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Systèmes de vide pour des environnements analytiques propres et fiables

Les pompes à vide jouent un rôle crucial pour de nombreux types d'instruments analytiques en créant les conditions de vide appropriées nécessaires pour des obtenir mesures exactes, précises et fiables. Les pompes à vide éliminent l'air et les autres gaz des chambres d'instruments et lors de la préparation d'échantillons, elles créent un environnement de vide qui réduit les interférences potentielles des gaz atmosphériques résiduels. Des signaux peuvent ainsi être détectés à partir des plus petits échantillons, ce qui est crucial pour un grand nombre d'applications analytiques du point de vue des performances. 

Il existe plusieurs types de pompes à vide, des pompes à palettes rotatives (RV et E2M), pompes à spirale et pompes primaires Roots multi-étagées (nXRi et nXLi) aux pompes secondaires turbomoléculaires et pompes ioniques à piégeur utilisées dans les instruments analytiques.

Deux scientifiques travaillant dans un laboratoire


Les pompes primaires refoulent à la pression atmosphérique et atteignent des pressions dans les niveaux de vide bas et moyen. En outre, elles peuvent utiliser de l'huile ou être « sèches ».
Les pompes secondaires, qui atteignent des niveaux de vide poussés et ultra poussés, nécessitent une pompe primaire de support. Le type de pompe à vide utilisé dépend des exigences spécifiques de l'application analytique. 

Toutes nos pompes à vide et les contrôleurs correspondants sont développés en prenant en compte des besoins des principaux OEM du domaine des instruments analytiques. Dans certains cas, lorsqu'une pompe prête à l'emploi ne correspond pas à l'espace disponible ou aux exigences de performances de votre procédé, notre équipe de « développement de produits sur mesure » (BPD) développera une solution de vide personnalisée. Cette solution est ainsi conçue avec vous, spécifiquement pour votre application. 

Systèmes de vide pour la spectrométrie de masse

La spectrométrie de masse (MS) est une technique scientifique utilisée pour mesurer la masse et les quantités relatives d'atomes et de molécules dans un échantillon. En substance, elle peut être considérée comme un analyseur chimique. Tout d'abord, l'échantillon doit être « ionisé » via différentes techniques en fonction du type d'échantillon. Les ions sont ensuite séparés, toujours par la méthode la plus appropriée, en fonction de leur rapport masse/charge. Ils sont ensuite détectés et les signaux sont finalement traités pour donner le spectre de masse correspondant. 

La spectrométrie de masse a un large éventail d'applications, notamment dans les domaines de la chimie, de la biologie, de la science de l'environnement, de la pharmacologie et de la médecine. Elle peut aider à identifier des composés inconnus, à quantifier les quantités de composés spécifiques dans un échantillon et à déterminer la structure de molécules complexes.

L'exactitude et la précision des mesures par spectrométrie de masse dépendent des différents niveaux de vide. Les pompes à vide éliminent les molécules de gaz résiduelles qui peuvent interférer avec le processus de mesure et garantissent que le spectromètre de masse fonctionne dans les conditions de vide souhaitées.

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Les technologies de pompe à vide courantes pour la spectrométrie de masse comprennent :

Pompes à palettes rotatives (RV et E2M)

Le mécanisme d'une Pompe à palettes rotatives lubrifiées (RVP) se compose d'un ensemble de lames coulissantes maintenues dans un rotor qui tourne de manière excentrique dans un carter de stator cylindrique. Lorsque les lames lubrifiées tournent avec le rotor, la force centrifuge les presse sur la paroi du carter du stator. Le gaz entrant dans la pompe est confiné par les lames et comprimé dans un volume réduit jusqu'à ce qu'il atteigne la sortie de la pompe et qu'il soit évacué dans l'atmosphère. Des RVP mono ou bi-étagés sont utilisés et fournissent différentes pressions absolues.

Pompes Roots multi-étagées (MSR) (nXRi et nXLi)

Dans sa forme la plus simple, une pompe MSR est une pompe Roots sèche équipée de deux rotors à lobes interconnectés contrarotatifs qui tournent dans un carter de stator à profil adapté. Le gaz pénètre dans la pompe sèche par une bride d'entrée perpendiculaire aux rotors, puis est « isolé » entre les rotors à rotation rapide (qui tournent dans des directions opposées), comprimé et acheminé vers l'étage suivant. La géométrie des rotors crée une compression et, par conséquent, chaque étage produit une pression progressivement plus élevée. Une pompe MSR utilise généralement sept étages de rotor sur des arbres partagés, l'étage d'échappement d'un ensemble est connecté à l'étage d'entrée du suivant, etc. Le gaz comprimé est ensuite expulsé dans l'atmosphère via l'étage d'échappement final.

