Vakuové systémy pro čistá a spolehlivá analytická prostředí
Vývěvy hrají klíčovou roli v mnoha typech analytických přístrojů, protože vytvářejí správné vakuové podmínky, které jsou nezbytné pro přesná a spolehlivá měření. Vývěvy odstraňují vzduch a jiné plyny z komor přístrojů a při přípravě vzorků, a to vytvořením vakuového prostředí, které snižuje potenciální rušení vlivem zbytkových atmosférických plynů. To umožňuje detekci signálů i z těch nejmenších vzorků, což je klíčové pro výkonnost širokého spektra analytických aplikací.
Existuje několik typů vývěv, od rotačních lamelových (RV a E2M), spirálových a vícestupňových Rootsových primárních vývěv (nXRi a nXLi) až k sekundárním vývěvám turbomolekulárním a ionizačním getrovým, které se používají v analytických přístrojích.
Primární vývěvy pracují od atmosférického tlaku a dosahují tlaků na úrovních nízkého až středního vakua; mohou používat olej nebo mohou být „suchoběžné“.
Sekundární vývěvy, které dosahují úrovní vysokého až velmi vysokého vakua, vyžadují podpůrnou primární vývěvu. Typ použité vývěvy závisí na konkrétních požadavcích analytické aplikace.
Všechny naše vývěvy a jejich řídicí jednotky jsou vyvinuty ve spolupráci s předními výrobci OEM působícími v oboru analytických přístrojů.
V některých případech, pokud sériová vývěva nevyhovuje dostupnému prostoru nebo výkonnostním požadavkům vašeho procesu, náš tým pro „vývoj produktů na míru“ (BPD neboli Bespoke Product Development) vyvine přizpůsobené řešení vakua. To bude zkonstruováno ve spolupráci s vámi, speciálně pro vaši aplikaci.
Vakuové systémy pro hmotnostní spektrometrii
Hmotnostní spektrometrie (MS) je vědecká technika používaná k měření hmotnosti a relativního množství atomů a molekul ve vzorku. V podstatě ji lze považovat za chemický analyzátor. Vzorek musí být nejprve „ionizován“, což lze provést různými technikami v závislosti na typu vzorku. Ionty se pak opět oddělí pomocí nejvhodnější metody podle jejich poměru hmotnosti k náboji. Poté jsou detekovány a proběhne závěrečné zpracování signálů, aby poskytly výsledné hmotnostní spektrum.
Hmotnostní spektrometrie zasahuje do široké škály oborů, včetně oborů, jako je chemie, biologie, věda o životním prostředí, farmakologie a medicína. Lze ji využít k identifikaci neznámých sloučenin, ke kvantifikaci množství specifických sloučenin ve vzorku a ke stanovení struktury komplexních molekul.
Přesnost měření hmotnostní spektrometrie závisí na různých úrovních vakua. Vývěvy odstraňují zbytkové molekuly plynu, které by mohly narušovat proces měření, a zajišťují tak provoz hmotnostního spektrometru v požadovaných podmínkách vakua.
Mezi běžné technologie vývěv pro hmotnostní spektrometrii patří:
Rotační lamelové vývěvy (RV a E2M)
Mechanismus rotačních olejových lamelových vývěv (RVP) se skládá ze sady posuvných šoupátek umístěných v rotoru, který se otáčí excentricky uvnitř válcového statoru. Když se olejem mazaná šoupátka otáčejí s rotorem, odstředivá síla je tlačí na stěnu statoru odstředivou silou. Plyn vstupující do vývěvy je oddělen a následně stlačen, dokud nedosáhne výstupu vývěvy, odkud je vyfouknutý do atmosféry. Používají se jednostupňové nebo dvoustupňové jednotky RVP, které poskytují různé mezní tlaky.
Vícestupňové Rootsovy vývěvy (MSR) (nXRi a nXLi)
Ve své nejjednodušší podobě je vývěva MSR (Multi stage Roots) suchoběžnou Rootsovou vývěvou, která využívá dva propojené rotory „s lalokem“ rotující proti sobě uvnitř statoru s odpovídajícím profilem. Plyn vstupuje do suchoběžné vývěvy přes vstupní přírubu umístěnou kolmo k rotorům a je pak „izolován“ mezi rychle rotujícími rotory (které se otáčejí v protisměru), je stlačen a následně přiváděn do další fáze. Geometrie rotorů vytváří kompresi, v každém stupni se tudíž vytváří vyšší tlak než v předchozím. Vývěva MSR používá obvykle sedm stupňů na sdílených hřídelích, přičemž výfuk jednoho stupně je přopojen s vstupem do dalšího stupně a tak dále. Stlačený plyn se poté vytlačí do atmosféry závěrečným výfukovým stupněm.
