QUANDO SI TRATTA DI PROCESSO DI ESSICCAZIONE, UN PEZZO VITALE DI ATTREZZATURE IN QUALSIASI LABORATORIO È IL FORNO A VUOTO. ESPLORA LA SCIENZA DIETRO FORNI A VUOTO.
La ricerca scientifica comporta molti tentativi ed errori. Comporta anche la necessità di risolvere problemi a volte contraddittori. Soluzioni semplici vengono gettate fin dall’inizio quando il metodo provato e vero diventa parte del problema.
Nel caso specifico, un forno sottovuoto trova impiego dove è necessaria l’essiccazione, ma il riscaldamento è fuori questione. Allo stesso modo per le situazioni in cui l’attrito dall’aria in movimento rovinerà un campione o un processo.
Quando è necessario asciugare un campione, un microchip o un preparato, l’unica vera soluzione è quella di spostare il liquido senza cambiare irrevocabilmente la sostanza. Per questo complicato insieme di problemi, le forze della pressione idrostatica ottengono un allenamento.
Continua a leggere per imparare come i laboratori utilizzano i principi fisici per aggirare questi difficili problemi.
USI DEL FORNO A VUOTO
Ci sono due motivi principali per utilizzare un forno a vuoto per scopi di essiccazione in un ambiente di laboratorio.
Il primo è quello di evitare i problemi che vengono con altre forme di essiccazione. Il calore è il nemico di una varietà di diversi volatili e campioni biologici. L’ossidazione da ossigeno introduce nel processo di essiccazione può anche portare a una diminuzione della longevità o errori critici in alcuni oggetti.
In secondo luogo, quando si lavora con sostanze biologiche o bioattive, è necessario un preciso livello di controllo per replicare i campioni. Altri metodi di essiccazione lasciano variabili più aperte rispetto all’essiccazione sotto vuoto che controlla la pressione, la temperatura e il flusso d’aria, che limitano la contaminazione e i margini di errore.
Un forno sottovuoto di qualità elimina le congetture dalla preparazione del campione e consente di risparmiare rapidamente componenti costosi dal deterioramento dopo aver subito l’introduzione di fuoriuscite di umidità.
CHE COS’È L’ESSICCAZIONE?
A livello molecolare, l’essiccazione è la rimozione di molecole d’acqua dai materiali circostanti. Il modo migliore per estrarre l’acqua è aprire i legami e convertire l’acqua liquida in vapore, che si trasferirà, lasciando i solidi più densi e altri materiali liquidi dietro.
ASCIUGATURA A CALDO
In genere, questo viene fatto riscaldando un oggetto. Più alto è il calore, più i legami si aprono e più acqua liquida può diventare vapore acqueo. Creare abbastanza calore per trasferire l’acqua senza bruciare il materiale desiderato è il trucco.
Aiuta che l’acqua sia facilmente eccitabile e diventi vapore ad una temperatura opportunamente bassa di circa 100 C. Quando questo è troppo calore per il materiale, le proprietà delle molecole d’acqua devono essere sfruttate.
ASCIUGATURA AD ARIA
Quando il calore non è in abbondanza, l’aria che si muove sulla superficie può creare un cambiamento di pressione che influisce sul punto di ebollizione dell’acqua.
Il più secco l’ingresso dell’aria, migliore è l’effetto. L’aria umida è già satura di vapore acqueo, quindi ha meno trazione per raccogliere di più.
Mentre l’aria si muove attraverso l’oggetto, l’oggetto si riscalda dall’energia dell’acqua che si trasferisce da un liquido a uno stato gassoso. Questo rallenta l’essiccazione come la differenza di temperatura tra l’aria e la superficie si restringe.
Più poroso è l’oggetto, più tempo è necessario per tirare l’acqua ulteriormente nell’oggetto verso la superficie dove può essere rilasciata e quindi catturata dall’aria circostante.
Una differenza ideale tra la temperatura superficiale e la temperatura dell’aria crea una differenza di pressione parziale necessaria per abbassare la temperatura di ebollizione dell’acqua e rilasciare il vapore con meno energia rimasta in superficie.
ESSICCAZIONE SOTTO VUOTO
Con il concetto di movimento del calore e dell’aria compreso, è possibile passare al processo di essiccazione sotto vuoto.
Finché l’aria non è umida e si muove, si crea un differenziale di pressione parziale tra l’aria e la superficie.
Nel caso di un’atmosfera a bassa pressione, la temperatura di ebollizione dell’acqua si riduce da 100 C in giù. Questo fa parte del problema con la decompressione nello spazio, la pressione dell’aria prossima a zero cambia drasticamente il punto di ebollizione dell’acqua all’interno di una persona, facendo sì che il tuo corpo molto liquido si converta rapidamente in gas.
Per l’essiccazione sotto vuoto, è necessario spostare rapidamente il vapore acqueo in fuga dal materiale superficiale per mantenere l’energia in fuga dall’innalzamento delle temperature superficiali.
Mantenere un vuoto mentre spinge anche molta aria attraverso un sistema è una sua contraddizione. Per questo, un forno a vuoto regola attentamente l’aria introdotta e l’aria estratta.
CONTROLLO DELLA TEMPERATURA SUPERFICIALE
Durante il processo di essiccazione sotto vuoto, le temperature superficiali dell’oggetto da asciugare devono rimanere quasi costanti. Se le temperature salgono, questo può danneggiare l’oggetto, se diventano troppo basse, si forma condensa, permettendo al vapore acqueo appena convertito di fondersi in liquido.
Per compensare questi effetti, una fonte di calore riscalda l’oggetto in attenta coordinazione con l’aria circostante. Ogni temperatura deve essere mantenuta aggiungendo più calore, rimuovendo rapidamente il vapore e introducendo nuova aria che si muove nella direzione corretta allo stesso tempo.
PRESSIONE E EBOLLIZIONE
Il modo in cui la pressione funziona, spinge gli oggetti insieme. Ad una pressione abbastanza alta, la maggior parte delle sostanze si compatta, diventando solidi defacto. La pressione interna del sole è tale che converte il gas in plasma surriscaldato, per esempio.
All’aumentare della pressione, il calore aumenta e l’energia in eccesso degli atomi viene convertita in movimento più veloce. Potresti aver sentito parlare delle particelle “eccitate” in questo contesto. Le particelle che si muovono più velocemente si scontrano più spesso e con più forza, creando calore di scarto.
Minore è la pressione, più spazio le particelle devono muoversi e minore è l’energia complessiva del sistema poiché le particelle si scontrano meno spesso e con meno forza.
A pressioni più basse, è più facile che le particelle in movimento più lento escano senza collisioni che creano calore di scarto. Meno calore residuo mantiene la reazione accadendo a energia più bassa e così via.
OTTENERE ASSORBITO IN PIÙ
Comprendere i principi della pressione idrostatica è la chiave per capire come funziona un forno a vuoto. Fortunatamente, non devi fare la matematica pesante per assicurarti che i tuoi campioni escano correttamente ogni volta con un equipaggiamento adeguato.
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