在實(shí)驗(yàn)室日常使用真空泵的一些應(yīng)用中,可能會(huì)抽吸到酸堿、有機(jī)、強(qiáng)氧化等腐蝕性氣體。如果使用普通的真空泵去抽吸上述這些氣體,真空泵的零部件,包括但不限于密封圈、管接頭、氣路管道、進(jìn)出氣閥片等均會(huì)受到腐蝕,日積月累,上述零部件會(huì)出現(xiàn)老化、變形、開裂,嚴(yán)重的直接腐蝕溶解。此時(shí)真空泵會(huì)出現(xiàn)吸力不足、抽速變慢、卡頓、時(shí)而可以啟動(dòng)時(shí)而啟動(dòng)不了,甚至無法開機(jī)運(yùn)行的現(xiàn)象。這主要是因?yàn)槠胀ㄕ婵毡脽o論是在零部件的選材以及設(shè)計(jì)上面,只能滿足一般抽真空的需要,并非出于防腐蝕的考慮。例如常見的會(huì)使用金屬材質(zhì)如銅、鑄鐵用于氣路和管接頭的制造,使用橡膠或尼龍制作進(jìn)出氣閥片。
為了滿足實(shí)驗(yàn)室種一些需要抽吸腐蝕氣體的應(yīng)用,目前市場(chǎng)上出現(xiàn)了耐化學(xué)腐蝕的真空泵產(chǎn)品,例如圣斯特生物CH系列耐腐蝕無油隔膜真空泵。其和普通真空泵的最大區(qū)別在于采用了聚四氟乙烯材質(zhì)來作為真空泵的主體材料。聚四氟乙烯材料通常也被簡(jiǎn)稱為PTFE,俗稱“塑料王"。它是一種具有特殊化學(xué)結(jié)構(gòu)和優(yōu)異性能的塑料材料,對(duì)幾乎所有化學(xué)物質(zhì)都具有抵抗性,能與酸、堿、溶劑等多種化學(xué)物質(zhì)相兼容,同時(shí)還有很好的耐氧化性,能夠長(zhǎng)期抵抗氧化分解。由于PTFE的耐腐蝕性能出色,所以被廣泛應(yīng)用于化工設(shè)備、管道、閥門等應(yīng)用中。
除了在材料上運(yùn)用了防腐蝕的聚四氟乙烯PTFE材質(zhì)外,耐腐蝕無油隔膜真空泵還采用了隔膜結(jié)構(gòu),當(dāng)電機(jī)工作時(shí),通過機(jī)械連桿來驅(qū)動(dòng)泵內(nèi)的隔膜進(jìn)行上下的往復(fù)運(yùn)動(dòng),使泵頭內(nèi)部的壓縮腔和吸氣腔交替變化。當(dāng)隔膜運(yùn)動(dòng)到吸氣腔時(shí),隨著吸氣腔的容積擴(kuò)大,壓強(qiáng)變低,致使吸氣閥門打開,吸入氣體;當(dāng)隔膜運(yùn)動(dòng)到壓縮腔時(shí),隨著壓縮腔容積的變小,壓強(qiáng)升高,使壓縮閥門打開,再將氣體壓縮排出。如此反復(fù)進(jìn)行,實(shí)現(xiàn)氣體的抽吸。這種結(jié)構(gòu)再搭配高精度的模具,使整套真空泵密封性表現(xiàn)良好,抽吸腐蝕性氣體時(shí)不會(huì)讓他們從機(jī)體內(nèi)部外泄出來,更加安全。
除了主體材料和結(jié)構(gòu)上滿足耐腐蝕需要外,外殼和電源的防腐蝕處理是往往最容易被忽視的。如果外殼沒有進(jìn)行仿佛是處理,那么機(jī)體外殼就會(huì)出現(xiàn)開裂、生銹等問題,也會(huì)影響到設(shè)備使用,所以我們使用了防腐蝕噴漆來進(jìn)行表面處理。而電源開關(guān)則特別設(shè)計(jì)了防腐蝕保護(hù)套,可以避免使用者穿戴附著溶劑的手套去開關(guān)電源時(shí),溶劑進(jìn)入機(jī)體內(nèi)造成的損壞。
