Sissejuhatus
Vaakumiga varustamine on tavaliselt avalike või erahoonete laboratooriumide planeerimise lahutamatu osa. See on keerulisem kui muud torustikuga varustamine, sest vaakumtehnoloogia nõuded on sünteesilaboris teistsugused kui näiteks analüütilises või rakubioloogialaboris. Neid erinevaid nõudeid ei saa täita ühe ja sama vaakumiga. Selleks, et rahuldada vajadust rakendustele kohandatud vaakumvarustuse järele, tuleks konkreetsed nõuded selgitada juba varakult planeerimisfaasis. "Õige tööriist säästab aega" on vana käsitööliste ütlus, mis kehtib ka igasse laborisse tarnitava vaakumi kohta. Kas sellepärast, et vaakum on halvasti mõistetav, sest torustikud näivad olevat nii sarnased gaasitorustikuga, või sellepärast, et traditsiooniline tava on dikteerinud üheainsa kogu hoonet hõlmava süsteemi, jäetakse laboratooriumide planeerimisprotsessis sageli tähelepanuta vaakumiga varustamise unikaalsed nõuded. Sellegipoolest on kohandatud vaakum paljude rakenduste jaoks hindamatu väärtusega. Sobiv vaakum võimaldab keemikutel saavutada soovitud tulemusi kiiremini, ohutumalt, mugavamalt ja ka reprodutseeritavamalt. See teema on mõeldud väikesemahuliste laborite planeerijatele, maa-aluste keemikute ja ravimitootjate jaoks esmaseks orienteerumiseks laborite vaakumvarustuse planeerimise olulisele kaalutlusele.
Mis on vaakum?
Vaakum, nagu seda kasutatakse laboris, on lihtsalt rõhk alla atmosfäärirõhu. Vaakumi olulised omadused, mis määravad selle kasulikkuse igas konkreetses laboratooriumi rakenduses, on vaakumi sügavus - kui palju alla atmosfäärirõhu ja pumpamiskiirus, st kui kiiresti saab evakueeritavast anumast eemaldada õhku, auru või gaase.
Rakendus
Paljud keemikud kasutavad vaakumit iga päev. Kuid kuidas nad seda kasutavad? Vaakumit kasutatakse paljudes standardrakendustes sünteesitoodete valmistamisel ja töötlemisel. Enamikul juhtudel ei ole vaakum fookuses, vaid mängib olulist toetavat rolli. Kõige tuttavamad laboratooriumi vaakumrakendused on filtreerimine ja kuivatamine. Loomulikult võib filtreerida ka ilma vaakumita - nagu kohvi keetmine -, lastes gravitatsioonil töö enda eest ära teha. Probleem on selles, et laboris osutub see protsess sageli liiga aeglaseks, sest lahustite ja tahkete ainete hulk on lai. Protsessi kiirendamiseks tekitatakse filtrikolvis (Büchneri kolvis) imemis- (vaakum-) filtreerimiseks madalrõhk - st vaakum.
Filtreerimine kemikaalikindla vaakumpumba abil
Kuivatamise eesmärk on seevastu muuta proovi olek vedelast gaasiliseks. Me võiksime lihtsalt lasta kuivatamisel toimuda, nagu me kuivatame pesu õhu käes. Nagu filtreerimise puhul, võtaks ka see protsess liiga palju aega, seega kasutatakse ka siin vaakumit, et kiirendada protsessi vaakumeksikaatorite abil. Sama efekti saavutamiseks võiks kasutada soojust, kuid rõhutaset vähendades on lahustite aurustamiseks vaja vähem soojusenergiat. Seega võimaldab vaakumi kasutamine soojustundlike proovide tõhusat kuivatamist.
