WENN ES UM DEN TROCKNUNGSPROZESS GEHT, IST DER VAKUUMOFEN EIN WICHTIGES GERÄT IN JEDEM LABOR. ENTDECKEN SIE DIE WISSENSCHAFT HINTER VAKUUMÖFEN.
Wissenschaftliche Forschung beinhaltet viel Versuch und Irrtum. Es beinhaltet auch die Notwendigkeit, manchmal widersprüchliche Probleme zu lösen. Einfache Lösungen werden von Anfang an geworfen, wenn die bewährte Methode Teil des Problems wird.
Ein typisches Beispiel: Ein Vakuumofen kommt dort zum Einsatz, wo eine Trocknung erforderlich ist, eine Erwärmung jedoch nicht in Frage kommt. Ebenso für Situationen, in denen Reibung durch bewegte Luft eine Probe oder einen Prozess ruiniert.
Wenn Sie eine Probe, einen Mikrochip oder ein Präparat trocknen müssen, besteht die einzige wirkliche Lösung darin, die Flüssigkeit herauszubewegen, ohne die Substanz unwiderruflich zu verändern. Für diese komplizierten Probleme werden die Kräfte des hydrostatischen Drucks trainiert.
Lesen Sie weiter, um zu erfahren, wie Labore physikalische Prinzipien verwenden, um diese schwierigen Probleme zu umgehen.
VAKUUMOFEN VERWENDET
Es gibt zwei Hauptgründe, einen Vakuumofen zum Trocknen im Labor zu verwenden.
Die erste besteht darin, die Probleme zu vermeiden, die mit anderen Formen der Trocknung einhergehen. Hitze ist der Feind einer Vielzahl verschiedener flüchtiger Stoffe und biologischer Proben. Oxidation durch Sauerstoff, der in den Trocknungsprozess eingeführt wird, kann auch zu einer verringerten Lebensdauer oder zu kritischen Fehlern bei einigen Objekten führen.
Zweitens ist bei der Arbeit mit biologischen oder bioaktiven Substanzen eine genaue Kontrolle erforderlich, um Proben zu replizieren. Andere Trocknungsmethoden lassen mehr offene Variablen als die Vakuumtrocknung, die den Druck, die Temperatur und den Luftstrom steuert, wodurch die Kontamination und die Fehlermargen begrenzt werden.
Ein hochwertiger Vakuumofen erleichtert das Rätselraten bei der Probenvorbereitung und bewahrt teure Komponenten schnell vor dem Verfall, nachdem sie unter Feuchtigkeitseintrag, auch bekannt als Verschütten, gelitten haben.
WAS IST TROCKNEN?
Auf molekularer Ebene ist Trocknen die Entfernung von Wassermolekülen aus den umgebenden Materialien. Der beste Weg, um das Wasser herauszuholen, besteht darin, die Bindungen zu öffnen und das flüssige Wasser in Dampf umzuwandeln, der sich ableitet und die dichteren Feststoffe und andere flüssige Materialien zurücklässt.
HITZETROCKNUNG
Typischerweise erfolgt dies durch Erhitzen eines Objekts. Je höher die Wärme, desto mehr öffnen sich die Bindungen und desto mehr flüssiges Wasser kann zu Wasserdampf werden. Es ist der Trick, genügend Wärme zu erzeugen, um das Wasser zu übertragen, ohne das gewünschte Material zu verbrennen.
Es hilft, dass Wasser leicht erregbar ist und bei einer entsprechend niedrigen Temperatur von etwa 100 C zu Dampf wird. Wenn das zu viel Wärme für das Material ist, müssen die Eigenschaften von Wassermolekülen ausgenutzt werden.
LUFTTROCKNUNG
Wenn Wärme nicht im Überfluss vorhanden ist, kann Luft, die sich über die Oberfläche bewegt, eine Druckänderung erzeugen, die den Siedepunkt von Wasser beeinflusst.
Je trockener der Lufteintrag, desto besser der Effekt. Feuchte Luft ist bereits mit Wasserdampf gesättigt, daher hat sie weniger Zugkraft, um mehr zu sammeln.
Wenn sich die Luft über das Objekt bewegt, erwärmt sich das Objekt durch die Energie des Wassers, das von einem flüssigen in einen gasförmigen Zustand übergeht. Dies verlangsamt die Trocknung, da der Temperaturunterschied zwischen der Luft und der Oberfläche schrumpft.
