Máy cô quay chân không là gì?
Máy cô quay chân không là thiết bị được sử dụng trong các phòng thí nghiệm hóa học. Hệ thống cô quay bay hơi được phát minh bởi Lyman C. Craig và được thương mại hóa lần đầu tiên bởi công ty Buchi của Thụy Sĩ vào năm 1957.
Hệ thống này bao gồm bình thắt cô quay bay hơi, giúp tăng diện tích của bể ổn nhiệt ở điều kiện hút chân không nhằm nung nóng hoặc bay hơi và thu hồi sản phẩm tách chiết.
Quá trình bay hơi được sử dụng rộng rãi trong việc kết tinh hóa, cô đặc sản phẩm, làm khô bột, tách dung môi, tách chiết,… Trong phòng thí nghiệm và công nghiệp, máy cô quay được sử dụng thường có dung tích khoảng vài chục lít.
Ngoài ra, máy cô quay chân không còn được sử dụng trong hoạt động ẩm thực ở các bước sơ chế để chưng cất và chiết tách.
Cấu tạo
Các bộ phận chính của một máy cô quay chân không bao gồm:
1.Một mô-tơ dùng để quay bình cô quay-bình chứa mẫu vật
2.Một ống dẫn hơi nước, là trục xoay mẫu, và một ống dẫn chân không nhằm dẫn hơi đang được loại bỏ ra khỏi mẫu.
3.Một hệ thống chân không, dùng để điều chỉnh áp suất bên trong hệ thống bay hơi.
4.Một nồi nước ấm chất lỏng ( thường dùng là nước) dùng để cung cấp nhiệt cho bình cô quay chứa mẫu vật
5.Một thiết bị làm lạnh với thiết kế dạng ống xoắn ruột gà chứa môi chất làm lạnh hay còn gọi là “ ruột gà lạnh”. Bên trong thiết bị này có chứa môi chất làm lạnh như đá khô hay aceton dùng để ngưng tự dòng hơi dung môi cần loại bỏ.
6.Một bình ngưng thu- bình dùng để thu hồi dung môi sau khi nó được ngưng tụ lại, ống được thiết kế nằm ngay dưới thiết bị làm lạnh.
7.Một cơ chế cơ học để nhanh chóng nâng bình cô quay ra khỏi nồi nước ấm. Hệ thống chân không được ứng dụng vào thiết bị cô quay chân không được ứng dụng dễ dàng như một máy hút nước với ống hình chữ U được nhúng ngập trong bồn nước lạnh (cho dung môi không độc), hoặc như phức hệ như điều chỉnh hệ thống bơm chân không với ống hình chữ U đã được làm lạnh. Ống thủy tinh được sử dụng trong dòng hơi và thiết bị làm lạnh có thể được thiết kế đơn giản hay phức tạp, phụ thuộc vào mục đích của việc bay hơi ngưng tụ, và ý định hòa tan hợp chất.
Nguyên lý hoạt động
Như đã nói ở trên, công dụng của máy cô quay chân không là loại bỏ dung môi thông qua phương pháp bay hơi nên trong nguyên lí hoạt động của thiết bị này, nguyên tắc cơ bản chính là sự thay đổi nhiệt độ khi áp suất thay đổi để chất lỏng bay hơi và giữ lại phần chất cần cô đặc. Áp suất càng cao thì nhiệt độ sôi của chất lỏng cũng sẽ tăng theo và bay hơi. Quy trình hoạt động của máy cô quay chân không cụ thể như sau: Sau khi khởi động thiết bị, bình chứa mẫu dung dịch được đặt ngập trong bể gia nhiệt và chất lỏng trong đó sẽ tăng đến mức nhiệt độ cần thiết và bơm hút chân không thực hiện hút không khí khiến bình bị giảm áp suất. Khi áp suất của bình hạ khiến nhiệt độ sôi của dung dịch giảm. Khi nhiệt độ sôi thấp hơn nhiệt độ bể chứa, dung dịch sẽ sôi lên. Để nhiệt độ được phân bố đều và hạn chế hiện tượng bị tập trung cục bộ vào một vị trí, trong khi vận hành thì bình chứa mẫu sẽ luôn quay tròn đều nhằm gia tăng tối đa diện tích tiếp xúc. Dung môi cô đặc sẽ được chuyển đến bình chứa mẫu ở phía bên trái thiết bị.
Điểm thuận lợi chính của phương pháp cô quay bay hơi là:
1.Lực li tâm và lực ma sát xuất hiện ở giữa thành bình cô quay và dịch chiết đã hình thành nên một lớp dung môi ấm mỏng được trải mỏng, rộng lên mặt thành bình cô quay.
2.Lực được hình thành bởi sự quay tròn nén ép sự sôi xuất hiện. Sự kết hợp của cả ba đặc tính này và sự thuận tiện trong các máy cô quay hiện đại đã cho phép thực hiện nhanh chóng, bay hơi dung môi dễ dàng từ hầu hết mẫu vật, kể cả trong tay người không có kinh nghiệm sử dụng máy. Dung môi còn sót lại trong dịch chiết sau khi cô quay bay hơi thì cũng vẫn có thể loại bỏ bằng cách đặt mẫu dung dịch đó vào môi trường chân không thấp hơn, trong môi trường chân không cô lập với nhiệt độ môi trường xung quanh.
Tuy nhiên, điểm bất lợi lớn nhất của phương pháp này là bên cạnh tính chất mẫu duy nhất của nó, vẫn có khả năng một vài mẫu vật bị mất đi ngoài ý muốn như hiện tượng dính chùm, ví dụ: ethanol và nước có thể dẫn đến việc mất một phần dung môi mà có ý định được giữ lại. Ngay cả các chuyên gia kinh nghiệm cũng gặp rủi ro trong quá trình bay hơi dung môi, đặc biệt là các dung môi-hợp chất mong muốn loại bỏ và giữ lại bị dính chùm, mặc dù các chuyên gia đã lường trước rằng sẽ có hiện tượng dính chùm hay bọt khí, và đã cảnh báo cần tránh những hiện tượng này xảy ra. Cụ thể, hiện tượng dính chùm có thể ngăn chặn bằng cách hình thành các pha bay hơi đồng nhất, bằng cách điều chỉnh độ mạnh của chân không một cách từ từ (hoặc nhiệt cung cấp từ nồi nước nóng) đểđiều chỉnh tốc độ bay hơi, hoặc thêm hóa chất như boiling chíp (để hỗ trợ quá trình bay hơi) . Thiết bị bay hơi quay cũng có thể được trang bị đặc biệt và các mảng tụ phù hợp nhất để có thể tách chiết cả những mẫu khó tách nhất , bao gồm cả những mẫu có khuynh hướng tạo bọt hoặc lắc mạnh.
Xem thêm:
- Các máy móc ngành vật liệu gồm những thiết bị gì? Vật liệu mới phát triển trong công cuộc công nghệ 4.0?
- Kiểm tra điểm chớp cháy là gì? 6 Ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu và sản xuất
- Tủ sấy phòng thí nghiệm – Công dụng tủ sấy phòng thí nghiệm tủ sấy phòng thí nghiệm
- Phép Đo Quang Phổ Hấp Thụ Nguyên Tử Với Hiệu Ứng Zeeman Trực Tiếp – Ứng Dụng Đo Nồng Độ Benzen Trong Không Khí
- Phương Pháp Lọc Nước: Lắng Cặn – Đun Sôi – Clo Hoá – Làm Mềm Nước – UV – Siêu Lọc – RO – Chưng Cất – Ozone Hoá – Nano Bạc