Sistemas de vacío para entornos analíticos limpios y confiables
Las bombas de vacío desempeñan un papel fundamental en muchos tipos de instrumentos analíticos, ya que crean las condiciones de vacío correctas que se necesitan para realizar mediciones exactas, precisas y confiables. Las bombas de vacío extraen el aire y otros gases de las cámaras de los instrumentos y en la preparación de las muestras mediante la creación de un entorno de vacío que reduce la potencial interferencia de gases atmosféricos residuales. Esto permite detectar señales de las muestras más pequeñas, lo cual es crucial para la ejecución de una amplia gama de aplicaciones analíticas.
Existen varios tipos de bombas de vacío, que van desde paletas rotativas (RV y E2M), bombas de desplazamiento y bombas primarias de raíces de múltiples etapas (nXRi y nXLi) hasta bombas secundarias turbomoleculares y bombas iónicas de absorción, que se emplean en los instrumentos analíticos.
Las bombas primarias se descargan hasta la presión atmosférica y alcanzan presiones en los niveles de vacío bajo y medio; pueden usar aceite o ser en seco.
Las bombas secundarias, que logran niveles altos y ultraaltos de vacío, requieren una bomba primaria de respaldo. El tipo de bomba de vacío utilizada depende de los requisitos específicos de la aplicación analítica.
Todas nuestras bombas de vacío y sus controladores se desarrollan teniendo en mente a los principales fabricantes de equipos originales en el campo de los instrumentos analíticos.
En algunos casos, cuando una bomba estándar no se ajusta al espacio disponible o a los requisitos de rendimiento de su proceso, nuestro equipo de Desarrollo de Productos a Medida (BPD) elaborará una solución de vacío personalizada. Esta solución se diseña junto con usted, específicamente para su aplicación.
Sistemas de vacío para espectrometría de masas
La espectrometría de masas (MS, del inglés Mass Spectrometry) es una técnica científica utilizada para medir la masa y las cantidades relativas de átomos y moléculas en una muestra. Básicamente, se puede considerar como un analizador químico. En primer lugar, la muestra se debe “ionizar”, lo que se puede realizar mediante varias técnicas según el tipo de muestra. Luego, los iones se separan, otra vez mediante el uso del método más adecuado, de acuerdo con la proporción de masa respecto de la carga. Luego, se detectan y, por último, las señales se procesan para obtener el espectro de masa resultante.
La espectrometría de masas tiene una amplia gama de aplicaciones, incluidos los campos de la química, la biología, la ciencia medioambiental, la farmacología y la medicina. Se puede utilizar para identificar compuestos desconocidos, cuantificar las cantidades de compuestos específicos en una muestra y ayudar a determinar la estructura de moléculas complejas.
La exactitud y precisión de las determinaciones de la espectrometría de masas dependen de los niveles de vacío variables. Las bombas de vacío eliminan las moléculas de gas residuales, que podrían interferir en el proceso de determinación y, de esta forma, garantizan que el espectrómetro de masas funcione dentro de las condiciones de vacío deseadas.
Las tecnologías comunes de bomba de vacío para espectrometría de masas incluyen las siguientes:
Bombas de paletas rotativas (RV y E2M)
El mecanismo de una bomba de paletas rotativas (RVP, del inglés Rotary Vane Pump) con sellado de aceite consta de un conjunto de aspas deslizantes, que se encuentran en un rotor que gira excéntricamente dentro de una carcasa de estator cilíndrica. A medida que las aspas lubricadas con aceite giran con el rotor, la fuerza centrífuga las presiona hacia la pared de la carcasa del estator. Las aspas confinan el gas que ingresa a la bomba, el que se comprime en un volumen reducido hasta que llega a la salida de la bomba, donde se libera a la atmósfera. Se utilizan RVP de una o dos etapas, que proporcionan diferentes presiones finales.
Bombas de raíces de múltiples etapas (MSR) (nXRi y nXLi)
En su forma más simple, una bomba de MSR (del inglés Multistage Roots, raíces de múltiples etapas) es una bomba de raíces en seco que emplea dos rotores en “lóbulos” interconectados con rotación contraria, que giran dentro de una carcasa de estator de perfil emparejado. El gas ingresa a la bomba en seco a través de una brida de admisión ubicada en forma perpendicular a los rotores, luego se “aísla” entre los rotores que giran rápidamente (que giran en direcciones opuestas), se comprime y, luego, pasa a la siguiente etapa. La geometría de los rotores crea compresión y, por lo tanto, cada etapa produce una presión progresivamente mayor. Una bomba MSR emplea normalmente siete etapas de rotor en ejes compartidos, la etapa de escape de un conjunto se conecta a la etapa de admisión del siguiente, y así sucesivamente. Luego, el gas comprimido se expulsa a la atmósfera a través de la etapa de escape final.
