Борис Кудрявцев - О неслышимых звуках

На рис. 33 приведены кадры киносъемки образования эмульсии масла в воде. Диспергируемое масло по трубке подается к ультразвуковому вибратору. Под действием ультразвука оно разбивается на мельчайшие капельки. Образующаяся эмульсия заметна в виде постепенно увеличивающегося облачка. По увеличению белого облачка на последующих фотографиях мы убеждаемся, как быстро происходит образование эмульсии под действием ультразвука (промежутки времени между отдельными фотографиями — доли секунды). Быстрота, с которой происходит ультразвуковое эмульгирование, может иметь большое практическое значение.

При ультразвуковом измельчении основную роль опять-таки играет кавитация. Кроме того, при распространении ультразвуковой волны возникают колебания стенок сосуда, содержащего измельчаемую жидкость. Эти колебания также способствуют образованию эмульсии.

С помощью ультразвука можно измельчать и твердые тела, получая таким образом суспензии — смеси мелко раздробленного твердого вещества с жидкостью. Различные краски, некоторые лекарственные препараты, смазки для трущихся частей машин и другие широко применяемые вещества представляют собою суспензии. Тела, силы сцепления в которых невелики, такие, как гипс, слюда, сера, а также различные твердые органические соединения, как например, нафталин или камфора, размельчаются ультразвуком легко.

Хотя металлы измельчаются труднее, но все же с помощью ультразвука удалось получить также суспензии многих металлов в воде и масле.

Причина измельчения и в этом случае коренится в кавитации. Огромные давления, возникающие при захлопывании кавитационных пузырьков, действуют как микроскопические удары, дробящие твердое тело.

Мы знаем, что кавитация возникает не только при распространении ультразвука. С нею мы сталкиваемся при движении корабельных винтов, лопаток гидротурбин. И здесь наблюдается возникновение быстро захлопывающихся кавитационных пузырьков, вызывающее разрушение поверхности винтов и лопаток. Это убеждает нас в том, что одну из причин дробящего действия ультразвука мы указали правильно.

Следует заметить, что с помощью ультразвука можно добиться очень тонкого измельчения твердого тела, но количество раздробленного вещества при этом бывает обычно ничтожно. В самом деле, для того чтобы измельчить всего 1 грамм никеля, пользуясь ультразвуковым генератором средней мощности, потребовалось бы непрерывно озвучивать пластинку размером 4 квадратных сантиметра в продолжение месяца.

Поэтому, когда хотят получить сравнительно большое количество измельченного вещества, прибегают к особым приемам.

Так, например, желая получить суспензию серебра, измельчаемый кусок металла помещают в ванну, наполненную раствором соответствующей соли этого металла, в нашем случае — азотнокислого серебра (рис. 34). В туже ванну опускают специальную металлическую пластинку. Серебро соединяют с положительным полюсом батареи, а пластинку с отрицательным. При протекании электрического тока кусок серебра растворяется, одновременно равное количество серебра из раствора выделяется в виде мельчайших кристалликов на металлическом электроде. Если расположить ванну над колеблющимися кварцевыми пластинками и пропустить через нее мощный ультразвуковой луч, то мельчайшие кристаллики серебра будут отрываться от электрода. Образуется чрезвычайно мелкозернистая суспензия. В этом приборе можно получать суспензии самых разнообразных металлов. Установка отличается простой конструкцией и большой производительностью.

Таким же образом, совмещая химическую реакцию с действием ультразвука, можно получить мелко измельченный осадок самых различных веществ.

В некоторых случаях бывает удобно измельчаемое твердое тело предварительно растворить в каком-либо летучем растворителе, а затем полученный раствор превратить в эмульсию. При эмульгировании возникает кавитация: растворитель, испаряясь, переходит в кавитационные пузырьки, а растворенное твердое тело выпадает в осадок. Таким образом, удается получать суспензии, характеризуемые очень небольшими размерами частиц. Применение этого способа для диспергирования ДДТ, как называют одно из очень эффективных средств борьбы с различными насекомыми, дало возможность получить суспензию этого вещества, являющуюся для насекомых исключительно сильным ядом.

Особенно большое значение приобрело ультразвуковое измельчение в производстве некоторых лекарств. Имеются лекарственные средства, нерастворимые в воде, поэтому их приходится применять в виде эмульсий или суспензий. К таким веществам относится камфора. Нерастворимость камфоры в воде не позволяет вводить ее непосредственно в кровь больного, с тем чтобы она скорее достигла сердца. Если ввести камфорное масло в вену, оно нарушит кровообращение и человек погибнет.

С помощью ультразвука советские ученые раздробили камфорное масло в воде до столь мелких частиц, что подобную эмульсию оказалось возможным безболезненно вводить непосредственно в кровь больному.

В последнее время большое значение приобрели лекарственные вещества, родственные сульфидину. Многие пользуются сульфамидными эмульсиями, но немногие знают, что они часто приготовляются с помощью ультразвука. Как показал опыт, действие полученных с помощью озвучивания сульфамидных эмульсий гораздо эффективнее, нежели эмульсий, приготовленных обычным способом.

Ультразвук позволяет не только приготовлять лекарственные препараты с более высокими лечебными свойствами, но и открывает новые пути введения их в организм больного. С помощью ультразвука можно вводить различные вещества через кожу человека. Ультразвук как бы проталкивает вещество через поры кожи, не повреждая ее. Это свойство ультразвука может иметь большое значение в медицине.

Молекулы некоторых лекарственных препаратов очень непрочны. Если такое лекарство принять так же, как мы принимаем обычные лекарства, то, попав в желудок, оно под действием желудочного сока может измениться и потерять свои лечебные свойства. Для того чтобы этого избежать, было предложено измельчать с помощью ультразвука подобный препарат до капелек столь малого размера, что они, смешиваясь с воздухом, образуют туман. Больной вдыхает полученный туман, и лекарственный препарат вместе с воздухом попадает в легкие. Этот способ введения лекарств может иметь особенно большое значение при лечении легочных заболеваний.