ソース: ロバート M. Rioux、Ajay Sathe & Zhifeng 陳、ペンシルバニアの州立大学、大学公園、PA
真空実験室プロシージャの数が足りない。これは、真空ポンプの使用によって実験室で最も日常的に達成されます。低圧下における作業に加えて真空ポンプも使用できます原子炉またはフラスコの大気の急速な変更を有効にする避難してバックフィル
。真空は、さまざまな演習の目的に役立ちます。たとえば、真空が脱ガス装置、真空のオーブンの使用は vaporing のプロセスを促進して凍結乾燥に液体の沸点を低下させます。その上、真空ろ過、ピペットの使用雰囲気に圧力差が生成されます。超高真空電子ビーム溶接、ためクリーンな表面と化学的又は物理的蒸着を維持に使用される化学的不活性を達成するために空気を削除します。真空ポンプは、大気圧より低い圧力を達成するために密閉室に避難するのに役立つ装置です。研究室で最もよく利用したポンプ、ターボ分子ポンプ、油ポンプ、ドライ スクロール ポンプや水の吸引
。ターボ分子ポンプ質量分析計の中のように実験室計測でよく使用され、10 -10 Torr の真空レベルを実現できます。空気と衝突するまたは蒸気の排気方向の運動量に影響を与える分子に急速な回転によってこれらの作業します。高真空のレベルは、多くの超高真空アプリケーションに適したポンプを持ってください。しかし、空気はターボ分子ポンプ動作するため密度が高すぎる、したがってこれらのポンプは、二次ポンプ動作するようにターボ分子ポンプを有効にする 1 Torr まで気圧をドロップする必要があります
。オイル ポンプのラボで最も使用され、通常、10 -3 Torr の真空を実現します。これは一般的な研究室のアプリケーションのほとんどを満たしているが、操作が簡単です。オイルは、潤滑し、深い真空を達成するために、ポンプのシールに使用されます。しかし、油の使用はまたオイル交換、廃油処理の問題をもたらします
。、10 -3 Torr の真空究極レベルを達成する能力のあるドライ スクロール ポンプは実験室の設定で使用される最も一般的なドライ ポンプ技術の一つ。ドライ スクロール ポンプは、2 つのインタリーブ スパイラル スクロール偏心移動と圧縮空気や水蒸気排気の方で動作します。このポンプは ' t 油、また、グローブ ボックスのようないくつかのアプリケーションのために魅力的であるより速い速度を持つポンプを必要があります。しかし、先端のシールが正しいチャネルで蒸気を維持する必要が、これら先端のシールの摩耗部品、定期的なメンテナンスを必要とします
。、ウォーター ジェット ポンプとも呼ばれる水吸引は通常実験室の流しの蛇口にアタッチおよび 10-15 Torr の真空度を達成することができます。これらは側面のアームで真空を作成する高速の流れる水を利用して動作します。彼らの低コストのため、これらは深い真空を達成するために歴史的に有名だった。ただし、水を無駄にし、真空のレベルは高くない
。ポンプのタイプの選択は、アプリケーションの終了、最終的に必要な真空の質によって決まります。関係なく、使用されるポンプ、真空の生成は、崩壊または爆発の危険の可能性に します。真空装置の使用に伴うリスクを最小限に抑えるため、安全な労働条件を確保するため、次のプロトコルが記載されています
。1 です個人用保護具の使用
2。適切な配管や機器の使用
3。トラップ
4。ブリード ライン
5。ガラス コーティング
真空ポンプはさまざまな検査で採用されています。一般的な例としては、濾過、乾燥、脱ガス、蒸発のコーティングおよび質量分析法
。ポンプ設備を維持し、機器の故障、爆発、化学物質の放出を防ぐために安全に運営する必要があります。このビデオがいくつかの一般的なポンプ デザインをご紹介、真空機器をセットアップするときに観察されるべき一般的な注意事項についてし、操業の安全を示す
様々 なポンプ デザインを探索から始めましょう
。ロータリーベーン ポンプで空気とその他のガスを通して描かれて入口ローターで。ガスは油の排気で、システムを残してコンセントに、逆流を防ぐことができます経由で強制されます。回転式ベーン ・ ポンプは 10 負 3 Torr の真空を生成できます。これらのポンプは自己潤滑性が、オイル交換を必要し、水蒸気によって腐食を受けます