在了解完防腐蝕隔膜真空泵的構(gòu)造和防腐蝕原理后,我們?cè)谶M(jìn)一步觀察哪些應(yīng)用需要使用到防腐蝕設(shè)計(jì)的真空泵:
●真空過濾,尤其是緩沖液、色譜流動(dòng)相試劑、有機(jī)溶劑等各種化學(xué)腐蝕強(qiáng)的液體——
諸如緩沖液、色譜流動(dòng)相試劑、電解液、氫氟酸、磷酸、纖維檢測(cè)過濾等,這些過濾應(yīng)用中,樣品都會(huì)產(chǎn)生揮發(fā)性的氣體吸入真空泵內(nèi),且腐蝕較強(qiáng),會(huì)對(duì)普通零部件造成損壞。除了真空泵需要使用耐腐蝕機(jī)型外,在過濾氫氟酸、磷酸等樣品時(shí),還應(yīng)當(dāng)注意過濾瓶的材質(zhì),因?yàn)橐话愠S貌AР馁|(zhì)也無法耐受。如CH300PA是專門用于過濾上述樣品的過濾裝置,除了真空泵和氣體接觸部分全部為PTFE聚四氟乙烯材質(zhì)外,過濾瓶為特殊樹脂材料制成,可以耐受上述樣品。
●包括旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在內(nèi)的減壓蒸餾應(yīng)用——
此類應(yīng)用中最典型的就是使用真空泵搭配旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀,是一種用來蒸發(fā)并回收有機(jī)溶劑的裝置。真空泵在其中的作用就是降低蒸餾裝置系統(tǒng)的壓力,壓力降低真空度升高,可以使得沸點(diǎn)也相應(yīng)降低,減少蒸餾的時(shí)間。由于需要加熱使溶劑蒸發(fā),所以過程中會(huì)產(chǎn)生大量的腐蝕氣體。如果真空泵零部件為普通材料,會(huì)很快腐蝕,嚴(yán)重的情況會(huì)使電機(jī)生銹卡死。除了需要配耐腐蝕機(jī)型外,還需要注意真空度符合實(shí)驗(yàn)溶劑的蒸餾要求。此外最好選用帶有緩沖瓶的型號(hào),如CH411旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀用隔膜真空泵,在進(jìn)氣口和出氣口都配有緩沖瓶,可以用于收集沒有及時(shí)冷凝的溶劑。
●離心濃縮機(jī)——
離心機(jī)產(chǎn)生的離心力使溶液中的顆粒或溶質(zhì)向離心管底部沉淀,在離心管底部形成一個(gè)濃縮區(qū)域。同時(shí)通過真空泵吸出離心杯內(nèi)的空氣,達(dá)到一定的真空度,使離心管底部的溶液快速蒸發(fā)。由于蒸發(fā)的樣品也帶有容積,所以也需要使用防腐蝕的機(jī)型。
●真空干燥箱——
如果干燥的樣品經(jīng)烘箱加熱后,會(huì)產(chǎn)生揮發(fā)性的有機(jī)、腐蝕性氣體,那么就需要真空泵能夠耐受這些吸入的氣體。同時(shí)干燥箱根據(jù)實(shí)際需要會(huì)有多種不同容量大小規(guī)格可以提供,且干燥的效果和真空度密切相關(guān),所以搭配真空干燥箱的真空泵,需要同時(shí)滿足耐腐蝕、高真空、抽速和箱容量匹配三點(diǎn)要求。例如CH610無油隔膜真空泵真空度為7mbar,抽速為33L/Min,該抽速適配容量35L以下的干燥箱。
●抽吸臭氧等強(qiáng)氧化的氣體——
雖然不具有酸堿腐蝕性,但是強(qiáng)氧化性會(huì)使得大量使用金屬部件的真空泵生銹、故障。如前文所述,PTFE材質(zhì)具有很好的耐氧化性,能夠長(zhǎng)期抵抗氧化分解。