Spirálové vývěvy
Suchoběžná spirálová vývěva se skládá ze dvou společně vinutých spirálových geometrií, které jsou uloženy v vakuovém plášti. Jeden spirála je pevná, zatímco druhá obíhající spirála se pohybuje excentricky uvnitř té druhé bez toho, že by se otáčela. Plyn vstupuje do (vnějšího) otevřeného konce spirál a při oběhu pohybující se spirály je mezi spirálami izolováno jisté množství plynu, to je pak „stlačeno a přepravováno“ mezi dvěma spirálami. Jelikož se tento izolovaný „šnek“ plynu pohybuje směrem ke středu mechanismu, snižuje se objem odděleného plynu, a tento objem plynu je neustále stlačován, dokud se ve středu spirály nedostane přes zpětný ventil ven do atmosférického tlaku.
Turbomolekulární vývěvy (TMP)
Tyto vývěvy fungují s použitím lopatek turbíny s velmi vysokými otáčkami (v řádu 1 000 Hz), která odstraňuje molekuly plynu z vakuové komory přístroje přes vstupní přírubu vývěvy. Používají se ve velké míře, protože jsou schopny vytvářet širokou škálu požadovaných úrovní vakua v rozsahu od 10-2 do 10-10 mbar pro různé procesy používané v přístroji.
Řešení podle konkrétních potřeb
Výrobci OEM mají často specifické požadavky; v takovém případě skupina společnosti Edwards pro vývoj produktů na míru – BPD neboli Bespoke Product Development – navrhne a zkonstruuje společně s výrobcem OEM řešení vakua, které přesně odpovídá potřebám zákazníka.
Vakuové systémy pro elektronovou mikroskopii
Vědci pracující s elektronovými mikroskopy identifikují nejmenší množství hmoty na Zemi a vyžadují tiché a spolehlivé vývěvy bez vibrací.
Elektronové mikroskopy (EM) využívají řadu úrovní vakua, aby dosáhly požadovaného výkonu. V případě elektronového děla, tedy „zdroji“ elektronů je nutné prostředí UHV, aby se zabránilo poškození zdroje elektronů. To také umožňuje svazku elektronů cestovat ze zdroje, přes elektronovou kolonu a do vzorku, aniž by byl svazek rozptýlen nebo absorbován molekulami zbytkového plynu. Svazek elektronů pak interaguje se vzorkem a vytváří signály, které jsou detekovány a použity k vytvoření obrazu.
Aby bylo možné dosáhnout obrazu s vysokým rozlišením, musí mít vakuum v komoře mikroskopu vysokou a konzistentní kvalitu, včetně podmínek UHV v některých případech, což vyžaduje použití vývěv.
V elektronové mikroskopii se používají různé technologie vakuových vývěv; nejčastěji se jedná o:
V závislosti na tom, kde se v mikroskopu vývěva používá, musí být minimalizovány vibrace z vývěvy, aby se zabránilo rušení obrazu. U některých konfigurací EM (Environmental Scanning – skenování v přirozeném prostředí) musí být vývěvy schopny nepřetržitě čerpat vodní páry v prostředí na úrovni ~10 mbar.
Prostřednictvím značky Gamma Vacuum nabízíme ionizační, titanové sublimační vývěvy a vývěvy s neodpařovaným getrem, které doplňují naše mechanické vývěvy. Tím je završena naše nabídka produktů, které poskytují pracovní tlaky od atmosférického po UHV a umožňují nám nabízet skutečně kompletní vakuové řešení.
Vývěvy s ionizačním getrem (IGP)
V závislosti na množství a typu přítomných plynů mohou vývěvy IGP generovat vakua v rozsahu od 10-6 do 10-12 mbar. V elektronových mikroskopech se obvykle používají na elektronové koloně, tím, že neobsahují pohyblivé součásti, se dosahuje bezvibračního UHV prostředí.
Před zapnutím je nutné provést snížení na úroveň vysokého vakua. Toho se obvykle dosahuje pomocí turbomolekulární vývěvy v kombinaci s předčerpávací vývěvou (membránovou, spirálovou nebo rotační lamelovou).
Po dosažení požadované úrovně podtlaku (obvykle 10-6 mbar nebo méně) lze zapnout vývěvu IGP.
Vývěvy IGP jsou k dispozici ve třech základních typech:
Všechny tři varianty se skládají z vakuové komory, která se liší velikostí podle velikosti vývěvy, z příruby ConFlat a vysokonapěťové průchodky. Vně je dvojice feritových magnetických desek spojených třmenem, které vytváří magnetické pole v řádu 0,12 T.
