声化学是一门新兴的交叉学科，具有很多用途，广泛地应用于医药，生物，海洋，航空，轻工，食品，化学，化工等诸多领域，打基础这年来对声化学的研究十分活 跃，多频超声对声化学产额的影响是其中研究的热点之一。声化学反应的主动力是声空化，声化学产额与超声辐照频率有一定的关系。双频，三频正交超声辐照能显 著地提高声化学产额，具有明显的增强效应。文章综述了这方面的研究进展情况，阐述了声化学产额的影响因素。提出了目前所存在的问题并进行展望.
1 前言
声化学是20世纪80年代形成的一门新兴的交叉学科，是一项促进化学反应的高新技术，被列为1987年科技重大事件之一，
l。近年来声化学的研究十分活跃，已遍及到化学的各个领域，如生物化学、有机合成、高分子的降解和聚合、分析化学、无机合成、电化学、光化学、立体化学、 环境化学等，广泛地应用于医药、生物、海洋、航空、轻工、食品、化学、化工等诸多领域¨，引。美国、英国、法国、日本等国都投入较大的人力财力，试图尽快 把实验室内取得的声化学研究成果工业化，这已成为当前工作的新热点，正在世界范围内受到极大的重视J。应予指出的是，几乎在所有的声化学文献报道中，基本 采用单频辐照方式。有关双频、三频超声辐照的声化学反应规律的基础研究则主要是近年来由冯若教授及其课题组所完成，但因其能显著地提高声化学反应的产额， 已引起人们的浓厚兴趣。本文综述了这方面的研究进展情况，以促进声化学理论和应用的进一步发展。
2 声化学反应的主动力
声空化所谓声化学，主要是指利用超声波来加速化学反应或启通新的反应通道，以提高化学反应产额或获取新的化学反应物。声化学反应不是来自声波与物质分子的 直接作用，因为在液体中常用的声波波长为10cm~0．015cm(相当于15kHz至10MHz)远远大于分子的尺寸。声化学的主动力是声空化。从物理 学的角度说，声空化是液体中气泡在声场作用下所发生的一系列动力学过程。当足够强度的超声波通过液体时，在声波负压半周期，存在于液体中微小气泡(空化 核)会迅速长大，在相继而来的声波正压相中，气泡又绝热压缩而崩溃，在崩溃瞬间，气泡形成局部热点，其温度高达5000K以上，压力达5×107pa以 上，然后该热点随之冷却，温度的时间变化率达109K／s，并在液体中伴随有强大的冲击波和时速达400km射流以及放电发光效应和使水分解产生0H．和 H．的激活效应。这就为促进和启通声化学反应创造了一个极端的物理环境条件.
另外，超声波的机械效应和热效应对化学反应的贡献也不能忽略，在某些情况下，甚至主要是利用这些效应。超声波既是机械能量的传播形式，那么与波动过程有关 的力学量，如质点位移、振动速度、加速度及声压等完全可能对超声效应的产生作出一定的贡献。超声波在传播过程中，其能量被媒质吸收变成热能，同样有可能产 生化学效应-1 J。
3 单频超声辐照的声化学产额
在同样声强、声功率和辐照时间的条件下，在低IVlHz范围内，超声频率增高，声化学反应产额降低。而在20kHz
60kHz之间这样的频率范围内，超声频率增高，声化学反应产额随之增加。为了解释这种表面上的不一致性，需考虑泡核大小的最可几分布对声化学产额的影
响。若想获得最大的声化学产额，超声的共振频率应与液体样品中泡核大小的最可几分布相一致。任何偏离于该频率(高或低)都将会导致声化学产额的降低。由
此，单频超声辐照时的声化学产额的影响便可以得到解释.