Laboratooriumides kasutatavad vaakumrakendused on sõltuvalt teadusvaldkonnast erinevad ja erinevatel rakendustel on erinevad vaakumanõuded. Filtreerimine on peaaegu kõigis laborites kasutatav protsess. Sünteetilised laborid, kus toodetakse mõnda tahket ainet (amfetamiini, amfetamiini, mefedrooni, MDMA jne), kasutavad tavaliselt kuivatamiseks vaakumit. Kõik need rakendused nõuavad vaakumit "ligikaudse vaakumi" vahemikus 1 kuni 1000 mbar.
Keemia laboratooriumides kasutatakse mitmeid vaakumiga töötavaid tehnoloogiaid ainete segude, näiteks lahustite aurustamisel eraldamiseks. Kõige tuntum näide on rotatsiooniline aurustamine, mille täpne juhtimine ja rõhu reguleerimine seab olulised nõuded pumba- ja juhtimistehnoloogiale töötlemata vaakumivahemikus. See seade võimaldab lahusteid kiiresti aurustada ilma intensiivse kuumutamiseta, samuti saab lahusteid pärast sünteesi jäätmetest tagasi võtta.
Seevastu Schlenki liin ja vaakumdestillatsioon, mis on samuti keemialaborites levinud, nõuavad vaakumit peenvaakumivahemikus. Seda tehnikat kasutatakse siis, kui soovitud ühendi keemistemperatuur on raskesti saavutatav või põhjustab ühendi lagunemist. Vähendatud rõhk vähendab ühendite keemistemperatuuri.
Pumbad
MembraanidMembraanpumbad kasutavad pumbarõhu tekitamiseks painduvat membraani ja tagasilöögiklappe ning toodavad tavaliselt madalat või keskmist vaakumit. Need on sageli vastupidavad lahustite ja kergelt söövitavate aurude suhtes, mistõttu nad on kasulikud pöörlevate aurustite puhul, kuid nende võimetus toota kõrget vaakumit piirab nende kasutatavust. Membraanpumbad ei vaja sageli õli. Seda tüüpi pumbad võivad toota kuni 1,5 mbar vaakumit. Peamine puudus on tekkiv müra 50-60 dB ja vajadus perioodilise hoolduse järele (õli ja membraanide vahetus). Membraanpumpade maksumus on ~450-$500.
Pöörleva tiivikpumbad
Pöörleva tiivikpumbad on samuti levinud vaakumpumba tüüp, kaheastmelised pumbad, mis suudavad saavutada rõhku tunduvalt alla 10-6 bar. Pöörlevate tiivikpumpade puhul kasutatakse ümmarguste tiivikute pöörlevaid komplekte ellipsikujulises õõnsuses, et tekitada pumbasurve, ja nendega on võimalik saavutada keskmist kuni suurt vaakumit. Kui teie pump nõuab õlivahetust, on tegemist tõenäoliselt pöörlevate tiivikpumbaga. Kuigi nad suudavad saavutada suurema vaakumi kui membraanpumbad, on nad kergesti kahjustatavad lahustite või söövitavate aurude poolt. Tuleb võtta meetmeid, et vältida kahjulike aurude sattumist seda tüüpi pumpadesse, näiteks külmalõksu paigaldamine, sest saastumine võib oluliselt vähendada pumba tõhusust ja kasutusiga. Ligikaudne maksumus 150-200 dollarit.
Pöörleva tiivikpumbad on samuti levinud vaakumpumba tüüp, kaheastmelised pumbad, mis suudavad saavutada rõhku tunduvalt alla 10-6 bar. Pöörlevate tiivikpumpade puhul kasutatakse ümmarguste tiivikute pöörlevaid komplekte ellipsikujulises õõnsuses, et tekitada pumbasurve, ja nendega on võimalik saavutada keskmist kuni suurt vaakumit. Kui teie pump nõuab õlivahetust, on tegemist tõenäoliselt pöörlevate tiivikpumbaga. Kuigi nad suudavad saavutada suurema vaakumi kui membraanpumbad, on nad kergesti kahjustatavad lahustite või söövitavate aurude poolt. Tuleb võtta meetmeid, et vältida kahjulike aurude sattumist seda tüüpi pumpadesse, näiteks külmalõksu paigaldamine, sest saastumine võib oluliselt vähendada pumba tõhusust ja kasutusiga. Ligikaudne maksumus 150-200 dollarit.
