التشغيل السليم للمعدات القائمة على الفراغ
المصدر: روبرت إم ريوكس ، أجاي ساثي وزيفنغ تشين ، جامعة ولاية بنسلفانيا ، يونيفرسيتي بارك ، بنسلفانيا
الفراغ مطلوب لعدد من الإجراءات المختبرية. يتم تحق…
- يجب استخدام نظارات السلامة ومعاطف المختبر وواقيات الوجه عند العمل مع جهاز تفريغ أو بالقرب منه.
- يجب استخدام درع الانفجار لمنع الزجاج المتطاير أو الحطام الناتج عن التغير المفاجئ في الضغط.
- استخدم دائما الأنابيب والأواني الزجاجية وغيرها من المعدات المصنفة للاستخدام مع الفراغ. يمكن أن يؤدي الاستخدام غير السليم إلى فشل المواد والتسبب في انفجار / انفجار.
- افحص الزجاج والأنابيب بانتظام بحثا عن العيوب / الجروح ، حيث يمكن أن تتشقق / تنكسر بسهولة تحت الفراغ.
- يجب توصيل عادم مضخة التفريغ بغطاء دخان أو عادم مبنى مغسول. هذا أمر بالغ الأهمية بشكل خاص إذا تم استخدام الفراغ في نظام يستخدم مواد كيميائية مسببة للتآكل أو سامة.
- اعتمادا على التجربة ومدى الفراغ المعني ، يجب استخدام واقي أو حاجز وقائي بين المشغل والسفينة تحت الفراغ. يمكن أن تكون هذه نفس النوع من الحواجز المستخدمة لعزل المشغلين عن معدات الضغط العالي.
- استخدم دائما مصيدة بين مصدر التفريغ (المضخة) والجهاز الذي يستخدم الفراغ. يحمي المصيدة مصدر الفراغ باهظ الثمن من التلف في حالة حدوث تسرب عرضي أو تدفق المواد مرة أخرى إلى خط التفريغ.
- تساعد المصائد أيضا على منع انبعاث الأبخرة / الروائح في عادم المضخة.
- عادة ما يتم تبريد المصائد باستخدام حمامات الثلج الجاف أو النيتروجين السائل. يجب توخي الحذر الشديد أثناء استخدام درجات الحرارة المبردة هذه ، ويجب استخدام معدات الوقاية الشخصية المناسبة لنقل المبردات داخل وخارج الفخاخ.
- نظرا لأن استخدام السوائل المبردة (أي النيتروجين السائل) لأغراض التبريد يمكن أن يؤدي إلى تسييل الأكسجين ، يجب أن تكون أنظمة التفريغ تحت الفراغ قبل وأثناء التشغيل. بعد تحقيق مستوى الفراغ المطلوب ، يمكن ملء الديوار الذي يحتوي على مصيدة الزيت لاحقا بالنيتروجين السائل. بعد الانتهاء من التجربة التي تتطلب الفراغ ، بينما لا تزال تحت الفراغ ، قم بإزالة قارورة Dewar من المصيدة المملوءة بالنيتروجين السائل ، واترك المصيدة دافئة إلى درجة حرارة الغرفة ، وافتح النظام ببطء للضغط الجوي.
- قوارير ديوار نفسها تحت الفراغ ويجب التعامل معها بأقصى درجات الحذر لأنها يمكن أن تنفجر على الفور. استخدم دائما معدات الوقاية الشخصية المناسبة عند نقل قوارير ديوار أو العمل بها.
4. خطوط النزيف
- يجب أن تنزف خطوط التفريغ ببطء قبل فصلها عن المصائد ومصدر الفراغ. يؤدي التغيير المفاجئ في الضغط إلى إجهاد المواد ويمكن أن يتسبب في حدوث كسر وانفجارات مبكرة.
5. طلاء الأواني الزجاجية
- يجب أن تكون الأواني الزجاجية التي يزيد حجمها عن 250 مل والتي يتم استخدامها مع معدات التفريغ مغطاة إما بشريط أو شبكة أو طلاء بلاستيكي لتقليل فرصة تطاير الحطام ، في حالة حدوث انفجار. وهذا يشمل الفخاخ ، والديوارات ، والمبخرات الدوارة ، وأي أواني زجاجية أخرى يتم الاحتفاظ بها تحت الفراغ.
