząstek stałych za pomocą kawitacji akustycznej (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-04-11T21:30:00.000+00:00
Duration: 14 min 22 s
Description: Poznaj aktywację jonów i ciał stałych za pomocą kawitacji akustycznej przy użyciu ultradźwięków wysokiej częstotliwości. Metoda ta umożliwia obserwację luminescencji uranu oraz wytwarzanie stabilnych koloidów nanocząstek platyny.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

Autorzy pragną podziękować francuskim ANR (grant ANR-10-BLAN-0810 NEQSON) oraz CEA/DEN/Marcoule.

1. Pomiar sonoluminescencji uranu
Termostatowany cylindryczny sonoreaktor jest zamontowany na przetworniku wysokiej częstotliwości generującym ultradźwięki o częstotliwości 203 lub 607 kHz. Naświetlanie ultradźwiękami o niskiej częstotliwości 20 kHz przeprowadza się za pomocą tytanowego emitera o powierzchni 1 cm2 umieszczonego w powtarzalny sposób na górze reaktora. Widma emisyjne rejestruje się w zakresie 230–800 nm przy użyciu spektrometru sprzężonego z kamerą CCD chłodzoną ciekłym azotem. Zawartość wodoru w gazach wylotowych jest mierzona jednocześnie z badaniem spektroskopowym za pomocą kwadrupolowego spektrometru mas (MS).
<ol>
	<li>Przygotuj sonoreaktor, mocno mocując część szklaną do przetwornika wysokiej częstotliwości oraz pokrywę teflonową utrzymującą tubę 20 kHz do części szklanej. Umieść sonoreaktor na stole translacyjnym i dostosuj jego pozycję tak, aby za pomocą dwóch luster obraz centrum reaktora został rzutowany na szczelinę wejściową spektrometru emisyjnego.</li>
	<li>Przygotuj roztwory uranylowe w kwasie nadchlorowym poprzez rozpuszczenie odważonych próbek UO3, dostarczonych przez CETAMA/CEA Francja, w minimalnej objętości stężonego HClO4 podczas podgrzewania. Następnie dostosuj objętość roztworu za pomocą rozcieńczonego HClO4. Aby przygotować roztwory uranylowe w H3PO4, rozpuść próbki UO3 w stężonym HClO4, odparuj otrzymany roztwór do postaci wilgotnych soli, a następnie rozpuść je w pożądanej objętości 0.5 M H3PO4.</li>
	<li>Wlej badanym roztwór do sonoreaktora. Szczelnie zamocuj tubę 20 kHz. Zamontuj termoparę i rurkę doprowadzającą gaz do sonoreaktora, a rurkę wylotową gazu podłącz do wlotu spektrometru masowego.</li>
	<li>Włącz kriostat, ustawiając temperaturę na ~0-1 °C. Przewietrzaj roztwór argonem z przepływem 100 ml/min przez co najmniej 30 min i zacznij monitorować sygnały MS dla Ar i H2.</li>
	<li>Gdy sygnały MS staną się stabilne, włącz generator ultradźwięków (przetwornik wysokiej częstotliwości przy 60-80 W lub przetwornik 20 kHz przy 35 W) i odczekaj około 20 min, aż wewnątrz sonoreaktora zostanie osiągnięta temperatura stanu stacjonarnego wynosząca około 10 °C. Sygnał MS dla H2 powinien wzrosnąć, co wskazuje na kawitację i sonolizę wody.</li>
	<li>Zamknij światłoszczelną obudowę wokół sonoreaktora i rozpocznij pomiar widm sonoluminescencji, wykonując każdy pomiar w czasie 300 sec w celu zapewnienia dobrej intensywności sygnału. Dla każdego zakresu długości fal wykonaj trzy widma, aby zwiększyć stosunek sygnału do szumu, i w razie potrzeby zastosuj filtr światła drugiego rzędu.</li>
	<li>Po pomiarze widm SL wyłącz generator ultradźwięków i kontynuuj pomiar sygnałów MS, aż do uzyskania stabilnej linii bazowej. Jednocześnie zmierz widma emisyjne wywołane bez użycia US, co pozwoli na korekcję widm SL o światło pasożytnicze.</li>
</ol>
2. Redukcja sonochemiczna Pt(IV) w roztworach wodnych
<ol>