。スクロール ポンプ空気は 2 つの偏心スパイラル スクロール間入口を通過、1 つは固定、その他の周回します。運動は、空気を圧縮し、出口に向かってプッシュします。10 負の 2 Torr の真空を実現できます。スクロール ポンプ「ドライ」メカニズム – 石油や水、彼らは必要ありませんが、彼らに着ける巻物を定期的に交換する必要があります。スクロール ポンプ、ロータリーベーン ポンプ、蒸留、濾過、脱ガスに適しています
。A 水吸引は、研究所に多いポンプの一種です。ポンプのこのタイプの水は高速ノズル入口を通って入り、低圧流体ジェットとして終了します。ガス側ポートを介してで描かれる、コンセントに強制します。水吸引のみ 10 Torr の真空を生成します。彼らは、普通のシンクの蛇口に簡単に接続、彼らは大量の水を必要とします。水吸引乾燥と抽出に使用頻繁
。最後に、ターボ分子ポンプは超高真空を生成します。空気が交互に粗引き真空ポンプを接続したコンセントを介してガス分子をドライブ固定子とタービンのブレードを強制的に。ターボ分子ポンプは 10 負 10 Torr の低真空を作り出すが、最初 1 Torr まで圧を下げる別のポンプが必要です。ターボ分子ポンプは、電子顕微鏡観察、結晶成長、蒸発のコーティングに使用されます。
デザインに慣れて、今ではこれらの真空ポンプを作動させる前に観察する必要があります個人の保護、安全対策を調べてみましょう
。は可能であれば、下げたサッシで発煙のフードの中のすべての真空装置を動作します。安全ゴーグル、顔面シールドを着用します。ガラス、真空下で崩壊する場合に、これらは化学物質や破片に対する保護を提供します
。使用ガラス器具用真空の予想水準評価。ガラス製品や管の亀裂やその他の欠陥を確認してください。不良または不適切な機器はすることができます簡単に真空下で破。飛び散る破片に対する予防策としてテープ、網、またはプラスチック、250 mL より大きいガラスをラップします
。腐食性の蒸気を生成するための手順がわかっている場合は、それらの蒸気を耐えることができるポンプを選択します。ポンプは腐食からきれい、自由を確認します。オイルポンプ、オイルレベルをチェックし、オイルを定期的に交換します
。確認ポンプはレベルでバランスの取れたです。ヒューム フードの排気ポンプのコンセントに接続します。安全に化学物質の放出を防ぐためにフードの内側のチューブを配置します。すべてのチューブが制限されていると、特に近くフランジの漏れがないことを確認します
中とポンプの運転後安全への配慮を見てみましょう今では真空ポンプの設定
。コールド トラップを介してガラス製品にポンプ入口に接続します。コールド トラップは装置から避難した揮発性有機物を凍結によりポンプを保護ガラス容器
。ドライアイスまたは液体窒素デュワーに中には、コールド トラップを浸漬します。これらの冷媒を処理するときに低温の保護具を使用します
。の潜在的な危険は高い爆発性の液体窒素を生成するコールド トラップ中の酸素の結露です。その形成を防ぐためには、真空ポンプを起動し、水没する前に装置を避難液体窒素でコールド トラップ。真空下でない場合は液体窒素を連絡するコールド トラップおよび決して場所のコールド トラップと空気に真空ラインを開きます
。凝縮溶剤、液体酸素のコールド トラップを定期的にチェックします。必要に応じて空管と真空ポンプに入る溶剤を防ぐためにコールド トラップにします。液体酸素、光の青い液が表示されている場合、プロシージャを終了して問い合わせが真空を停止か液体窒素を削除します
。の手順が終了したら、冷却剤からコールド トラップを撤回し、ポンプをオフ。コールド トラップと突然与圧を防ぐために、ポンプを外す前に真空ラインをゆっくり出血します
真空ベースの機器、ラボの安全性はゼウスの導入を見ただけ。各種真空ポンプ、潜在的な危険および安全な操作を確保するために遵守すべき注意事項に精通している必要がありますできます。いつも見てくれてありがとう!
