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Sonda, microssonda e microponteira para sonicador

O artigo “Sonda, microssonda e microponteira para sonicador”  tem como objetivo ajudar os usuários de um processador ultrassônico (sonicador de ponteira) a entender mais sobre estes componentes.

Caso esteja buscando dicas para utilização sonicador de ponteira, recomendamos o artigo: Dicas para utilização do sonicador de ponteira.

1. Qua a diferença entre Sonda, Microssonda e microponteira para sonicador?

A Sonda, microssonda e microponteira são componentes obrigatórios para um processador ultrassônico.

As sondas e microssondas são muito similares, e se diferenciam basicamente pelos seus diâmetros, e portanto, os volumes que podem processar.

As sondas e as microssondas para sonicadores de ponteira, também são chamadas de sonotrodos ou ponteiras.

Mas como as sondas e microssondas funcionam?

Elas atuam como um “transformador” para aumentar a amplitude (desclocamento) da vibração gerada pelo conversor. Elas normalmente possuem duas seções, onde cada uma possui um diâmetro diferente.

Quando levadas a frequência de ressonância para a qual foram fabricadas, a sonda se expande e contrai longitudinalmente em torno do seu centro.

Entretanto, nenhum movimento longitudinal ocorre na rosca da sonda, que é uma área sem atividade, o que permite a conexão de acessórios neste ponto.

Portanto, quanto maior for a relação de massa entre a seção superior e inferior da sonda, maior é o fator de amplificação e o curso “de ponta a ponta” da sonda.

Sondas com diâmetros menores produzem grande intensidade de cavitação, mas a energia liberada é restrita a uma área menor e mais concentrada, processando portanto menores volumes.

Inversamente, sondas com a área da ponta com maior diâmetro produzem menor intensidade, mas a energia é dissipada em uma área maior, permitindo processar maiores volumes de amostra.

Erros como utilizar uma sonda com pequeno diâmetro para grandes volumes, ou sondas de grande diâmetro para pequenos volumes, precisam ser evitados.

Outro ponto muito importante: Já falamos que as sondas são fabricadas para trabalhar a uma determinada frequência, no caso da Sonics, 20 Khz. Portanto, precisamos ter cuidados ao utilizar uma sonda em um equipamento de outro fabricante. Além da frequência, precisamos avaliar se a rosca de fixação é compatível com o conversor.

Sondas para sonicador

As sondas possuem diâmetro de 13 a 26 mm e são capazes de processar volumes de 50 a 1.000 ml

Sonda, microsonda e microponteira para sonicador 1
Sonda para sonicador

Também estão disponíveis sondas especiais, chamadas de Sondas de alto ganho.

Elas produzem intensidades maiores do que as padrões do mesmo diâmetro e são usualmente recomendadas para processar amostras de difícil processamento.

Microssondas para sonicador

As microssondas possuem diâmetro de 2 a 6 mm, processando de 0,2 a 50 ml.

Sonda, microsonda e microponteira para sonicador
Microssonda para sonicador

 

Microponteira para sonicador

As microponteiras são pequenos “pedaços” das sondas, na verdade é apenas a sua ponta, portanto possuem os mesmos diâmetros das sondas (ver mais sobre sonda com ponteira substituível, no item 2.3).

Sonda, microsonda e microponteira para sonicador
Microponteira para sonicador

 

Justamente por causa deste conceito, alguns clientes chamam os processadores ultrassônicos de ultrassom de ponteira.

A Sonics disponibiliza uma grande variedade de sondas para uma ampla faixa de volumes.

 2. Material da sonda, microssonda e microponteira para sonicador

A sondas, microssondas e as microponteiras são fabricadas pela Sonics e utilizam liga de titânio de alta qualidade Ti6Al4V, produzindo assim características essenciais ao processamento ultrassônico, tais como:

  • Permitir que sejam submetidas a altas tensões de tração
  • Possuir boas propriedades acústicas nas frequências ultrassônicas
  • Alta resistência a corrosão
  • Baixa toxicidade
  • Excelente resistência a erosão devido ao processo de cavitação
  • Possibilidade de esterilização em autoclaves

Esta liga foi estudada desenvolvida e para garantir a mais alta performance e durabilidade possível em diversas aplicações de sonicação.

De uma forma geral, esta liga é recomendada para aplicações onde a combinação de alta resistência a baixas e médias temperaturas são necessárias, incluindo sua baixa densidade, alta formabilidade e excelente resistência a corrosão.

Algumas das principais aplicações para utilização desta liga são peças de turbinas de avião, estruturas aeroespaciais, materiais automotivos de alta performance, aplicações marítimas, equipamentos médicos e até mesmo esportivos.

Em inglês, esta liga de titânio é chamada de “horsepower”, ou seja, uma liga de alta resistência de uma forma geral.

A mesma é de longe a liga mais utilizada mundialmente, representando quase 50% de todas as ligas de titânio fabricadas.

3. Resistência Química e corrosão do material das sondas, microssondas e microponteiras

A liga Ti 6Al-4V possui elevada resistência química para trabalhos em soluções altamente ácidas ou básicas. Algum descoloramento pode ocorrer na superfície das sondas, mas a integridade da mesma não será comprometida.

Entretanto, as condições de operação (solvente da solução, tempo e amplitude da sonicação, temperatura de trabalho, etc) podem, de uma forma conjunta, contribuir para um maior desgaste.

Exemplos de resistência química para as sondas:

  • Ácido sulfúrico: Moderada
  • Hidróxido de sódio: Moderada
  • Água do mar: Excelente
  • Ácido acético: Excelente

Abaixo apresentamos uma tabela com taxas de corrosão para a liga de titânio, considerando diversos meios:

Sonda, microsonda e microponteira para sonicador
Tabela de corrosão da liga de titânio

A liga Ti 6Al-4V imediatamente e espontaneamente forma uma camada de óxido bastante aderente e estável ao contato com o oxigênio do ar ou com a água., garantindo assim excelente resistência a corrosão nos diversos meios citados acima.