	<li>Przygotować roztwór Pt(IV) o stężeniu 5 g/L, stosując sól H2PtCl6·6H2O. Uwagi: sole platyny są wrażliwe na światło i wilgoć. Pozostałą sól przechowywać w atmosferze obojętnej, a procedurę ważenia, jeśli to możliwe, przeprowadzić w rękawicy laboratoryjnej z atmosferą gazu nieaktywnego.</li>
	<li>Pod wyciągiem laboratoryjnym przygotować szczelny szklany reaktor o pojemności 50 ml wyposażony w podwójny płaszcz (Rysunek 6).
	 <img alt="Układ reaktora ultradźwiękowego do syntezy chemicznej; sprzęt obejmuje sondę, naczynie i jednostkę sterującą." fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51237/51237fig6highres.jpg" width="500" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rysunek 6"> 
	Rysunek 6: Układ eksperymentalny do sonochemicznej redukcji Pt(IV) przy 20 kHz. 1. Generator ultradźwięków 20 kHz o maksymalnej mocy elektrycznej 750 W, 2. Przetwornik piezoceramiczny, 3. Tubus tytanowy, 4. Reaktor termostatowany, 5. Wlot gazu, 6. Wylot próbki, 7. Termopara, 8. Pierścień PTFE.</li>
	<li>Wyposażyć reaktor w termoparę Pt-100, septum, wlot gazu z PTFE oraz wylot gazu z przepływomierze kalibrowane w zakresie 100 ml/min. Połączyć wylot gazu z pułapką wodną (sitami molekularnymi), a następnie z masowym spektrometrem gazowym. OSTRZEŻENIE: Należy upewnić się, że gazy są odprowadzane przez wyciąg, ponieważ CO jest związkiem bardzo szkodliwym. W laboratorium obowiązkowe jest posiadanie detektora gazu CO.</li>
	<li>W górnej części reaktora zamocować tytanową sondę o powierzchni 1 cm² z przetwornikiem piezoelektrycznym zasilanym przez generator 20 kHz. Upewnić się, że końcówka sonotrody znajduje się około 2 cm nad dnem reaktora.</li>
	<li>Przed rozpoczęciem eksperymentów uruchomić chłodziarkę i ustawić temperaturę na -18 °C. W tym czasie wprowadzić do reaktora 50 ml wody dejonizowanej i rozpocząć głębokie przesycanie roztworu gazem Ar/CO (10%) z przepływem około 100 ml/min. Sprawdzić przepływ gazu na wylocie, aby upewnić się, że nie ma dużych wycieków. Upewnić się, że końcówka sonotrody znajduje się od 1 do 2 cm poniżej powierzchni cieczy i rozpocząć monitorowanie produktów gazowych.</li>
	<li>Po 10 do 15 min umieścić wlot gazu nieco poniżej powierzchni cieczy, a po osiągnięciu przez chłodziarkę zadanej temperatury rozpocząć naświetlanie ultradźwiękami z mocą akustyczną 17 W/ml.</li>
	<li>Po 15 do 20 min naświetlania ultradźwiękami sprawdzić, czy temperatura osiągnęła stan stacjonarny około 40 °C. W przeciwnym razie zmienić ustawienia chłodziarki, aby spełnić ten wymóg.</li>
	<li>Pobrać precyzyjną ilość roztworu H2PtCl6 za pomocą strzykawki z igłą ze stali nierdzewnej. Ostrożnie wprowadzić igłę przez septum i wstrzyknąć roztwór w strefę kawitacji poniżej końcówki sonotrody. Przepłukać strzykawkę, delikatnie zasysając i wypychając roztwór, a na koniec pobrać próbkę 1 ml. Powtarzać procedurę pobierania próbek w regularnych odstępach czasu co 15 do 30 min.</li>
	<li>Zmierz całościową zmianę stężenia jonów Pt w roztworze za pomocą analizy ICP-OES po rozcieńczeniu alikwotów w 0,3 M HNO3. Jednocześnie określić ilość jonów Pt(IV) w układzie, monitorując pasmo 260 nm w spektroskopii UV/Vis.</li>
	<li>Gdy tylko w roztworze nie będzie wykrywalnych jonów platyny, wyłączyć naświetlanie ultradźwiękami, przesycanie gazem oraz chłodziarkę. Wyjąć zawiesinę nanocząsteczek platyny z reaktora.</li>
	<li>Przed analizą TEM spróbować odwirować zawiesinę przy wysokiej prędkości obrotowej (20 414 x g) przez co najmniej 20 min. Ostrożnie usunąć nadsadze i przechowywać osad po suszeniu w temperaturze pokojowej w próżni lub pozostawić go w niewielkiej ilości wody.</li>