真空を必要とする操作に関連付けられた複数の危険性があります。容器爆縮することができます飛行ガラスとその他の材料、作業環境への化学物質のリリースにつながるし、液体酸素の凝縮による潜在的な火災します。真空操作を正しく設定、潜在的なリスクを特定して適切に軽減後のみ運営。
Vacuum pumps are employed in a wide array of laboratory procedures. Common examples include filtration, drying, degassing, evaporative coating, and mass spectrometry.
Pump equipment must be maintained and operated safely to prevent equipment failures, explosions and chemical release. This video will introduce several common pump designs, discuss common precautions to be observed when setting up vacuum equipment, and demonstrate operational safety.
Let’s begin by exploring various pump designs.
In rotary-vane pumps air and other gases are drawn through an inlet by a rotor. The gases are forced via an oil-sealed exhaust, which prevents backflow, to the outlet leaving the system. Rotary vane pumps can generate vacuums of ten to the negative three Torr. These pumps are self-lubricating, but require oil changes and are vulnerable to corrosion by water vapor.
In scroll pumps air passes through an inlet between two eccentric spiral scrolls, one fixed, the other orbiting. The motion compresses the air and pushes it toward the outlet. Vacuums of ten to the negative two Torr can be achieved. Scroll pumps are “dry” mechanisms – they do not require oil or water, but the scrolls must be periodically replaced as they wear down. Scroll pumps and rotary-vane pumps are suitable for distillation, filtration, and degassing.
A water aspirator is another type of pump often found in laboratories. In this type of pump water enters through an inlet to a high-speed nozzle, and exits as a low-pressure fluid jet. The gases are drawn in through a side port and forced to the outlet. Water aspirators produce vacuums of only 10 Torr. Although they easily connect to ordinary sink faucets, they require large amounts of water. Water aspirators are frequently used for drying and extraction.
Lastly, turbomolecular pumps produce ultrahigh vacuum. Air is forced in through alternating stator and turbine blades that drive the gas molecules through the outlet connected to a roughing pump. Turbomolecular pumps can produce vacuums as low as ten to the negative ten Torr, but require another pump to first lower the pressure to 1 Torr. Turbomolecular pumps are used for electron microscopy, crystal growth, and evaporative coating.
Now that you’re familiar with the designs, let’s examine personal protection and safety measures that should be observed before operating these vacuum pumps.
If possible, operate all vacuum equipment inside a fume hood with the sash lowered. Wear safety goggles and a face shield. These provide protection against chemicals and debris in case the glassware implodes under the vacuum.
Use glassware and equipment rated for use with the expected level of vacuum. Check the glassware and tubing for cracks or other defects. Defective or inappropriate equipment can easily implode under vacuum. Wrap glassware larger than 250 mL in tape, netting, or plastic, as a further precaution against flying debris.
If the procedure is known to generate corrosive vapors, select a pump that can withstand those vapors. Ensure the pump is clean and free from corrosion. For oil pumps, check the oil level and change the oil periodically.
Ensure the pump is level and balanced. Connect the pump outlet to the fume hood exhaust. Securely place tubing inside the hood to prevent the release of chemicals. Ensure all tubing is unrestricted, and that there are no leaks, especially near the flanges.
Now that the vacuum pump is set up, let’s examine safety considerations during and after pump operation.
Connect the pump inlet to the glassware via a cold trap. A cold trap is a glass container that protects the pump by freezing volatile organics evacuated from the apparatus.
During the procedure, the cold trap is submerged in dry ice or a Dewar of liquid nitrogen. Use cryogenic protective equipment when handling these coolants.
A potential hazard is the condensation of oxygen in the cold trap to yield highly explosive liquid nitrogen. To prevent its formation, 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.
Check the cold trap for condensed solvents and liquid oxygen regularly. If necessary empty the cold trap to prevent solvents entering the tubing and vacuum pump. If liquid oxygen, a light blue fluid, is visible, terminate the procedure and call for assistance, but do not stop the vacuum or remove the liquid nitrogen.
Once the procedure is complete, withdraw the cold trap from the coolant and then switch off the pump. Bleed the vacuum lines slowly before disconnecting the cold trap and pump, to prevent sudden pressurization.
You’ve just watched JoVE’s introduction to lab safety for vacuum-based equipment. You should now be familiar with different types of vacuum pumps, their potential hazards, and precautions to be observed to ensure safe operation. As always, thanks for watching!
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