Vývěvy s konvenční diodou (CV)
Vývěva CV je nejvhodnější pro aplikace vyžadující čerpání reaktivních plynů (např. kyslíku, vodíku, uhlovodíků, dusíku, vodních par atd.). Uvnitř obsahuje dvojici titanových katodových desek, které jsou udržovány na zemnicím potenciálu, mezi nimiž v „sendvičové konfiguraci“ ja pole elektricky izolovaných anodových trubic z nerezové oceli. Vysoké napětí, obvykle 7 kV, je aplikováno na anodové trubice, což způsobuje emitování volných elektronů. Tyto elektrony se pohybují ve spirále (což je způsobeno vnějším magnetickým polem). Při pohybu mohou narazit na molekulu plynu a při nárazu vytvořit kladně nabitý iont. Tento iont je poté odpuzován kladně nabitými anodovými trubicemi a přitahován k uzemněné katodové desce; tam dopadne na povrch při vysoké rychlosti, přičemž dochází k chemické reakci s titanovou katodovou deskou. Dejde také rozprašovaní titanu, které tvoří aktivní getrovou čerpací vrstvu titanu.
Vývěvy s diferenciální iontovou diodou (DI) nebo vzácnou diodou
Getrová vývěva DI má vynikající schopnosti čerpání vzácných plynů, ale v důsledku toho ztrácí určitou míru čerpání reaktivního plynu. Titanové desky jsou nahrazeny tantalovými. Molekuly plynu jsou opět ionizovány elektronovým bombardováním, ale když zrychlí a zasáhnou tantalové anodové desky, odrazí se jako vysokoenergetické neutrální částice, které po odrazu dopadnou na rozprášený tantalový povrch, kde jsou tímto rozprašovaným tantalem pohlcené.
Vývěva s triodou
Vývěva typu trioda má trochu odlišnou konstrukci. Zde jsou trubky uzemněné a katodové desky jsou nahrazeny titanovými pásy anody s negativním vysokým napětím. Ionty jsou generovány obvyklým způsobem a jsou urychlovány směrem k těmto pásům, odkud se po dopadu uvolní se jako vysokoenergetické neutrální molekuly, nakonec přilnou ke stěnám komory a jsou getrem přečerpány rozprašovaným titanem. Titanové pásy mají ostré hrany a jelikož mají vysoký negativní potenciál, jsou náchylné ke vzniku hrotů „whiskers“, které mohou pravidelně „zablesknout“ a časem způsobit určitou elektrickou nestabilitu.
Vakuové systémy pro rukavicové boxy
Rukavicové boxy jsou uzavřené pracovní prostory určené pro manipulaci s materiály v úplné izolaci bez obsahu kyslíku nebo vlhkosti. K dosažení této izolace odvádějí vývěvy z rukavicového boxu zbytkový okolní vzduch, který je poté pročištěn inertním plynem, například dusíkem nebo argonem, a utěsněn. Nízkotlaké prostředí vytvořené vývěvou brání vstupu vnějšího ovzduší do rukavicového boxu.
Pro rukavicové boxy lze použít několik různých typů vývěv, včetně membránových vývěv, rotačních lamelových vývěv a spirálových vývěv. Volba vývěvy závisí na konkrétních potřebách aplikace, jako jsou průtoky plynu, úroveň vakua a požadavky na údržbu.
Vakuové systémy pro rentgenovou difrakci (XRD)
XRD neboli X-Ray Diffraction je technika používaná k analýze struktury materiálů zkoumáním jejich interakce s rentgenovými paprsky. Když jsou rentgenové paprsky nasměrovány na vzorek, rozptýlí se v závislosti na krystalové struktuře, což lze použít k analyze krystalické struktury vzorku.
Vakuum se v XRD používá k odstranění molekul atmosféry, které by jinak rozptylovaly a absorbovaly rentgenové paprsky, což by vedlo ke snížení poměrů signálu k šumu a méně přesným výsledkům. Odstraněním molekul vzduchu a vytvořením vakua mohou rentgenové paprsky interagovat se vzorkem bez rušení, což vede k lepší kvalitě dat.
Vakuum se v XRD také používá ke snížení kontaminace vzorku. Když je vzorek vystaven působení vzduchu, může se kontaminovat prachem, vodní párou a dalšími částicemi ze vzduchu, které mohou narušovat difrakční vzorec. Pomocí vakua je vzorek chráněn před těmito kontaminanty, což vede k přesnější analýze.
K vytvoření vakua v přístroji XRD slouží vývěva, která odstraní molekuly vzduchu z komory vzorku. V závislosti na specifických požadavcích přístroje a analyzovaného vzorku lze použít různé typy vývěv, jako jsou rotační lamelové vývěvy, membránové vývěvy a turbomolekulární vývěvy.