	<li>Niektóre próbki mogą być bardzo trudne do zagęszczenia i mogą wymagać dłuższego czasu wirowania. Jeśli nie okaże się to skuteczne, zastosować tę procedurę wyłącznie w celu oddzielenia nanocząsteczek platyny od większych cząstek tytanu uwalnianych do roztworu podczas naświetlania ultradźwiękami, a następnie zachować nadsadze.</li>
	<li>Rozproszyć jedną kroplę nadsadzki lub kilka miligramów wysuszonych produktów w bezwodnym etanolu lub izopropanolu. Nanieść jedną kroplę zawiesiny na miedzianą siatkę powlekaną węglem i przystąpić do analizy HRTEM po całkowitym odparowaniu rozpuszczalnika.</li>
</ol>
3. Sonochemiczna synteza koloidów plutonu
W Marcoule ośrodek ATALANTE wyposażony jest w kilka laboratoriów „gorących” oraz ekranowane linie komór dedykowane badaniom i rozwojowi w zakresie cyklu paliwowego. Jeden z komór rękawicowych (glove boxów) przeznaczony jest do badania reakcji sonochemicznych aktynowców.
<ol>
	<li>Zawiesić 200 mg PuO2 (SBET = 13,3 m2/g) w 50 ml czystej wody w reaktorze sonochemicznym znajdującym się w rękawicy (glove box).</li>
	<li>Wyposażyć reaktor w szczelną pierścieniową uszczelkę teflonową oraz sondę ultradźwiękową 20 kHz. Przed każdym eksperymentem przykręcić nową końcówkę, aby zapewnić maksymalny efekt kawitacji i uniknąć gromadzenia się w roztworze cząsteczek tytanu wynikających z erozji końcówki.</li>
	<li>Ustawić temperaturę kriostatu (Huber CC1) znajdującego się poza rękawicą na wartość wystarczająco niską, aby kontrolować wzrost temperatury w roztworze po włączeniu ultradźwięków. Należy pamiętać, że układ chłodzenia jest wyposażony w wymiennik ciepła, aby uniknąć skażenia promieniotwórczego poza barierą. Wprowadzić szczelną termoparę do ogniwa w celu kontrolowania temperatury roztworu.</li>
	<li>Przed sonikacją (na 20 min przed) przepłukać roztwór czystym argonem (100 ml/min). Należy pamiętać, że przepłukiwanie argonem będzie stosowane podczas wszystkich eksperymentów sonikacyjnych, aby zapewnić maksymalny efekt kawitacji akustycznej.</li>
	<li>Ustawić generator ultradźwiękowy na odpowiednią amplitudę (~30%), aby uzyskać wymaganą moc akustyczną Pac (17 W/cm2) dostarczaną do roztworu. Należy pamiętać, że moc akustyczna jest wcześniej mierzona metodą sondy termicznej 22. Przy zastosowaniu odpowiednich warunków, akumulację nadtlenku wodoru w roztworze (wynikającą z połączenia rodników hydroksylowych indukowanych homolityczną dysocjacją cząsteczek wody pod wpływem sonikacji) mierzy się uprzednio w czystej wodzie, aby skalibrować system i zapewnić powtarzalność eksperymentu.</li>
	<li>Włączyć generator ultradźwiękowy i sonikować roztwór PuO2. Dostosować ustawienia kriostatu, aby uzyskać temperaturę 30 °C w roztworze.</li>
	<li>Po utworzeniu się koloidów (po 5-12 h naświetlania) wyłączyć generator ultradźwiękowy, przenieść roztwór do probówki do wirowania i wirować przez 10 min (22 000 x g) w celu usunięcia fazy stałej.</li>
	<li>Następnie można użyć spektrometru UV-Vis do bezpośredniej analizy i charakterystyki koloidów Pu. Podczas sonikacji można również mierzyć kinetykę akumulacji H2O2 w roztworze pod wpływem promieniowania ultradźwiękowego metodą kolorymetryczną przy 410 nm (ε = 780 cm-1M-1) po rozcieńczeniu 500 µl pobranego roztworu 500 µl TiOSO4 (2 x 10-2 M w 2 M HNO3 – 0,01 M [N2H5][NO3]), a następnie po wirowaniu.</li>
</ol>