Bombas de desplazamiento
Una bomba de desplazamiento en seco consta de dos geometrías de desplazamiento en forma de espiral enrolladas y unidas, dentro de una carcasa de vacío. Una forma de desplazamiento es fija, mientras que el otro desplazamiento en órbita se mueve excéntricamente sin girar, dentro del otro. El gas ingresa en el extremo abierto (exterior) de los espirales y, a medida que orbita uno de los espirales, se aísla una cantidad de gas entre los desplazamientos y se “comprime y transporta” entre las dos espirales. A medida que este “émbolo” aislado de gas se mueve hacia el centro del mecanismo, el volumen que ocupaba disminuye y, como consecuencia, esta cantidad de gas aislado se comprime continuamente hasta que, en el centro de la carcasa, se expulsa a la presión atmosférica a través de una válvula sin retorno.
Bombas turbomoleculares (TMP)
Estas bombas funcionan con aspas de turbina de muy alta velocidad de rotación (del orden de 1000 Hz) para extraer las moléculas de gas de la cámara de vacío del instrumento e introducirlas en la admisión de la bomba. Se utilizan ampliamente, ya que pueden crear un amplio rango de niveles de vacío requeridos, que oscilan entre 10-2 mbar y 10-10 mbar, para los diversos procesos empleados en un instrumento.
Soluciones de diseño personalizadas
Los fabricantes de equipos originales con frecuencia tienen requisitos específicos, en cuyos casos, el grupo de Desarrollo de Productos Personalizados (BPD) de Edwards codiseña una solución de vacío que se ajusta a las necesidades precisas del cliente.
Sistemas de vacío para microscopía electrónica
Los científicos que trabajan con microscopios de electrones identifican la escala más pequeña de materia en la Tierra y requieren bombas de vacío silenciosas, sin vibraciones y confiables.
Los microscopios de electrones (EM, del inglés Electron Microscopes) emplean una variedad de niveles de vacío en su interior para lograr su rendimiento deseado. En el caso del cañón de electrones en la “fuente”, se requiere un ambiente de UHV para evitar daños a la fuente de electrones. Esto también permite que el haz de electrones se desplace desde la fuente, a través de la columna de electrones y sobre la muestra, sin que las moléculas de gas residuales lo dispersen ni absorban. Luego, el haz de electrones interactúa con la muestra, lo que crea señales que se detectan y se utilizan para producir una imagen.
Para obtener imágenes de alta resolución, el vacío en la cámara del microscopio debe ser de calidad alta y uniforme, incluidas las condiciones de UHV en algunos casos, lo que requiere el uso de bombas de vacío.
En la microscopía electrónica se utilizan diversas tecnologías de bombas de vacío; las más comunes son las siguientes:
- Bombas de paletas rotativas
- Bombas de diafragma
- Bombas de desplazamiento
- Bombas turbomoleculares
- y bombas de iones.
Dependiendo del lugar del microscopio en el que se utilice la bomba de vacío, la vibración de la bomba debe reducirse al mínimo para evitar perturbaciones en la imagen. En determinadas configuraciones de microscopio electrónico (microscopio electrónico de escaneo ambiental), las bombas deben ser capaces de bombear continuamente un entorno de vapor de agua a un nivel de ~10 mbar.
Mediante la línea Gamma Vacuum, ahora ofrecemos bombas de iones, de sublimación de titanio y captadoras sin evaporación para complementar nuestras bombas mecánicas. Así completamos nuestra gama de productos para ofrecer presiones de trabajo desde atmosféricas hasta UHV, lo que nos permite ofrecer una solución de vacío realmente completa.
Bombas de iones de captura (IGP)
Dependiendo de la cantidad y los tipos de gases presentes, las bombas de iones de captura (IGP, del inglés Ion Getter Pumps) pueden generar vacíos de entre 10-6 y 10-12 mbar. En los microscopios electrónicos, se suelen utilizar en la columna de electrones, en la que, al carecer de piezas mecánicas móviles, pueden generar condiciones UHV sin vibraciones.
Deben reducirse a niveles de vacío elevados antes de encenderse. Para ello se suele utilizar una bomba turbomolecular en conjunto con una bomba de respaldo (de diafragma, desplazamiento o de paletas rotativas).
Una vez alcanzado el nivel de vacío deseado (normalmente 10-6 mbar o menos), se puede encender la IGP.
Las bombas de vacío IGP están disponibles en tres tipos básicos:
Las tres variantes constan de una cámara de vacío, cuyo tamaño varía en función de la velocidad de la bomba, una brida Conflat y un alimentador de alto voltaje. Externamente tienen un par de placas magnéticas de ferrita unidas por un yugo que produce un campo magnético del orden de 0,12 T.