Je poröser das Objekt ist, desto mehr Zeit wird benötigt, um das Wasser im Objekt weiter an die Oberfläche zu ziehen, wo es freigesetzt und dann von der Umgebungsluft aufgenommen werden kann.
Eine ideale Differenz zwischen der Oberflächentemperatur und der Lufttemperatur erzeugt eine partielle Druckdifferenz, die erforderlich ist, um die Siedetemperatur des Wassers zu senken und den Dampf mit weniger Energie in der Oberfläche freizusetzen.
VAKUUMTROCKNUNG
Wenn Sie das Konzept der Wärme- und Luftbewegung verstanden haben, können Sie mit dem Prozess der Vakuumtrocknung fortfahren.
Solange die Luft nicht feucht ist und sich bewegt, entsteht eine partielle Druckdifferenz zwischen der Luft und der Oberfläche.
Im Falle einer Niederdruckatmosphäre sinkt die Siedetemperatur von Wasser von 100 C ab. Dies ist Teil des Problems mit der Dekompression im Weltraum, der Luftdruck neben Null ändert drastisch den Siedepunkt von Wasser in einer Person, wodurch Ihr sehr flüssiger Körper schnell in Gas umgewandelt wird.
Bei der Vakuumtrocknung muss der austretende Wasserdampf schnell vom Oberflächenmaterial entfernt werden, damit die austretende Energie die Oberflächentemperatur nicht erhöht.
Ein Vakuum aufrechtzuerhalten und gleichzeitig viel Luft durch ein System zu schieben, ist ein Widerspruch. Dazu regelt ein Vakuumofen sorgfältig die Luftmenge und die entnommene Luft.
KONTROLLE DER OBERFLÄCHENTEMPERATUR
Während des Vakuumtrocknungsprozesses müssen die Oberflächentemperaturen des zu trocknenden Objekts nahezu konstant bleiben. Wenn die Temperaturen steigen, kann dies das Objekt beschädigen, wenn sie zu niedrig werden, bildet sich Kondensat, so dass der neu umgewandelte Wasserdampf zu Flüssigkeit verschmelzen kann.
Um diese Effekte auszugleichen, erwärmt eine Wärmequelle das Objekt in sorgfältiger Abstimmung mit der umgebenden Luft. Jede Temperatur muss aufrechterhalten werden, indem mehr Wärme hinzugefügt, Dampf schnell entfernt und neue Luft eingeführt wird, die sich gleichzeitig in die richtige Richtung bewegt.
DRUCK UND KOCHEN
So wie Druck funktioniert, drückt er Objekte zusammen. Bei einem ausreichend hohen Druck verdichten sich die meisten Substanzen und werden zu Defacto-Feststoffen. Der Innendruck der Sonne ist so, dass sie das Gas beispielsweise in überhitztes Plasma umwandelt.
Mit zunehmendem Druck nimmt die Wärme zu und die überschüssige Energie der Atome wird in schnellere Bewegung umgewandelt. Möglicherweise haben Sie in diesem Zusammenhang von den angeregten Teilchen gehört. Partikel, die sich schneller bewegen, kollidieren häufiger und mit mehr Kraft und erzeugen Abwärme.
Je niedriger der Druck ist, desto mehr Raum haben die Partikel, sich zu bewegen, und desto geringer ist die Gesamtenergie des Systems, da Partikel seltener und mit weniger Kraft kollidieren.
Bei niedrigeren Drücken ist es für die sich langsamer bewegenden Partikel einfacher, ohne Kollisionen zu entweichen, die Abwärme erzeugen. Weniger Abwärme hält die Reaktion bei niedrigerer Energie und so weiter.
MEHR ERFAHREN
Das Verständnis der Prinzipien des hydrostatischen Drucks ist der Schlüssel zum Verständnis der Funktionsweise eines Vakuumofens. Glücklicherweise müssen Sie nicht die schwere Mathematik machen, um sicherzustellen, dass Ihre Proben jedes Mal mit einem richtigen Gerät richtig herauskommen.
Wenn Sie Fragen oder spezielle Anforderungen an Laborgeräte haben, kontaktieren Sie uns.