<ol><li>Mason, T. J., Lorimer, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Applied+Sonochemistry.+The+Uses+of+Power+Ultrasound+in+Chemistry+and+Processing%5BTitle%5D)+AND+%22Wiley-VCH+Verlag+GmbH%22%5BJournal%5D)">Applied Sonochemistry. The Uses of Power Ultrasound in Chemistry and Processing.</a> Wiley-VCH Verlag GmbH. , Weinheim. (2002).</li>
<li>Suslick, K. S. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSuslick%2C+KS+%22Ultrasound%3A+Its+Chemical%2C+Physical%2C+and+Biological+Effects%22">Ultrasound: Its Chemical, Physical, and Biological Effects</a>. , Wiley-VCH. New York. (1988).</li>
<li>Pflieger, R., Brau, H. -P., Nikitenko, S. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sonoluminescence+from+OH%28C2%CE%A3%2B%29+and+OH%28A2%CE%A3%2B%29+Radicals+in+Water%3A+Evidence+for+Plasma+Formation+during+Multibubble+Cavitation%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Eur.+J%22%5BJournal%5D)">Sonoluminescence from OH(C2Σ+) and OH(A2Σ+) Radicals in Water: Evidence for Plasma Formation during Multibubble Cavitation.</a> Chem. Eur. J. 16, 11801-11803 (2010).</li>
<li>Ndiaye, A. A., Pflieger, R., Siboulet, B., Molina, J., Dufreche, J. -F., Nikitenko, S. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nonequilibrium+Vibrational+Excitation+of+OH+Radicals+Generated+during+Multibubble+Cavitation+in+Water%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+A%22%5BJournal%5D)">Nonequilibrium Vibrational Excitation of OH Radicals Generated during Multibubble Cavitation in Water.</a> J. Phys. Chem. A. 116, 4860-4867 (2012).</li>
<li>Ndiaye, A. A., Pflieger, R., Siboulet, B., Nikitenko, S. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Origin+of+Isotope+Effects+in+Sonoluminescence+Spectra+of+Heavy+and+Light%5BTitle%5D)+AND+%22Angew.+Chem.+Int.+Ed%22%5BJournal%5D)">The Origin of Isotope Effects in Sonoluminescence Spectra of Heavy and Light.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 52, 2478-2481 (2013).</li>
<li>Pflieger, R., Cousin, V., Barré, N., Moisy, P., Nikitenko, S. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sonoluminescence+of+Uranyl+Ions+in+Aqueous+Solutions%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Eur.+J%22%5BJournal%5D)">Sonoluminescence of Uranyl Ions in Aqueous Solutions.</a> Chem. Eur. J. 18, 410-414 (2012).</li>
<li>Chave, T., Navarro, N. M., Nitsche, S., Nikitenko, S. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanism+of+Pt%28IV%29+Sonochemical+Reduction+in+Formic+Acid+Media+and+Pure+Water%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Eur.+J%22%5BJournal%5D)">Mechanism of Pt(IV) Sonochemical Reduction in Formic Acid Media and Pure Water.</a> Chem. Eur. J. 18, 3879-3885 (2010).</li>
<li>Thompson, L. H., Doraiswamy, L. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sonochemistry%3A+science+and+engineering%5BTitle%5D)+AND+%22Ind.+Eng.+Chem.+Res%22%5BJournal%5D)">Sonochemistry: science and engineering.</a> Ind. Eng. Chem. Res. 38, 1215-1249 (2012).</li>
<li>Nikitenko, S. I., Venault, L., Pflieger, R., Chave, T., Bisel, I., Moisy, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Potential+applications+of+sonochemistry+in+spent+nuclear+fuel+reprocessing%3A+a+short+review%5BTitle%5D)+AND+%22Ultrason.+Sonochem%22%5BJournal%5D)">Potential applications of sonochemistry in spent nuclear fuel reprocessing: a short review.</a> Ultrason. Sonochem. 17, 1033-1040 (2010).</li>
<li>Chave, T., Den Auwer, C., Moisy, P., Nikitenko, S. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sonochemical+formation+of+Pu%28IV%29+colloids%5BTitle%5D)+AND+%22ATALANTE+2012+Nuclear+chemistry+for+sustainable+fuel+cycles%22%5BJournal%5D)">Sonochemical formation of Pu(IV) colloids.</a> ATALANTE 2012 Nuclear chemistry for sustainable fuel cycles. , Montpellier, France. (2012).</li>
<li>Baird, C. P., Kemp, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Luminescence+spectroscopy%2C+lifetimes+and+quenching+mechanisms+of+excited+states+of+uranyl+and+other+actinide+ions%5BTitle%5D)+AND+%22Prog.+React.+Kinet%22%5BJournal%5D)">Luminescence spectroscopy, lifetimes and quenching mechanisms of excited states of uranyl and other actinide ions.</a> Prog. React. Kinet. 22 (2), 87-139 (1997).</li>
<li>Marcantonatos, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photochemistry+and+exciplex+of+the+uranyl+ion+in+aqueous+solution%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Chem.+Soc.+Faraday+Trans%22%5BJournal%5D)">Photochemistry and exciplex of the uranyl ion in aqueous solution.</a> J. Chem. Soc. Faraday Trans. 76, 1093-1097 (1980).</li>
<li>Burrows, H. D., Kemp, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photochemistry+of+uranyl+ion%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Soc.+Rev%22%5BJournal%5D)">Photochemistry of uranyl ion.</a> Chem. Soc. Rev. 3, 139-165 (1974).</li>
<li>Kazakov, V. P., Sharipov, G. L., Sadykov, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Specific+quenching+of+the+radioluminescence+from+UO22%2B+ions+by+the+products+of+radiolysis+in+acidic+solutions%5BTitle%5D)+AND+%22High+Energy+Chemistry+%28Khimiya+Vysokikh+Energii%22%5BJournal%5D)">Specific quenching of the radioluminescence from UO22+ ions by the products of radiolysis in acidic solutions.</a> High Energy Chemistry (Khimiya Vysokikh Energii. 16, 376-377 (1982).</li>