Bombas de diodos convencionales (CV)
La bomba de velocidad constante se adapta mejor a aplicaciones que requieren el bombeo de gases reactivos (como oxígeno, hidrógeno, hidrocarburos, nitrógeno y vapor de agua, etc.). En su interior, esta bomba contiene un par de placas de cátodo de titanio conectadas a una puesta a tierra que “enclava” una serie de tubos de ánodo de acero inoxidable aislados eléctricamente. Se aplica un alto voltaje, normalmente de 7 kV, a los tubos del ánodo, lo que hace que se emitan electrones libres. Estos electrones se desplazan en movimiento espiral (a causa del campo magnético) y, finalmente, pueden golpear una molécula de gas para liberar un electrón y, así, crear un ion con carga positiva. Luego, este ion es repelido por los tubos de ánodo con carga positiva y es atraído hacia la placa de cátodo conectada a tierra, cuya superficie impacta a alta velocidad y donde ocurre una reacción química con la placa de cátodo de titanio. También se inicia la pulverización de titanio, lo que forma una capa activa de bombeo de captura de titanio.
Bomba de iones diferenciales (ID) o diodo noble
La bomba de captura de DI tiene capacidades superiores de bombeo de gases nobles, pero, como resultado, pierde un poco de bombeo de gas reactivo. Las placas de titanio se reemplazan por tantalio. Las moléculas de gas se ionizan nuevamente mediante el bombardeo de electrones, pero, cuando aceleran y golpean las placas del ánodo de tantalio, se reflejan como neutros de alta energía, que luego se mezclan en las superficies y, por último, se bombean con tantalio pulverizado.
Bomba de triodo
La bomba de vacío de triodo tiene una estructura ligeramente diferente. Aquí, los tubos están conectados a tierra y las placas de cátodo se reemplazan por bandas de titanio de ánodo en un potencial de alto voltaje negativo. Los iones se generan de la forma habitual y se aceleran en dirección a estas bandas, en las que impactan y se liberan como neutros de alta energía, para, por último, incrustarse en las paredes de la cámara y ser bombeados con titanio pulverizado. Las bandas de titanio tienen bordes afilados y, dado que tienen un alto potencial negativo, son propensas a desarrollar “hebras”, que pueden “destellar” periódicamente y causar cierta inestabilidad eléctrica con el tiempo.
Sistemas de vacío para cámaras estancas con guantes
Las cámaras estancas con guantes son espacios de trabajo cerrados para manipular materiales completamente aislados, libres de oxígeno o humedad. Para lograr este aislamiento, las bombas de vacío evacuan el aire residual ambiental de la cámara estanca con guantes, el que luego se purga con un gas inerte, como nitrógeno o argón, y se sella. El entorno de baja presión creado por la bomba de vacío evita que la atmósfera externa ingrese a la cámara estanca con guantes.
Hay varios tipos diferentes de bombas de vacío que se pueden utilizar para las cámaras estancas con guantes, incluidas bombas de diafragma, bombas de paletas rotativas y bombas de desplazamiento. La elección de la bomba depende de las necesidades específicas de la aplicación, como la velocidad de flujo de gas, el nivel de vacío y los requisitos de mantenimiento.
Sistemas de vacío para difracción de rayos X (XRD)
La XRD (del inglés X-Ray Diffraction, difracción de rayos X) es una técnica utilizada para analizar la estructura de los materiales mediante el examen de la forma en que interactúan con los rayos X. Cuando los rayos X se dirigen a una muestra, se difractan en un patrón específico que se puede analizar para determinar la estructura cristalina de la muestra.
Se utiliza vacío en XRD para eliminar las moléculas atmosféricas, que pueden dispersar y absorber los rayos X, lo que produce relaciones de señal a ruido reducidas y datos menos exactos. Con la eliminación de las moléculas de aire y la creación de vacío, los rayos X pueden interactuar con la muestra sin interferencias, lo que da como resultado datos de mejor calidad.
También se utiliza vacío en la XRD para reducir la contaminación de la muestra. Cuando la muestra se expone al aire, puede contaminarse con polvo, vapor de agua y otras partículas transportadas por el aire, que pueden interferir en el patrón de difracción. Con el uso de vacío, la muestra se protege de estos contaminantes, lo que da como resultado un análisis más exacto.
Con el fin de crear vacío en un instrumento de XRD, se utiliza una bomba de vacío para eliminar las moléculas de aire de la cámara de muestra. Se pueden utilizar diferentes tipos de bombas de vacío, como bombas de paletas rotativas, bombas de diafragma y bombas turbomoleculares, según los requisitos específicos del instrumento y la muestra que se está analizando.