تستخدم مضخات التفريغ في مجموعة واسعة من الإجراءات المختبرية. تشمل الأمثلة الشائعة الترشيح والتجفيف والتفريغ والطلاء التبخيري وقياس الطيف الكتلي.
يجب صيانة معدات المضخات وتشغيلها بأمان لمنع أعطال المعدات والانفجارات وإطلاق المواد الكيميائية. سيقدم هذا الفيديو العديد من تصميمات المضخات الشائعة ، ويناقش الاحتياطات الشائعة التي يجب مراعاتها عند إعداد معدات التفريغ ، ويوضح السلامة التشغيلية.
لنبدأ باستكشاف تصميمات المضخات المختلفة.
في المضخات الدوارة ، يتم سحب الهواء والغازات الأخرى من خلال مدخل بواسطة دوار. يتم دفع الغازات عبر عادم محكم الغلق بالزيت ، مما يمنع التدفق العكسي ، إلى المخرج الذي يغادر النظام. يمكن لمضخات الريشة الدوارة أن تولد فراغات من عشرة إلى سالب ثلاثة Torr. هذه المضخات ذاتية التشحيم ، ولكنها تتطلب تغييرات في الزيت وهي عرضة للتآكل ببخار الماء.
في مضخات التمرير ، يمر الهواء عبر مدخل بين لفائف حلزونية غريبة الأطوار ، إحداهما ثابتة والأخرى تدور حول مدار. تضغط الحركة على الهواء وتدفعه نحو المخرج. فراغات من عشرة إلى سالب اثنان [تور] يستطيع كنت حققت. مضخات التمرير هي آليات "جافة" - فهي لا تتطلب الزيت أو الماء ، ولكن يجب استبدال اللفائف بشكل دوري لأنها تبلى. مضخات التمرير ومضخات الريشة الدوارة مناسبة للتقطير والترشيح والتفريغ.
شفاط الماء هو نوع آخر من المضخات التي توجد غالبا في المختبرات. في هذا النوع من المضخات ، يدخل الماء من خلال مدخل إلى فوهة عالية السرعة ، ويخرج كنفاثة سائلة منخفضة الضغط. يتم سحب الغازات من خلال منفذ جانبي وإجبارها على المخرج. تنتج شفاطات المياه فراغات من 10 Torr فقط. على الرغم من أنها تتصل بسهولة بصنابير الأحواض العادية, أنها تتطلب كميات كبيرة من الماء. كثيرا ما تستخدم شفاطات الماء للتجفيف والاستخراج.
أخيرا ، تنتج المضخات الجزيئية التوربينية فراغا فائق العالي. يتم دفع الهواء إلى الدخول من خلال الجزء الثابت المتناوب وشفرات التوربينات التي تدفع جزيئات الغاز عبر المخرج المتصل بمضخة التخشين. يمكن أن تنتج المضخات الجزيئية التوربينية فراغات منخفضة تصل إلى عشرة إلى سالب عشرة Torr ، ولكنها تتطلب مضخة أخرى لخفض الضغط أولا إلى 1 Torr. تستخدم المضخات الجزيئية التوربينية للفحص المجهري الإلكتروني ونمو البلورات والطلاء التبخيري.
class = "chapter_text" id = "script_2">الآن بعد أن أصبحت على دراية بالتصميمات ، دعنا نفحص تدابير الحماية والسلامة الشخصية التي يجب مراعاتها قبل تشغيل مضخات التفريغ هذه.
إذا أمكن ، قم بتشغيل جميع معدات التفريغ داخل غطاء الدخان مع خفض الوشاح. ارتد نظارات واقية وواقي للوجه. توفر هذه الحماية ضد المواد الكيميائية والحطام في حالة انفجار الأواني الزجاجية تحت الفراغ.
استخدم الأواني الزجاجية والمعدات المصنفة للاستخدام بالمستوى المتوقع من الفراغ. افحص الأواني الزجاجية والأنابيب بحثا عن تشققات أو عيوب أخرى. يمكن أن تنفجر المعدات المعيبة أو غير المناسبة بسهولة تحت الفراغ. لف الأواني الزجاجية التي يزيد حجمها عن 250 مل في شريط لاصق أو شبكة أو بلاستيك ، كإجراء احترازي إضافي ضد الحطام المتطاير.