<li>2nd ed. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22The+Chemistry+of+the+Actinide+Elements%22">The Chemistry of the Actinide Elements</a>. Katz, J. J., Seaborg, G. T., Morss, L. R. , Chapman and Hall. London. (1986).</li>
<li>Rabinowitch, E., Belford, R. L. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRabinowitch%2C+E+%22Spectroscopy+and+Photochemistry+of+Uranyl+Compounds%22">Spectroscopy and Photochemistry of Uranyl Compounds</a>. , Pergamon Press. London. (1964).</li>
<li>Mizukoshi, Y., Takagi, E., Okuno, H., Oshima, R., Maeda, Y., Nagata, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preparation+of+platinum+nanoparticles+by+sonochemical+reduction+of+the+Pt%28IV%29+ions%3A+role+of+surfactants%5BTitle%5D)+AND+%22Ultrason.+Sonochem%22%5BJournal%5D)">Preparation of platinum nanoparticles by sonochemical reduction of the Pt(IV) ions: role of surfactants.</a> Ultrason. Sonochem. 8, 1-6 (2001).</li>
<li>Fischer, C. H., Hart, E. J., Henglein, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrasonic+Irradiation+of+Water+in+the+Presence+of+18%2C18O2%3A+Isotope+Exchange+and+Isotopic+Distribution+of+H2O2%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem%22%5BJournal%5D)">Ultrasonic Irradiation of Water in the Presence of 18,18O2: Isotope Exchange and Isotopic Distribution of H2O2.</a> J. Phys. Chem. 90, 1954-1956 (1986).</li>
<li>Nikitenko, S. I., Martinez, P., Chave, T., Billy, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sonochemical+Disproportionation+of+Carbon+Monoxide+in+Water%3A+Evidence+for+Treanor+Effect+during+Multibubble+Cavitation%5BTitle%5D)+AND+%22Angew.+Chem.+Int.+Ed%22%5BJournal%5D)">Sonochemical Disproportionation of Carbon Monoxide in Water: Evidence for Treanor Effect during Multibubble Cavitation.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 48, 9529-9532 (2009).</li>
<li>Surendran, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((From+self-assembly+of+platinum+nanoparticles+to+nanostructured+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Small%22%5BJournal%5D)">From self-assembly of platinum nanoparticles to nanostructured materials.</a> Small. 1, 964-967 (2005).</li>
<li>Chave, T., Grunenwald, A., Ayral, A., Lacroix-Desmazes, P., Nikitenko, S. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sonochemical+deposition+of+platinum+nanoparticles+on+polymer+beads+and+their+transfer+on+the+pore+surface+of+a+silica+matrix%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Colloid+Interface+Sci%22%5BJournal%5D)">Sonochemical deposition of platinum nanoparticles on polymer beads and their transfer on the pore surface of a silica matrix.</a> J. Colloid Interface Sci. 395, 81-84 (2013).</li>
<li>Virot, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Catalytic+dissolution+of+ceria+under+mild+conditions%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mater.+Chem%22%5BJournal%5D)">Catalytic dissolution of ceria under mild conditions.</a> J. Mater. Chem. 22, 14734-14740 (2012).</li>
<li>Virot, M., Chave, T., Nikitenko, S. I., Shchukin, D. G., Zemb, T., Moehwald, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Acoustic+cavitation+at+the+water-glass+interface%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+C%22%5BJournal%5D)">Acoustic cavitation at the water-glass interface.</a> J. Phys. Chem. C. 114, 13083-13091 (2010).</li>
<li>Virot, M., Pflieger, R., Skorb, E. V., Ravaux, J., Zemb, T., Mohwald, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Crystalline+silicon+under+acoustic+cavitation%3A+from+mechanoluminescence+to+amorphization%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+C%22%5BJournal%5D)">Crystalline silicon under acoustic cavitation: from mechanoluminescence to amorphization.</a> J. Phys. Chem. C. 116, 15493-15499 (2012).</li>
<li>Walther, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((New+insights+in+the+formation+processes+of+Pu%28IV%29+colloids%5BTitle%5D)+AND+%22Radiochim.+Acta%22%5BJournal%5D)">New insights in the formation processes of Pu(IV) colloids.</a> Radiochim. Acta. 97, 199-207 (2009).</li>
<li>Young, F. R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aYoung%2C+FR+%22Sonoluminescence%22">Sonoluminescence</a>. , CRC Press. Boca Raton, FL. (2004).</li>
<li>Pflieger, R., Schneider, J., Siboulet, B., Möhwald, H., Nikitenko, S. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Luminescence+of+trivalent+lanthanide+ions+excited+by+single-bubble+and+multibubble+cavitations%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+B%22%5BJournal%5D)">Luminescence of trivalent lanthanide ions excited by single-bubble and multibubble cavitations.</a> J. Phys. Chem. B. 117, 2979-2984 (2013).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Najważniejszymi parametrami dla udanej obserwacji sonoluminescencji i sonochemii są: 1) rygorystyczna kontrola gazu nasycającego i temperatury masowej podczas sonikacji, 2) staranny dobór częstotliwości ultradźwięków, 3) zastosowanie optymalnego składu roztworu sonikowanego w celu zapobieżenia wygaszaniu.
Kinetyka reakcji sonochemicznych, jak również intensywność sonoluminescencji jest bardzo wrażliwa na temperaturę roztworu poddanego działaniu ultradźwięków: w przeciwieństwie do kinetyki więk...