Pompes à spirales

Une pompe à spirale sèche se compose de deux spirales enroulées dans un carter sous vide. Une spirale est fixe tandis que l'autre se déplace de manière excentrique sans tourner dans l'autre. Le gaz pénètre dans l'extrémité ouverte (extérieure) des spirales et, du fait que l'une des spirales effectue un mouvement orbital, une quantité de gaz est isolée entre les spirales et est « comprimée et transportée » entre les deux spirales. Lorsque cette « goutte » isolée de gaz se déplace vers le centre du mécanisme, le volume occupé diminue et, par conséquent, cette quantité de gaz isolée est comprimée en continu jusqu'à ce qu'elle soit expulsée à la pression atmosphérique via un clapet anti-retour au centre du carter.

Pompes turbomoléculaires (TMP)

Ces pompes fonctionnent avec des lames de turbine à très grande vitesse de rotation (de l'ordre de 1 000 Hz) pour faire sortir les molécules de gaz de la chambre à vide de l'instrument et les guider dans l'entrée de la pompe. Elles sont fréquemment utilisées, car elles peuvent créer plusieurs niveaux de vide, allant de 10-2 à 10-10 mbar, lors des différents procédés dans un instrument.

Solutions sur mesure

Les OEM ont souvent des exigences spécifiques, auquel cas l'équipe de développement de produits sur mesure (BPD) d'Edwards co-conçoit une solution de vide qui répond exactement aux besoins du client.

Systèmes de vide pour la microscopie électronique

Les scientifiques qui travaillent avec des microscopes électroniques identifient la plus petite échelle de matière sur terre et ont besoin de pompes à vide silencieuses, sans vibrations et fiables. 

Les microscopes électroniques (EM) utilisent une gamme de niveaux de vide pour atteindre les performances souhaitées. Dans le cas du canon à électrons à la « source », un environnement UHV est nécessaire pour ne pas endommager la source d'électrons. En outre, le faisceau d'électrons peut se déplacer de la source, à travers la colonne d'électrons, vers l'échantillon sans être diffusé ou absorbé par des molécules de gaz résiduelles. Le faisceau d'électrons interagit ensuite avec l'échantillon, créant des signaux qui sont détectés puis utilisés pour produire une image. 

Pour obtenir des images haute résolution, le vide dans la chambre du microscope doit être de qualité élevée et constante, y compris dans certains cas dans des conditions UHV. Des pompes à vide sont alors nécessaires. 

Diverses technologies de pompe à vide sont utilisées en microscopie électronique. Le plus souvent, il s'agit de pompes à palettes rotatives, de pompes à membrane, de pompes à spirales, de pompes turbomoléculaires et de pompes ioniques. Selon l'emplacement de la pompe à vide dans le microscope, les vibrations de la pompe doivent être minimisées pour éviter toute perturbation de l'image. Dans certaines configurations d'EM (EM d'analyse environnementale), les pompes doivent être capables de pomper en continu un environnement de vapeur d'eau à un niveau d'environ 10 mbar. 

Un poste de travail avec microscope électronique

Grâce à la gamme Gamma Vacuum, nous proposons désormais des pompes ioniques, des pompes à sublimation de titane et des pompes à getter non évaporables en plus de nos pompes mécaniques. Nous étoffons ainsi notre gamme de produits afin de proposer des pressions de service et atmosphériques, mais aussi le vide très poussé (UHV), offrant ainsi une solution de vide véritablement complète. 

Les pompes à vide utilisées en microscopie électronique :

Pompes ioniques à piégeur (IGP)

Elles doivent être ramenées à des niveaux de vide poussés avant d'être mises sous tension. Pour ce faire, une pompe turbomoléculaire est généralement utilisée en combinaison avec une pompe de secours (membrane, spirale ou palette rotative). Une fois que le niveau de vide souhaité (généralement 10-6 mbar ou moins) est atteint, l'IGP peut être activée. Il existe trois types de base de pompes à vide IGP : la pompe à diodes conventionnelles (CV), la pompe à ions différentiels (DI) ou à diodes nobles et la pompe triode. Les trois variantes se composent d'une chambre à vide dont la taille varie en fonction de la vitesse de la pompe, d'une bride Conflat et d'un passage haute tension. A l'extérieur, elles sont dotées d'une paire de plaques magnétiques en ferrite reliées par une culasse qui produit un champ magnétique de l'ordre de 0,12 T.