Esta liga possui, portanto, excelente resistência em soluções aquosas, inclusive água do mar e ácidos oxidantes, cloretos (na presença de água) e bases.

As piores condições para qualquer liga de titânio, incluindo a Ti 6Al-4V, e que aumentam o nível de corrosão são a presença de ácidos redutores ou gases clorados.

Elas também são suscetíveis a fragilização por hidrogênio, que pode se difundir no metal, formando hidretos, e portanto devem ser evitadas.

4. Tipos de Sondas para sonicador

Existem dois tipos de sonda: sonda sólida e sonda com ponteira substituível:

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Figura 5: Sondas com o mesmo diâmetro, sendo uma com ponteira substituível (círculo vermelho) e outra sonda sólida

Algumas aplicações utilizam solventes orgânicos ou de baixa tensão superficial, como álcoois. Estes solventes penetram na rosca da ponteira substituível juntamente com a amostra, formando uma espécie de isolamento, provocando assim sobrecarga e falhas no sistema controlador.

Isso ocorre pois a sonda não irá ressonar mais na frequência para a qual foi desenvolvida, o que pode sobrecarregar o controlador e até mesmo danifica-lo.

Como esta informação “se perde” com o tempo dentro de um laboratório, e portanto para evitar problemas futuros, sempre recomendamos aos clientes a utilização de sondas sólidas.

Reforçamos: as sondas com ponteiras substituíveis só podem ser utilizadas com amostras com solvente aquoso.

Apesar desta limitação técnica, a sonda com ponteira substituível possui uma vantagem: quando sofre desgaste, basta trocar sua ponteira, que é mais barato do que a troca da sonda inteira.

Por padrão, a Biovera oferta as sondas sólidas devido a sua flexibilidade na utilização com qualquer tipo de solvente.

Obs: Não existe disponibilidade de microssondas (para pequenos volumes) com ponteira substituível

5- Desgaste da sonda, microssonda e microponteira para sonicador: processo de erosão por cavitação

O processo de cavitação em um líquido é muito dependente da tensão superficial e quanto maior ela for, maior será a cavitação.

Apesar de normalmente a água ser escolhida como um bom meio para dispersão ultrassônica, as sondas utilizadas em meio aquoso se desgastam aproximadamente 5x mais rápidas do que em um solvente orgânico.

A performance de uma sonda é reduzida na mesma proporção que o desgaste da ponta ocorre, até o ponto onde o nível de energia transmitida para o líquido é significantemente menor.

Polir aponta com uma lixa fina pode aumentar um pouco a vida útil da sonda, mas a remoção de material em excesso da ponta mudará a frequência de ressonância para a qual a mesma foi desenvolvida, gerando sobrecarga e danos ao Controlador.

Para verificar a frequência de ressonância, ajuste a amplitude do sonicador para 100% (ou 40% se estiver utilizando uma microssonda) e observe o display do controlador. Com a sonda no ar, ou seja, sem estar submersa em nenhuma amostra, a leitura de potência deve ser menor do que 15 Watts para as sondas e menor de 5 Watts para uma microssonda. Se valores maiores do que estes forem observados, a sonda/microssonda ou ponteira devem ser imediatamente substituídas.

Sonda, microsonda e microponteira para sonicador
Graus crescentes de desgaste da sonda, microsonda ou microponteira para sonicador

O processo de cavitação em um líquido é muito dependente da tensão superficial e quanto maior ela for, maior será a cavitação. Apesar de normalmente a água ser escolhida como um bom meio para dispersão ultrassônica, as sondas utilizadas em meio aquoso se desgastam aproximadamente 5x mais rápidas do que em um solvente orgânico.

E não podemos revestir a sonda, microssonda ou micronponteira com um material mais resistente?

Objetivando reduzir o processo de erosão das sondas, diversos revestimentos já foram testados, como a base de safira ou cerâmica, mas os mesmos não se mostraram eficientes por mais do que poucos minutos.

Logo, ainda não se descobriu um revestimento que evite a erosão das sondas dos processadores ultrassônicos.

6 – Como realizar a troca da sonda, microssonda e microponteira para sonicador

A substituição das sondas, microsondas e microponteiras precisa de ferramentas especiais, além de um cuidado muito importante.

Dentro do conversar, explicado anteriormente no post “O que é um processador ultrassônico ou sonicador“, existem discos cerâmicos.

O movimento de rotação nestes discos provoca o rompimento da solda entre eles.

Portanto, danos irreversíveis ao conversor podem ocorrer, e o mesmo precisará ser descartado e substituído por um novo.

Portanto, é de extrema importância o cuidado na troca das sondas e microsondas, seu movimento rotacional.

Uma dica importante é manter as superfícies de contato entre o conversor e a sonda limpas, isentas de material ou amostra, assim como na rosca da sonda, microsonda ou microponteira, facilitando desta forma a remoção das mesmas.

Abaixo mostramos as posições corretas para remoção e fixação das sondas, micro sondas e ponteiras

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Figura 7: Fixando e removendo uma microponteira

 

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Figura 8: Fixando e removendo uma microssonda

 

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Fgura 9: Fixando e removendo uma sonda

 

Gostou do artigo sobre as Sondas, microssonda e microponteiras para sonicador ? Visite também nosso blog e conheça mais sobre este e outros equipamentos para laboratório.

A Sonics é o único fabricante no mundo a conferir 3 anos de garantia contra defeitos de fabricação para seus sonicadores. Portanto, é a maior garantia a nível mundial !