Wykorzystanie ultradźwięków w licznych dziedzinach przemysłowych i badawczych, takich jak czyszczenie powierzchni stałych, odgazowywanie cieczy, materiałoznawstwo, remediacja środowiska i medycyna, zyskało wiele uwagi w ciągu ostatniej dekady 1. Obróbka ultradźwiękowa zwiększa konwersję, poprawia wydajność i inicjuje reakcje w roztworach jednorodnych, jak również w układach heterogenicznych. Ogólnie przyjmuje się, że fizyczne i chemiczne skutki drgań ultradźwiękowych w cieczach wynikają z kawitacji akustycznej lub, innymi słowy, z implozywnego zapadania się mikropęcherzyków w płynach napromieniowanych ultradźwiękami o dużej mocy 2. Gwałtowna implozja pęcherzyka kawitacyjnego generuje przejściowe ekstremalne warunki w fazie gazowej pęcherzyka, które są odpowiedzialne za powstawanie chemicznie aktywnych form i sonoluminescencję. Niemniej jednak wciąż trwa debata na temat pochodzenia tak ekstremalnych warunków. Analiza spektroskopowa sonoluminescencji pomaga lepiej zrozumieć procesy zachodzące podczas zapadania się pęcherzyka. W wodzie nasyconej gazami szlachetnymi widma sonoluminescencyjne składają się z pasm OH(A2Σ+-X2Πi), OH(C2S+-A2S+) i szerokiego kontinuum od UV do części widm emisyjnych NIR 3. Analiza spektroskopowa pasm emisyjnych OH(A2Σ+-X2Πi) wykazała powstawanie nierównowagowego osocza podczas sonolizy wody 4, 5. Przy niskiej częstotliwości ultradźwiękowej powstaje słabo wzbudzona plazma z rozkładem drgań Brau. W przeciwieństwie do tego, przy ultradźwiękach o wysokiej częstotliwości, plazma wewnątrz zapadających się pęcherzyków wykazuje zachowanie Treanora typowe dla silnego wzbudzenia wibracyjnego. Temperatury wibracyjne (Tv, Te) rosną wraz z częstotliwością ultradźwięków, co wskazuje na bardziej drastyczne warunki wewnątrzpęcherzykowe przy ultradźwiękach o wysokiej częstotliwości.
Zasadniczo, każdy pęcherzyk kawitacyjny może być uważany za plazmowy mikroreaktor chemiczny dostarczający wysoce energetycznych procesów w temperaturze zbliżonej do pokojowej roztworu. Fotony i "gorące" cząstki wytwarzane wewnątrz pęcherzyka umożliwiają wzbudzenie nielotnych związków w roztworach, zwiększając w ten sposób ich reaktywność chemiczną. Na przykład na mechanizm ultrajasnej sonoluminescencji jonów uranylowych w roztworach kwaśnych wpływa stężenie uranu: absorpcja/reemisja fotonów w rozcieńczonych roztworach, a wzbudzenie poprzez zderzenia z "gorącymi" cząstkami przyczynia się do wyższego stężenia uranylu 6. Związki chemiczne wytwarzane przez pęcherzyki kawitacyjne mogą być wykorzystywane do syntezy nanocząstek metalicznych bez żadnych matryc i środków zamykających. W czystej wodzie spryskiwanej argonem sonochemiczna redukcja Pt(IV) zachodzi przez wodór uwalniany z sonochemicznych cząsteczek wody, które rozszczepiają się, dając monorozproszone nanocząstki metalicznej platyny 7. Redukcja sonochemiczna jest wielokrotnie przyspieszana w obecności kwasu mrówkowego lub mieszaniny gazów Ar / CO.
Wiele poprzednich badań wykazało zalety ultradźwięków do aktywacji powierzchni rozdzielonych ciał stałych dzięki efektom mechanicznym, oprócz aktywacji chemicznej 8,9. Małe cząstki stałe, które są znacznie mniejsze niż pęcherzyki kawitacyjne, nie zaburzają symetrii zapadania się. Jednakże, gdy zdarzenie kawitacyjne występuje w pobliżu dużych agregatów lub w pobliżu rozciągniętej powierzchni, pęcherzyk imploduje asymetrycznie, tworząc naddźwiękowy mikrodżet prowadzący do dezagregacji klastra i erozji powierzchni ciała stałego. Ultradźwiękowa obróbka dwutlenku plutonu w czystej wodzie spryskiwanej argonem powoduje powstawanie stabilnych nanokoloidów plutonu(IV) zarówno pod wpływem efektów fizycznych, jak i chemicznych 10.