La pompe CV est la mieux adaptée aux applications qui nécessitent le pompage de gaz réactifs (tels que l'oxygène, l'hydrogène, les hydrocarbures, l'azote, la vapeur d'eau, etc.). Elle contient une paire de plaques cathodiques en titane maintenues au potentiel de terre, qui « prennent en sandwich » une série de tubes anodiques en acier inoxydable isolés électriquement. Une haute tension, généralement de 7 kV, est appliquée aux tubes anodiques, ce qui provoque l'émission d'électrons libres. Ces électrons se déplacent en spirale (sous l'effet du champ magnétique) et peuvent finir par heurter une molécule de gaz en arrachant un électron, créant ainsi un ion chargé positivement. Cet ion est alors repoussé par les tubes anodiques chargés positivement et attiré vers la plaque cathodique mise à la terre où il percute la surface à grande vitesse et où une réaction chimique se produit avec la plaque cathodique en titane. La pulvérisation du titane est également initiée, ce qui forme une couche active de pompage de titane.

La pompe à getter DI possède des capacités supérieures de pompage des gaz nobles, mais elle perd en conséquence une partie du pompage des gaz réactifs. Les plaques en titane sont remplacées par des plaques en tantale. Les molécules de gaz sont à nouveau ionisées par bombardement d'électrons. Toutefois, lorsqu'elles accélèrent et frappent les plaques à anode au tantale, elles sont reflétées comme des neutres à haute énergie qui se combinent ensuite sur les surfaces et sont finalement pompées par le tantale pulvérisé.

La conception de la pompe à vide triode est légèrement différente : les tubes sont mis à la terre et les plaques cathodiques sont remplacées par des bandes de titane anodiques à un potentiel de haute tension négatif. Les ions sont générés de la manière habituelle puis accélèrent vers ces bandes où ils entrent en collision avant d'être libérés sous forme de neutres à haute énergie qui s'intègrent finalement dans les parois de la chambre et d'être pompés par du titane pulvérisé. Les bandes de titane ont des bords tranchants et, étant donné qu'elles présentent un potentiel négatif élevé, elles sont susceptibles de développer des « moustaches » qui peuvent « s'enflammer » périodiquement et provoquer une certaine instabilité électrique au fil du temps.

 

En fonction de la quantité et du type de gaz présents, les IGP peuvent générer des vides allant de 10-6 à 10-12 mbar. Dans les microscopes électroniques, elles sont généralement utilisées sur la colonne d'électrons où l'absence de pièces mécaniques mobiles signifie qu'elles peuvent produire des conditions UHV sans vibrations. 

Systèmes de vide pour boîtes à gants

Les boîtes à gants sont des espaces de travail fermés pour manipuler les matériaux de manière totalement isolée, sans oxygène ni humidité. Pour ce faire, les pompes à vide évacuent l'air ambiant résiduel de la boîte à gants, qui est ensuite purgé avec un gaz inerte, tel que l'azote ou l'argon. Elles sont également scellées. L'environnement basse pression créé par la pompe à vide empêche l'atmosphère extérieure de pénétrer dans la boîte à gants. 

Plusieurs types de pompes à vide peuvent être utilisés pour les boîtes à gants, notamment les pompes à membrane, les pompes à palettes rotatives et les pompes à spirale. Le choix de la pompe dépend des besoins spécifiques de l'application, tels que le débit de gaz, le niveau de vide et les exigences en matière maintenance.  

Boîte à gants sous gaz inerte

Systèmes de vide pour diffraction des rayons X (XRD)

La diffraction des rayons X (XRD) est une technique servant à analyser la structure des matériaux en examinant la façon dont ils interagissent avec les rayons X. Lorsque ceux-ci sont dirigés vers un échantillon, ils sont diffractés selon un modèle spécifique qui peut être analysé pour déterminer la structure cristalline de l'échantillon. 

Le vide est utilisé dans la technologie XRD pour éliminer les molécules atmosphériques car elles peuvent disperser et absorber les rayons X, ce qui entraîne une réduction des rapports signal/bruit et des données moins précises. En éliminant les molécules d'air et en créant un vide, les rayons X peuvent interagir avec l'échantillon sans interférence, ce qui se traduit par des données de meilleure qualité. 

Le vide est également utilisé dans la technologie XRD pour réduire la contamination des échantillons. Lorsqu'un échantillon est exposé à l'air, il peut être contaminé par de la poussière, de la vapeur d'eau et d'autres particules en suspension dans l'air, ce qui peut interférer avec le modèle de diffraction. Grâce au vide, l'échantillon est protégé de ces contaminants et analyse est plus précise. 

Pour créer un vide dans un instrument XRD, une pompe à vide élimine les molécules d'air de la chambre d'échantillon. Différents types de pompes à vide, telles que les pompes à palettes rotatives, les pompes à membrane et les pompes turbomoléculaires, peuvent être utilisés en fonction des exigences spécifiques de l'instrument et de l'échantillon analysé. 

Image d'atome ou de structure moléculaire générée par IA
Employés d'Edwards souriant, debout dans un couloir
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