إذا كان الإجراء معروفا بتوليد أبخرة أكالة ، فحدد مضخة يمكنها تحمل تلك الأبخرة. تأكد من أن المضخة نظيفة وخالية من التآكل. بالنسبة لمضخات الزيت ، تحقق من مستوى الزيت وقم بتغيير الزيت بشكل دوري.
تأكد من أن المضخة مستوية ومتوازنة. قم بتوصيل مخرج المضخة بعادم غطاء الدخان. ضع الأنبوب بإحكام داخل الغطاء لمنع إطلاق المواد الكيميائية. تأكد من أن جميع الأنابيب غير مقيدة ، وعدم وجود تسريبات ، خاصة بالقرب من الشفاه.
الآن بعد أن تم إعداد مضخة التفريغ ، دعنا نفحص اعتبارات السلامة أثناء وبعد تشغيل المضخة.
قم بتوصيل مدخل المضخة بالأواني الزجاجية عبر مصيدة باردة. المصيدة الباردة عبارة عن حاوية زجاجية تحمي المضخة عن طريق تجميد المواد العضوية المتطايرة التي يتم إخلاؤها من الجهاز.
أثناء الإجراء ، يتم غمر المصيدة الباردة في الثلج الجاف أو ديوار من النيتروجين السائل. استخدم معدات الحماية المبردة عند التعامل مع هذه المبردات.
يتمثل الخطر المحتمل في تكثيف الأكسجين في المصيدة الباردة لإنتاج نيتروجين سائل شديد الانفجار. لمنع تكوينه ، ابدأ تشغيل مضخة التفريغ وإخلاء الجهاز قبل غمر المصيدة الباردة في النيتروجين السائل. لا تسمح أبدا للمصيدة الباردة بالاتصال بالنيتروجين السائل إن لم يكن تحت الفراغ ، ولا تفتح خط التفريغ للهواء مع وجود مصيدة التبريد في مكانها.
افحص المصيدة الباردة بحثا عن المذيبات المكثفة والأكسجين السائل بانتظام. إذا لزم الأمر ، قم بإفراغ المصيدة الباردة لمنع دخول المذيبات إلى الأنابيب ومضخة التفريغ. إذا كان الأكسجين السائل ، وهو سائل أزرق فاتح ، مرئيا ، فقم بإنهاء الإجراء وطلب المساعدة ، ولكن لا توقف الفراغ أو تزيل النيتروجين السائل.
بمجرد اكتمال الإجراء ، اسحب المصيدة الباردة من سائل التبريد ثم قم بإيقاف تشغيل المضخة. قم بنزيف خطوط التفريغ ببطء قبل فصل المصيدة الباردة والمضخة ، لمنع الضغط المفاجئ.
لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE لسلامة المختبر للمعدات القائمة على الفراغ. يجب أن تكون الآن على دراية بأنواع مختلفة من مضخات التفريغ ومخاطرها المحتملة والاحتياطات التي يجب مراعاتها لضمان التشغيل الآمن. كما هو الحال دائما ، شكرا على المشاهدة!
تسجيل الدخول أو للوصول إلى المحتوى الكامل. تعرّف على المزيد حول وصول مؤسستك إلى محتوى JoVE هنا
تستخدم مضخات التفريغ في مجموعة واسعة من الإجراءات المختبرية. تشمل الأمثلة الشائعة الترشيح والتجفيف والتفريغ والطلاء التبخيري وقياس الطيف الكتلي.
يجب صيانة معدات المضخات وتشغيلها بأمان لمنع أعطال المعدات والانفجارات وإطلاق المواد الكيميائية. سيقدم هذا الفيديو العديد من تصميمات المضخات الشائعة ، ويناقش الاحتياطات الشائعة التي يجب مراعاتها عند إعداد معدات التفريغ ، ويوضح السلامة التشغيلية.
لنبدأ باستكشاف تصميمات المضخات المختلفة.
في مضخات الريشة الدوارة ، يتم سحب الهواء والغازات الأخرى من خلال مدخل بواسطة دوار. يتم دفع الغازات عبر عادم محكم الغلق بالزيت ، مما يمنع التدفق العكسي ، إلى المخرج الذي يغادر النظام. يمكن لمضخات الريشة الدوارة أن تولد فراغات من عشرة إلى سالب ثلاثة Torr. هذه المضخات ذاتية التشحيم ، ولكنها تتطلب تغييرات في الزيت وهي عرضة للتآكل ببخار الماء.