<table><tbody><tr><td>Generator ultradźwięków 20 kHz Sonics</td><td>Vibracell</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Generator wieloczęstotliwościowy AG 1006</td><td>T& C Kriostat konwersji</td><td></td><td></td>mocy</tr><tr><td>RE210&nbsp;</td><td>Spektrometr Lauda</td><td></td><td></td></tr><tr><td>SP 2356i</td><td>Kamera CCD Roper Scientific</td><td></td><td></td></tr><tr><td>SPEC10-100BR chłodzona ciekłym azotem</td><td>Spektrometr</td> parupolowy Roper Scientific <td></td><td></td></tr><tr>Wirówka <td>termologiczna</td><td></td><td></td><td>PROLAB 300</td></tr><tr><td>Sigma 1-14</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>H2PtCl6 6H2O</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ar; Gazy Ar/CO Powietrze</td><td>Ciecz</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Związki</td><td></td><td></td> uranu i plutonu <td>Przygotowane w laboratoriach Centrum Badawczego Marcoule</td></tr><tr><td>Kwas nadchlorowy</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Kwas fosforowy</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Kwas mrówkowy</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

aktywacja cząsteczek, jonów i cząstek stałych za pomocą kawitacji akustycznej

Activating Molecules, Ions, and Solid Particles with Acoustic Cavitation

Chemiczne i fizyczne efekty ultradźwięków wynikają nie z bezpośredniego oddziaływania cząsteczek z falami dźwiękowymi, ale raczej z kawitacji akustycznej: zarodkowania, wzrostu i implozyjnego zapadania się mikropęcherzyków w cieczach poddanych działaniu ultradźwięków. Gwałtowna implozja pęcherzyków prowadzi do powstawania chemicznie reaktywnych związków i emisji światła, zwanej sonoluminescencją. W artykule opisano techniki pozwalające na badanie ekstremalnych warunków wewnątrzpęcherzykowych oraz reaktywności chemicznej kawitacji akustycznej w roztworach. Analiza widm sonoluminescencyjnych wody spryskiwanej gazami szlachetnymi dostarcza dowodów na nierównowagowe powstawanie plazmy. Fotony i "gorące" cząstki generowane przez pęcherzyki kawitacyjne umożliwiają wzbudzanie nielotnych związków w roztworach zwiększających ich reaktywność chemiczną. Na przykład mechanizm ultrajasnej sonoluminescencji jonów uranylowych w roztworach kwaśnych zmienia się wraz ze stężeniem uranu: sonofotoluminescencja dominuje w rozcieńczonych roztworach, a wzbudzenie kolizyjne przyczynia się do wyższego stężenia uranu. Wtórne produkty sonochemiczne mogą powstawać z chemicznie aktywnych gatunków, które powstają wewnątrz pęcherzyka, ale następnie dyfundują do fazy ciekłej i reagują z prekursorami roztworu, tworząc różne produkty. Na przykład sonochemiczna redukcja Pt(IV) w czystej wodzie zapewnia innowacyjną drogę syntezy dla monorozproszonych nanocząstek metalicznej platyny bez żadnych matryc ani środków zamykających. Wiele badań ujawnia zalety ultradźwięków w aktywacji podzielonych ciał stałych. Ogólnie rzecz biorąc, mechaniczne efekty ultradźwięków silnie przyczyniają się do układów heterogenicznych oprócz efektów chemicznych. W szczególności sonoliza proszku PuO2 w czystej wodzie daje stabilne koloidy plutonu ze względu na oba efekty.

Sonoluminescencja jonów uranylowych jest niezwykle słaba w roztworach HClO4: choć obserwuje się typową absorpcję światła przez jony UO22+ poniżej 500 nm, linie emisyjne wzbudzonego stanu (UO22+)* (skoncentrowane przy 512 nm i 537 nm) są niemal niewidoczne (Rysunek 1). SL UO22+ ulega wygaszeniu. Wygaszenie to można przypisać redukcji wzbudzonego jonu uranylowego przez skoordynowaną cząsteczkę wody 11-13:</stron...

Kawitacja akustyczna w cieczach poddanych działaniu ultradźwięków tworzy przejściowe ekstremalne warunki wewnątrz zapadających się pęcherzyków, które są źródłem niezwykłej reaktywności chemicznej i emisji światła, znanej jako sonoluminescencja. W obecności gazów szlachetnych powstaje plazma nierównowagowa. "Gorące" cząstki i fotony generowane przez zapadające się pęcherzyki są w stanie wzbudzić gatunki w roztworze.

Aktywacja cząsteczek, jonów i cząstek stałych za pomocą kawitacji akustycznej

The chemical and physical effects of ultrasound arise not from a direct interaction of molecules with sound waves, but rather from the acoustic ...

Ogólnym celem następujących eksperymentów jest zademonstrowanie aktywacji jonów i ciał stałych w układach jednorodnych i niejednorodnych pod wpływem kawitacji akustycznej. Osiąga się to poprzez zastosowanie ultradźwięków o wysokiej częstotliwości do schłodzonego roztworu jonów uranu w kwasie fosforowym nasyconym argonem. Luminescencja wzbudzonego uranu jest widoczna gołym okiem w ciemnym pomieszczeniu i może być mierzona za pomocą spektrometru.W drugim kroku należy przygotować trwałe koloidy nanocząsteczek platyny poprzez redukcję chemiczną platyny(IV) w czystej wodzie nasyconej mieszaniną argonu i tlenku węgla. Następnie koloidy plutonu przygotowuje się poprzez zwykłą hydrolizę zawiesiny dwutlenku plutonu w czystej wodzie nasyconej argonem.Wyniki pokazują, że częstotliwość ultradźwiękowa gazu nasycającego, temperatura objętościowa oraz skład sonikowanego roztworu są najistotniejszymi parametrami dla wydajnej sonoluminescencji i aktywności sonochemicznej. Sonochemia wynika z kawitacji akustycznej, innymi słowy, z gwałtownego zapadania się pęcherzyków kawitacyjnych w płynach poddanych działaniu ultradźwięków. W zasadzie każdy pęcherzyk kawitacyjny można uznać za mikroreaktor umożliw

activating-molecules-ions-and-solid-particles-with-acoustic-cavitation

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

Aktywowanie cząsteczek, jonów i cząstek stałych za pomocą kawitacji akustycznej

Selektywne uszkodzenie ludzkich komórek białaczkowych można osiągnąć dzięki nowatorskiemu podejściu polegającemu na stosowaniu ultradźwięków o niskiej częstotliwości, zarówno z chemioterapeutycznym leczeniem białaczkowym i prawidłowymi komórkami krwiotwórczymi, jak i bez niego.