4 双频正交超声辐照的声化学产额
研究者普遍采用的超声双频正交方式有两种：X—Z轴轴向双频正交和X—Y轴轴向双频正交，其正交超声辐照系统示意图见图1和图2所示,一个千赫兹和一个低
兆赫兹频率正交组合的超声辐照对声化学产额可产生增强效应。冯若等首次将28 kHz与0．87
KHz超声组合成x—z轴轴向双频正交辐照系统，并用电化学法与碘释放法对该辐照系统的声化学效应进行了实验研究，结果发现，该辐照系统给出的声化学产额
远远超出两个单独辐照产额之和9。陈兆华等用碘释放法研究了由28 kHz与1．06
KHz组成的正交辐照系统的产额，结果表明该双频辐照产生的声化学产额远大于两个单频分别辐照产额之和【10]。朱昌平等用碘释放法研究了28kHz分别
与0．87 KHZ、1．06 KHz、1．7
KHz组成的X—Z轴轴向双频超声辐照的声化学效应。发现双频辐照增大声化学产额存在着明显的频率效应。在所研究的各种频率组合情况下，双频同时辐照的合
效应均明显大于各频率单独辐照效应之和，例如28kHz与1．7 KHz组合的双频辐照，当取1．7
KHz超声强度大于3W／cm2时，其合效应约为单独作用效应之和的1．5倍；当1．7 KHz改为1．06 KHz或0．87
KHz时，其合效应可接近单独效应之和的2倍。辅助频道使主频道声化学产额增强的贡献大小呈0．87 KHz>1．06 KHz>1．7
KHz。如取6．63W／cm2时，它们对28
kHz超声声化学产额的增强大约为5．5倍、4．5倍和2倍。它可解释为液体样品中原有空化核最可几分布的对应频率低于870kHz[1ll。
两个低兆赫兹超声束正交辐照同样对声化学产额可产生增强效应。朱昌平等选用1
KHZ和0．7KHZ的两连续波超声束组成X-Y轴轴向正交辐照系统，用碘释放法研究表明：其声化学产额较之单独辐照明显增强。实验时将一束超声波的频率
和声强分别保持在1 KHz和4．5 w／Cm2不变，另一束超声波(T1)的频率为0．75
KHz并依次从小到大改变其声强，当T1的声强足够大时，双频超声联合正交辐照的产额高出单独分别作用产额之和近8倍-1
。尹业高等用电化学法研究了采用两个低KHz超声束组成X-Y轴轴向正交辐照超声束系统的声化学产额。实验时将一束超声波的频率和声强分别保持
在1 KHz和4．5 w／cm2不变，将另一束超声波(T1)分别取0．75 IVlHz和1
IVlHz换能器，并依次从小到大改变其声强。每次取25 rnl去离子水并用超声辐照3 min，用DIX％1
1A型电导仪分别测定每次超声辐照前后的电导率。结果发现，两低IVlJ-Iz超声水平正交联合辐照的声化学产额显著地高于各单超声分别辐照的产额之和。
当T1的声强足够大时，双频超声联合正交辐照的产额高出单独分别作用产额和近9倍.
5 三频正交超声辐照的声化学产额
朱昌平等首次用碘释放法研究了三频正交超声辐照的声化学产额(实验装置示意图见图3)。结果表明三频正交辐照较之双频和单频辐照有更为显著的增强效应。在
双频正交辐照基础上加入一束低MHz超声构成三频正交辐照，可使其声化学产额得到更大的提高，三者合作用结果大约为三者分别辐照产额之和的1．4～1．8
倍。这一可喜的发现为提高声化学产额，增强声化学效应找到了又一新的途径.
6 关于非同频超声正交辐照增强机理的解释
从收集的文献看，研究者认为，多频超声正交辐照能增强声化学的产额原因有二：其一，声化学产额源于超声空化效应，而超声空化的强弱以空化核数量的多少为前
提。多频超声同时正交辐照时对样品的机械扰动较单超声独立作用明显增大，这就使得更多的空气从样品表面进入样品，从而导致样品中空化核数量增强，这就为获
得强超声空化提供了可能。其二，声化学产额的提高依赖于有较多的空化核能产生内爆。多频超声束正交同时作用时，各自产生空化过程。当各自空化泡内爆时，会
产生许多新的空化核，这些空化核不仅可供该超声束的自身再空化，同时也会为另一束超声作用提供新的空化
核.
7 影响声化学产额的其它因素
影响声化学产额的其它因素有超声场的类型、声强、超声的作用时间、超声波的波形等。小尺度混响场所产生的空化产额比行波场大得多，比如823kI-Iz、
1W／cm2～2W／cm2的超声辐照3分钟，所产生的空化产额是行波的5倍大。超声的作用时间一定，空化产额随声强的增大非线性增大。开始时增大较快，
然后趋向一个极限(饱和)值，若继续增大声强，从该最大值开始然后降低。超声刚开始作用一段时间内，声化学产额几乎随超声辐照时间线性增加。脉冲时间影响
声化学产额，其在一恰当值时，产额最大，出现首先在混响场发现的“脉冲空化峰”现象。行波场和混响场的差别在于，声强较小时，脉冲空化峰尖；随着声强增
大，空化峰变得平坦甚至消失。另外，小尺度混响场中，声空化的阈值声强下降；当声强大于阈值时，声化学产额随声强而增加，出现陡然上升的拐点(行波场则趋
向饱和)。理论分析表明，阈值下降时由于混响场的声能密度增大；声化学产额随声强变化的拐点则来源于声波辐照压力对液体表面的干扰.
8 存在的问题及展望
声化学是目前化学研究的前沿之一，它的发展正引起国内外广泛关注和重视。多频超声同时辐照对声化学产
额的影响，是近几年才投入研究的一个新课题。双频、三频超声正交辐照可以使声化学产额显著提高，这一令人十分鼓舞的发现为增大声化学产额，增强声化学效应
找到了又一新的途径，它有可能对迅速发展的声化学技术产生巨大影响。由于投入该项研究的时间不是很长，很多方面尚需进一步深化。目前的研究只处在通过实验
发现多频超声正交辐照对声化学产额的增强效应，并给出定性解释的阶段。关于不同频超声正交辐照时，频率与声化学产额之间的定量关系以及其增强的机理有必要
进行进一步的探索。非正交多频超声束同时辐照对声化学产额的影响及其影响的机理还不清楚，进行有关研究也是有必要的。尚需加强多频超声辐照的应用研究和相
关的超声波发生器、换能器、声化学反应器等方面的研究。随着研究的不断深入，必将推动声化学理论和应用的进一步发展，并将对相关行业产生重要的影响。