في مضخات التمرير ، يمر الهواء عبر مدخل بين لفائف حلزونية غريبة الأطوار ، إحداهما ثابتة والأخرى تدور حول مدار. تضغط الحركة على الهواء وتدفعه نحو المخرج. فراغات من عشرة إلى سالب اثنان [تور] يستطيع كنت حققت. مضخات التمرير هي آليات "جافة" - فهي لا تتطلب الزيت أو الماء ، ولكن يجب استبدال اللفائف بشكل دوري لأنها تبلى. مضخات التمرير ومضخات الريشة الدوارة مناسبة للتقطير والترشيح والتفريغ.
شفاط الماء هو نوع آخر من المضخات التي توجد غالبا في المختبرات. في هذا النوع من المضخات ، يدخل الماء من خلال مدخل إلى فوهة عالية السرعة ، ويخرج كنفاثة سائلة منخفضة الضغط. يتم سحب الغازات من خلال منفذ جانبي وإجبارها على المخرج. تنتج شفاطات المياه فراغات من 10 Torr فقط. على الرغم من أنها تتصل بسهولة بصنابير الأحواض العادية, أنها تتطلب كميات كبيرة من الماء. كثيرا ما تستخدم شفاطات الماء للتجفيف والاستخراج.
أخيرا ، تنتج المضخات الجزيئية التوربينية فراغا فائق العالي. يتم دفع الهواء إلى الدخول من خلال الجزء الثابت المتناوب وشفرات التوربينات التي تدفع جزيئات الغاز عبر المخرج المتصل بمضخة التخشين. يمكن أن تنتج المضخات الجزيئية التوربينية فراغات منخفضة تصل إلى عشرة إلى سالب عشرة Torr ، ولكنها تتطلب مضخة أخرى لخفض الضغط أولا إلى 1 Torr. تستخدم المضخات الجزيئية التوربينية للفحص المجهري الإلكتروني ونمو البلورات والطلاء التبخيري.
الآن بعد أن أصبحت على دراية بالتصميمات ، دعنا نفحص تدابير الحماية والسلامة الشخصية التي يجب مراعاتها قبل تشغيل مضخات التفريغ هذه.
إذا أمكن ، قم بتشغيل جميع معدات التفريغ داخل غطاء الدخان مع خفض الوشاح. ارتد نظارات واقية وواقي للوجه. توفر هذه الحماية ضد المواد الكيميائية والحطام في حالة انفجار الأواني الزجاجية تحت الفراغ.
استخدم الأواني الزجاجية والمعدات المصنفة للاستخدام بالمستوى المتوقع من الفراغ. افحص الأواني الزجاجية والأنابيب بحثا عن تشققات أو عيوب أخرى. يمكن أن تنفجر المعدات المعيبة أو غير المناسبة بسهولة تحت الفراغ. لف الأواني الزجاجية التي يزيد حجمها عن 250 مل في شريط لاصق أو شبكة أو بلاستيك ، كإجراء احترازي إضافي ضد الحطام المتطاير.
إذا كان الإجراء معروفا بتوليد أبخرة أكالة ، فحدد مضخة يمكنها تحمل تلك الأبخرة. تأكد من أن المضخة نظيفة وخالية من التآكل. بالنسبة لمضخات الزيت ، تحقق من مستوى الزيت وقم بتغيير الزيت بشكل دوري.
تأكد من أن المضخة مستوية ومتوازنة. قم بتوصيل مخرج المضخة بعادم غطاء الدخان. ضع الأنبوب بإحكام داخل الغطاء لمنع إطلاق المواد الكيميائية. تأكد من أن جميع الأنابيب غير مقيدة ، وعدم وجود تسريبات ، خاصة بالقرب من الشفاه.
الآن بعد أن تم إعداد مضخة التفريغ ، دعنا نفحص اعتبارات السلامة أثناء وبعد تشغيل المضخة.
قم بتوصيل مدخل المضخة بالأواني الزجاجية عبر مصيدة باردة. المصيدة الباردة عبارة عن حاوية زجاجية تحمي المضخة عن طريق تجميد المواد العضوية المتطايرة التي يتم إخلاؤها من الجهاز.
أثناء الإجراء ، يتم غمر المصيدة الباردة في الثلج الجاف أو ديوار من النيتروجين السائل. استخدم معدات الحماية المبردة عند التعامل مع هذه المبردات.
يتمثل الخطر المحتمل في تكثيف الأكسجين في المصيدة الباردة لإنتاج نيتروجين سائل شديد الانفجار. لمنع تكوينه ، ابدأ تشغيل مضخة التفريغ وإخلاء الجهاز قبل غمر المصيدة الباردة في النيتروجين السائل. لا تسمح أبدا للمصيدة الباردة بالاتصال بالنيتروجين السائل إن لم يكن تحت الفراغ ، ولا تفتح خط التفريغ للهواء مع وجود مصيدة التبريد في مكانها.
افحص المصيدة الباردة بحثا عن المذيبات المكثفة والأكسجين السائل بانتظام. إذا لزم الأمر ، قم بإفراغ المصيدة الباردة لمنع دخول المذيبات إلى الأنابيب ومضخة التفريغ. إذا كان الأكسجين السائل ، وهو سائل أزرق فاتح ، مرئيا ، فقم بإنهاء الإجراء وطلب المساعدة ، ولكن لا توقف الفراغ أو تزيل النيتروجين السائل.
بمجرد اكتمال الإجراء ، اسحب المصيدة الباردة من سائل التبريد ثم قم بإيقاف تشغيل المضخة. قم بنزيف خطوط التفريغ ببطء قبل فصل المصيدة الباردة والمضخة ، لمنع الضغط المفاجئ.
لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE لسلامة المختبرات للمعدات القائمة على التفريغ. يجب أن تكون الآن على دراية بأنواع مختلفة من مضخات التفريغ ومخاطرها المحتملة والاحتياطات التي يجب مراعاتها لضمان التشغيل الآمن. كما هو الحال دائما ، شكرا على المشاهدة!
View the full transcript and gain access to JoVE Science Education videos
Q1: What are the main types of vacuum pumps used in laboratory procedures?
Common laboratory vacuum pumps include rotary-vane pumps, which generate vacuums up to 10^-3 Torr and are self-lubricating; scroll pumps, which achieve 10^-2 Torr and require no oil; water aspirators, which produce 10 Torr and connect easily to faucets; and turbomolecular pumps, which create ultrahigh vacuums of 10^-10 Torr for specialized applications like electron microscopy.
Q2: Why is a cold trap essential when operating vacuum equipment?
A cold trap is a glass container that protects the pump by freezing volatile organics evacuated from the apparatus. Submerged in dry ice or liquid nitrogen during the procedure, it prevents solvents and condensed gases from entering the tubing and damaging the vacuum pump. Regular monitoring prevents liquid oxygen formation, which is highly explosive.
Q3: What personal protective equipment should be worn when operating vacuum pumps?
Operators should wear safety goggles and a face shield to protect against chemicals and debris if glassware implodes under vacuum. Operating all vacuum equipment inside a fume hood with the sash lowered provides additional containment. Proper use of personal protective equipment is critical for preventing injuries from sudden pressure changes or chemical exposure.
Q4: How should glassware be prepared before using vacuum equipment?
Check all glassware and tubing for cracks or defects, as damaged equipment can implode under vacuum. Use glassware rated for the expected vacuum level. Wrap containers larger than 250 mL in tape, netting, or plastic to contain flying debris. Ensure all tubing is unrestricted and free from leaks, especially near flanges.
Q5: What precautions prevent liquid oxygen formation in cold traps?
Start the vacuum pump and evacuate the apparatus before submerging the cold trap in liquid nitrogen. Never allow the cold trap to contact liquid nitrogen if not under vacuum, and never open the vacuum line to air with the cold trap in place. Regularly check for light blue liquid oxygen; if visible, terminate the procedure and call for assistance without stopping the vacuum.
Q6: What maintenance is required for different pump types?
Rotary-vane pumps require regular oil changes and are vulnerable to water vapor corrosion. Scroll pumps are dry mechanisms but need periodic scroll replacement as they wear. All pumps should be kept level, balanced, and clean. For oil pumps, check oil levels regularly and ensure the pump is free from corrosion before operation.
Q7: How should vacuum equipment be safely shut down after use?
After the procedure is complete, withdraw the cold trap from the coolant first, then switch off the pump. Bleed the vacuum lines slowly before disconnecting the cold trap and pump to prevent sudden pressurization. This gradual depressurization protects equipment from damage and prevents dangerous pressure spikes.