Generowanie i analiza ilościowa pulsacyjnych ultradźwięków o niskiej częstotliwości w celu określenia wrażliwości sonicznej nieleczonych i leczonych komórek nowotworowych

Urządzenia akustofluidyczne wykorzystują fale ultradźwiękowe w kanałach mikroprzepływowych do manipulowania, koncentracji i izolowania zawieszonych mikro i nanoskopowych jednostek. Protokół ten opisuje produkcję i działanie takiego urządzenia obsługującego masowe akustyczne fale stojące w celu skupienia cząstek w centralnym strumieniu bez pomocy płynów osłonowych.

Wytwarzanie i eksploatacja urządzeń akustyczno-przepływowych wspomagających masowe akustyczne fale stojące do bezosłonowego ogniskowania cząstek

Mikroprzepływowy chip został stworzony do produkcji par złotych kropek do generowania pęcherzyków tandemowych i pokrytych fibronektyną wysp do tworzenia wzorów pojedynczych komórek w pobliżu. Wynikowe pole przepływu scharakteryzowano za pomocą prędkości obrazu cząstek i wykorzystano do badania różnych efektów biologicznych, w tym poracji błony komórkowej, deformacji błony i wewnątrzkomórkowej odpowiedzi wapnia.

System mikroprzepływowy z modelowaniem powierzchni do badania interakcji pęcherzyków kawitacyjnych z komórką i wynikających z niej efektów biologicznych na poziomie pojedynczej komórki

Ten protokół demonstruje kontrolowane zarodkowanie kawitacji w fantomach żelowych, poprzez jednoczesną ekspozycję zarówno na pulsacyjne światło laserowe bliskiej podczerwieni, jak i skoncentrowane ultradźwięki o wysokiej intensywności (HIFU). Aktywność kawitacyjna może być następnie wykorzystana do poprawy obrazowania i/lub zastosowań terapeutycznych HIFU.

Kontrolowane zarodkowanie kawitacji z nanocząstek plazmonicznego złota w celu wzmocnienia zastosowań ultradźwięków o wysokiej intensywności

Przedstawiono protokół manipulowania mikrocząstkami w kanale mikroprzepływowym z wzbudzeniem o podwójnej częstotliwości.

Manipulacja mikrocząstkami poprzez powierzchniowe fale akustyczne z wzbudzeniami o podwójnej częstotliwości

Opisano wytwarzanie piezoelektrycznych przetworników grubości poprzez rozpylanie elektrod płytkowych prądem stałym na niobianie litu. Dodatkowo, niezawodna praca jest osiągana dzięki uchwytowi przetwornika i systemowi zasilania płynem, a charakteryzacja jest demonstrowana za pomocą analizy impedancji, laserowej wibrometrii dopplerowskiej, szybkiego obrazowania i rozkładu wielkości kropel za pomocą rozpraszania laserowego.

Wytwarzanie i charakterystyka urządzeń piezoelektrycznych w trybie grubości do atomizacji i akustofluidyki

Prezentowany protokół eksperymentalny może być wykorzystany do wykonywania pomiarów aktywności kawitacyjnej w czasie rzeczywistym w urządzeniu do hodowli komórkowej w celu umożliwienia zbadania warunków wymaganych do skutecznego dostarczania leku i/lub innych efektów biologicznych.

Studiowanie terapii wzmocnionej kawitacją

Ten protokół opisuje montaż i działanie taniego urządzenia akustofluidycznego do szybkiego dostarczania molekularnego do komórek poprzez sonoporację wywołaną przez ultradźwiękowe środki kontrastowe.

Montaż i eksploatacja urządzenia akustyczno-fluidycznego w celu lepszego dostarczania związków molekularnych do komórek

Zaproponowano szybką i niezawodną technikę kontrolowania oscylacji kształtu pojedynczej, uwięzionej bańki akustycznej, która opiera się na technice koalescencji między dwoma bąbelkami. Oscylacje kształtu pęcherzyków w stanie ustalonym, kontrolowane symetrią umożliwiają analizę przepływu płynu generowanego w pobliżu granicy faz pęcherzyków.

Indukcja mikrostrumieniowania przez niesferyczne oscylacje pęcherzykowe w systemie lewitacji akustycznej

Opisujemy eksperymentalne szczegóły syntezy wzorcowych i rekonfigurowalnych cząstek z dwuwymiarowych (2D) prekursorów. Metodologia ta może być stosowana do tworzenia cząstek o różnych kształtach, w tym wielościanów i urządzeń chwytających, w skalach długości od mikro do centymetrów.

Inspirowany origami samomontaż wzorzystych i rekonfigurowalnych cząstek

Poznaj aktywację jonów i ciał stałych za pomocą kawitacji akustycznej przy użyciu ultradźwięków wysokiej częstotliwości. Metoda ta umożliwia obserwację luminescencji uranu oraz wytwarzanie stabilnych koloidów nanocząstek platyny.

Aktywacja cząsteczek, jonów i cząstek stałych za pomocą kawitacji akustycznej

Przeglądaj więcej filmów