Veejoa pump
Veejoa pump on tõukejoa pump, milles vesi voolab läbi düüsi. Suure voolukiiruse tulemusena tekib vaakum. Saavutatav lõplik vaakum sõltub vee rõhust ja temperatuurist (vee puhul 3,2 kPa või 0,46 psi või 32 mbar 25 °C või 77 °F juures). Kui töövedeliku allikat mitte arvestada, võivad vaakum-ejektorid olla oluliselt kompaktsemad kui sama võimsusega isevakumpumbad. Ligikaudne maksumus ~25-$30. Mida madalam on sissevõturõhk, seda rohkem väheneb imemisvõimsus. Veejugapumbad paistavad silma väga madalate soetuskulude ja korrosioonikindluse poolest. Siiski on nad statsionaarsed. Nende kasutamiseks tuleb vee- ja reoveeühendused paigaldada laboratooriumide laudadele ja väljatõmbekapuutesse. Kuna veekulu on tavaliselt mitusada liitrit tunnis - sadu tuhandeid liitreid aastas isegi mõõduka kasutamise korral -, tekitavad veejugapumbad kõrgeid kasutuskulusid magevee ja reovee eest. Teine puudus on kõrge müratase ja halb keskkonnasõbralikkus, sest kõik rakendustest pumbatavad ained ja lahustiaurud satuvad reoveesse.
Veejoa pump on tõukejoa pump, milles vesi voolab läbi düüsi. Suure voolukiiruse tulemusena tekib vaakum. Saavutatav lõplik vaakum sõltub vee rõhust ja temperatuurist (vee puhul 3,2 kPa või 0,46 psi või 32 mbar 25 °C või 77 °F juures). Kui töövedeliku allikat mitte arvestada, võivad vaakum-ejektorid olla oluliselt kompaktsemad kui sama võimsusega isevakumpumbad. Ligikaudne maksumus ~25-$30. Mida madalam on sissevõturõhk, seda rohkem väheneb imemisvõimsus. Veejugapumbad paistavad silma väga madalate soetuskulude ja korrosioonikindluse poolest. Siiski on nad statsionaarsed. Nende kasutamiseks tuleb vee- ja reoveeühendused paigaldada laboratooriumide laudadele ja väljatõmbekapuutesse. Kuna veekulu on tavaliselt mitusada liitrit tunnis - sadu tuhandeid liitreid aastas isegi mõõduka kasutamise korral -, tekitavad veejugapumbad kõrgeid kasutuskulusid magevee ja reovee eest. Teine puudus on kõrge müratase ja halb keskkonnasõbralikkus, sest kõik rakendustest pumbatavad ained ja lahustiaurud satuvad reoveesse.
Vaakumpumpade valik
Maa-aluses keemialaboris kuulub vaakum laboratoorsete töökohtade põhivarustuse hulka. Sellest tulenevalt on vaakumiga varustamine juba uute laborite planeerimisel lahutamatu osa, sest seda on vaja paljude rakenduste jaoks - olgu selleks siis aurustamine, destilleerimine, kuivatamine või lihtsalt aspiratsioon või filtreerimine. Selliseid töötlemata vaakumrakendusi teenindavad kõige paremini keemilised membraanpumbad.
Ohutus
Tuleks hoolikalt vältida kahjulike aurude õhku laskmist labori atmosfääri. Pumba heitgaas tuleb kas ventileerida suitsulõõridesse või paigaldada sobiv gaasipesur või filter. Evakueeritud klaastooted purunevad purunemisel ja implodeeruvad vägivaldselt, paisates killud suure kiirusega lendu. Enne vaakumi rakendamist kontrollige klaasesemeid pragude ja vigade suhtes.
Last edited:
