הפעלה נכונה של ציוד מבוסס ואקום
מקור: רוברט ריו, אג'יי סאת' וז'יפנג צ'ן, אוניברסיטת פנסילבניה, פארק האוניברסיטאות, הרשות הפלסטינית
ואקום נדרש עבור מספר הליכי מעבדה. זה מושג באופן שגר…
1. שימוש בציוד מגן אישי
- יש להשתמש במשקפי בטיחות, בחלוקי מעבדה ובמגני פנים בעת עבודה עם מנגנון ואקום או בקרבתו.
- מגן פיצוץ חייב להיות מנוצל כדי למנוע זכוכית מעופפת או פסולת הנובעת משינוי פתאומי בלחץ.
2. שימוש בצינורות וציוד מתאימים
- השתמש תמיד צינורות, כלי זכוכית, וציוד אחר המדורג לשימוש עם ואקום. שימוש לא נכון עלול לגרום לכשל חומרי ולגרום לפיצוץ/קריסה.
- בדוק את הזכוכית ואת צינורות באופן קבוע עבור פגמים / חתכים, כמו אלה יכולים בקלות לפצח / לשבור תחת ואקום.
- הפליטה של משאבת הוואקום חייבת להיות מחוברת למכסה אדים או למפלט בניין משופשף. זה חיוני במיוחד אם הוואקום מנוצל על מערכת ניצול כימיקלים מאכלים או רעילים.
- בהתאם לניסוי ולהיקף הוואקום המעורב, יש להפעיל שומר או מחסום מגן בין המפעיל לכלי השיט תחת ואקום. אלה יכולים להיות אותו סוג של מחסומים המשמשים לבודד מפעילים מציוד בלחץ גבוה.
3. מלכודות
- השתמש תמיד במלכודת בין מקור הוואקום (המשאבה) לבין המנגנון המשתמש בוואקום. המלכודת מגנה על מקור הוואקום היקר מפני נזק במקרה של דליפות מקריות או זרימת חומר בחזרה לקו הוואקום.
- המלכודות גם מסייעות למנוע נפלט אדים/ריחות לתוך הפליטה של המשאבה.
- המלכודות בדרך כלל קריוסטאטאטות באמצעות קרח יבש או אמבטיות חנקן נוזלי. יש לנקוט משנה זהירות תוך ניצול טמפרטורות קריוגניות כאלה, ויש להשתמש ב- PPE תקין כדי להעביר את הקירור פנימה והחוצה של המלכודות.
- מאז השימוש בנוזלים קריוגניים (כלומר,חנקן נוזלי) למטרות קירור יכול להוביל לנזילה של חמצן, מערכות ואקום חייב להיות תחת ואקום לפני ובמהלך הפעולה. לאחר השגת רמת הוואקום הרצויה, ניתן למלא את ה- dewar המכיל את מלכודת השמן בחנקן נוזלי. לאחר השלמת הניסוי הדורש ואקום, בעודו תחת ואקום, הסר את בקבוקון Dewar ממלכודת מילוי החנקן הנוזלי, תן למלכודת להתחמם לטמפרטורת החדר, ולפתוח לאט את המערכת ללחץ אטמוספרי.
- הבקבוקונים של דיואר עצמם נמצאים תחת ואקום ויש לטפל בהם בזהירות מירבית מכיוון שהם יכולים לקרוס באופן מיידי. השתמש תמיד PPE מתאים בעת הובלה או עבודה עם בקבוקוני Dewar.
4. שורות בליד
- קווי הוואקום חייבים להיות דיממו לאט לפני התנתקות מהמלכודות וממקור הוואקום. שינוי פתאומי בלחץ מדגיש את החומרים ויכול לגרום לשברים ופיצוצים מוקדמים.
5. ציפוי כלי זכוכית
- כלי זכוכית הגדולים מ-250 מ"ל המשמשים לציוד ואקום חייבים להיות עטופים בנייר דבק, רשת או ציפוי פלסטיק כדי להפחית את הסיכוי להטסת פסולת, במקרה של פיצוץ. זה כולל מלכודות, dewars, מאידים סיבוביים, וכל כלי זכוכית אחרים נשמרים תחת ואקום.
משאבות ואקום משמשות במגוון רחב של הליכי מעבדה. דוגמאות נפוצות כוללות סינון, ייבוש, הסרת גז, ציפוי אידוי וספקטרומטריית מסה.
יש לתחזק ולהפעיל את ציוד המשאבה בבטחה כדי למנוע תקלות בציוד, פיצוצים ושחרור כימיקלים. סרטון זה יציג מספר עיצובי משאבות נפוצים, ידון באמצעי זהירות נפוצים שיש להקפיד עליהם בעת הקמת ציוד ואקום וידגים בטיחות תפעולית.
נתחיל בבחינת עיצובי משאבות שונים.
במשאבות שבשבת סיבוביות, אוויר וגזים אחרים נשאבים דרך כניסה על ידי רוטור. הגזים נאלצים באמצעות פליטה אטומה בשמן, המונעת זרימה חוזרת, לשקע היוצא מהמערכת. משאבות שבשבת סיבוביות יכולות לייצר ואקום של עשרה עד שלושת הטור השליליים. משאבות אלו משמנות את עצמן, אך דורשות החלפת שמן ופגיעות לקורוזיה על ידי אדי מים.
במשאבות גלילה האוויר עובר דרך כניסה בין שתי מגילות ספירליות אקסצנטריות, האחת קבועה והשנייה מסתובבת. התנועה דוחסת את האוויר ודוחפת אותו לכיוון השקע. ניתן להשיג ואקום של עשר עד שני Torr שליליים. משאבות גלילה הן מנגנונים "יבשים" - הן אינן דורשות שמן או מים, אך יש להחליף את המגילות מעת לעת כשהן נשחקות. משאבות גלילה ומשאבות שבשבת סיבוביות מתאימות לזיקוק, סינון והסרת גזים.
שואב מים הוא סוג נוסף של משאבה שנמצא לעתים קרובות במעבדות. במשאבה מסוג זה מים נכנסים דרך כניסה לזרבובית במהירות גבוהה, ויוצאים כסילון נוזלים בלחץ נמוך. הגזים נשאבים פנימה דרך יציאה צדדית ונאלצים לשקע. שואבי מים מייצרים שואבי אבק של 10 טור בלבד. למרות שהם מתחברים בקלות לברזי כיור רגילים, הם דורשים כמויות גדולות של מים. שואבי מים משמשים לעתים קרובות לייבוש ומיצוי.
לבסוף, משאבות טורבו-מולקולריות מייצרות ואקום גבוה במיוחד. אוויר נאלץ פנימה דרך להבי סטטור וטורבינה לסירוגין המניעים את מולקולות הגז דרך היציאה המחוברת למשאבת חספוס. משאבות טורבו-מולקולריות יכולות לייצר שואבי אבק נמוכים עד עשר עד עשר טור שלילי, אך דורשות משאבה נוספת כדי להוריד תחילה את הלחץ ל-1 טור. משאבות טורבו-מולקולריות משמשות למיקרוסקופ אלקטרונים, גידול גבישים וציפוי אידוי.
כעת, כשאתם מכירים את העיצובים, בואו נבחן את אמצעי ההגנה והבטיחות האישיים שיש להקפיד עליהם לפני הפעלת משאבות הוואקום הללו.
במידת האפשר, הפעל את כל ציוד הוואקום בתוך מכסה אדים כשהאבנט מונמך. הרכיבו משקפי מגן ומגן פנים. אלה מספקים הגנה מפני כימיקלים ופסולת במקרה שכלי הזכוכית יתפוצצו מתחת לוואקום.
השתמש בכלי זכוכית וציוד המדורגים לשימוש עם רמת הוואקום הצפויה. בדוק את כלי הזכוכית והצינורות לאיתור סדקים או פגמים אחרים. ציוד פגום או לא מתאים יכול להתפוצץ בקלות בוואקום. עטפו כלי זכוכית גדולים מ-250 מ"ל בסרט, רשת או פלסטיק, כאמצעי זהירות נוסף מפני פסולת מעופפת.
אם ידוע שההליך מייצר אדים מאכלים, בחר משאבה שיכולה לעמוד באדים אלה. ודא שהמשאבה נקייה וללא קורוזיה. עבור משאבות שמן, בדוק את מפלס השמן והחלף את השמן מעת לעת.
ודא שהמשאבה ישרה ומאוזנת. חבר את שקע המשאבה לפליטת מכסה האדים. הנח היטב צינורות בתוך מכסה המנוע כדי למנוע שחרור כימיקלים. ודא שכל הצינורות אינם מוגבלים, ושאין נזילות, במיוחד ליד האוגנים.
כעת, לאחר הגדרת משאבת הוואקום, בואו נבחן את שיקולי הבטיחות במהלך ואחרי פעולת המשאבה.
חבר את כניסת המשאבה לכלי הזכוכית באמצעות מלכודת קרה. מלכודת קרה היא מיכל זכוכית המגן על המשאבה על ידי הקפאת חומרים אורגניים נדיפים שפונו מהמכשיר.
במהלך ההליך, מלכודת הקור טובלת בקרח יבש או בדיואר של חנקן נוזלי. השתמש בציוד מגן קריוגני בעת טיפול בנוזלי קירור אלה.
סכנה פוטנציאלית היא עיבוי חמצן במלכודת הקור כדי לייצר חנקן נוזלי נפיץ מאוד. כדי למנוע את היווצרותו, הפעל את משאבת הוואקום ופנה את המנגנון לפני טבילת מלכודת הקור בחנקן נוזלי. לעולם אל תאפשר למלכודת הקור ליצור קשר עם חנקן נוזלי אם לא תחת ואקום, ולעולם אל תפתח את קו הוואקום לאוויר כשהמלכודת הקרה במקומה.
בדוק את מלכודת הקור עבור ממיסים מרוכזים וחמצן נוזלי באופן קבוע. במידת הצורך רוקן את המלכודת הקרה כדי למנוע כניסת ממיסים לצינור ולמשאבת הוואקום. אם נראה חמצן נוזלי, נוזל כחול בהיר, סיים את ההליך וקרא לסיוע, אך אל תעצור את הוואקום או הסר את החנקן הנוזלי.
לאחר השלמת ההליך, משוך את מלכודת הקור מנוזל הקירור ולאחר מכן כבה את המשאבה. דמם את קווי הוואקום לאט לפני ניתוק מלכודת הקור והמשאבה, כדי למנוע לחץ פתאומי.
זה עתה צפיתם במבוא של JoVE לבטיחות מעבדה לציוד מבוסס ואקום. כעת עליך להכיר סוגים שונים של משאבות ואקום, הסכנות הפוטנציאליות שלהן ואמצעי הזהירות שיש להקפיד עליהם כדי להבטיח פעולה בטוחה. כמו תמיד, תודה שצפית!
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.