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Sistemi a vuoto per ambienti analitici puliti e affidabili

Le pompe per vuoto svolgono un ruolo cruciale in molti tipi di strumenti analitici creando le condizioni di vuoto corrette e necessarie per misurazioni accurate, precise e affidabili. Le pompe per vuoto rimuovono l'aria e altri gas dalle camere degli strumenti e nella preparazione dei campioni, creando un ambiente sottovuoto che riduce le potenziali interferenze causate dai gas atmosferici residui. Ciò consente il rilevamento dei segnali provenienti dai campioni più piccoli, un fattore cruciale per le prestazioni di un'ampia gamma di applicazioni analitiche. 

Esistono diversi tipi di pompe per vuoto, che vanno dalle pompe primarie rotative a palette (RV ed E2M), scroll e multistadio a radici (nXRi e nXLi) alle pompe secondarie turbomolecolari e ion getter, impiegate negli strumenti analitici.

Due scienziati che lavorano in laboratorio


Le pompe primarie scaricano a pressione atmosferica e raggiungono pressioni nei livelli di Basso e Medio Vuoto; possono utilizzare olio o essere "a secco".
Le pompe secondarie, che raggiungono livelli di alto e altissimo vuoto, richiedono una pompa primaria di supporto. Il tipo di pompa per vuoto utilizzata dipende dai requisiti specifici dell'applicazione analitica. 

Tutte le nostre pompe per vuoto e i loro controller sono sviluppati tenendo a mente i principali OEM nel campo degli strumenti analitici. In alcuni casi, quando una pompa pronta all'uso non corrisponde allo spazio disponibile o ai requisiti richiesti dal vostro processo, il nostro team Bespoke Product Development (BPD) svilupperà una soluzione di vuoto personalizzata. Questa soluzione viene progettata insieme a voi, specificamente per la vostra applicazione. 

Sistemi a vuoto per spettrometria di massa

La spettrometria di massa (MS) è una tecnica scientifica utilizzata per misurare la massa e le quantità relative di atomi e molecole in un campione. In sostanza, può essere considerato come un analizzatore chimico. In primo luogo, il campione deve essere "ionizzato", il che può essere fatto con diverse tecniche a seconda del tipo di campione. Gli ioni vengono quindi separati, sempre utilizzando il metodo più appropriato, in base al loro rapporto massa/carica. Vengono quindi rilevati e i segnali vengono infine elaborati per ottenere lo spettro di massa risultante. 

La spettrometria di massa ha un'ampia gamma di applicazioni, che includono i campi della chimica, della biologia, delle scienze ambientali, della farmacologia e della medicina. Può essere utilizzata per identificare composti sconosciuti, per quantificare le quantità di composti specifici in un campione e per aiutare a determinare la struttura di molecole complesse.

L'accuratezza e la precisione delle misurazioni in spettrometria di massa dipendono dalla variazione dei livelli di vuoto. Le pompe per vuoto rimuovono le molecole di gas residue che potrebbero interferire con il processo di misurazione e quindi assicurano che lo spettrometro di massa operi nelle condizioni di vuoto desiderate.

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Le comuni tecnologie di pompe per vuoto per la spettrometria di massa includono:

Pompe rotative a palette (RV ed E2M)

Il meccanismo di una pompa rotativa a palette con guarnizione a olio (RVP) è costituito da un gruppo di lame scorrevoli trattenute in un rotore che ruota eccentricamente all'interno di un alloggiamento dello statore cilindrico. Quando le lame lubrificate a olio ruotano insieme al rotore, la forza centrifuga le spinge sulla parete dell'alloggiamento dello statore. Il gas che entra nella pompa è confinato dalle lame e compresso in un volume ridotto fino a raggiungere l'uscita della pompa quando viene scaricato nell'atmosfera. Vengono utilizzati RVP a uno o due stadi che forniscono pressioni finali diverse.

Pompe multistadio a radici (MSR) (nXRi e nXLi)

Nella sua forma più semplice, un MSR è una pompa a radici asciutte che utilizza due rotori "lobati" interconnessi controrotanti che ruotano all'interno di un alloggiamento dello statore a profilo corrispondente. Il gas entra nella pompa a secco attraverso una flangia di ingresso posizionata perpendicolarmente ai rotori e viene quindi "isolato" tra i rotori a rotazione rapida (che girano in direzioni opposte), compresso e quindi inviato alla fase successiva. La geometria dei rotori crea compressione e quindi ogni stadio produce una pressione progressivamente più alta. Una pompa MSR utilizza solitamente sette stadi del rotore su alberi condivisi, lo stadio di scarico di un gruppo è collegato allo stadio di aspirazione del successivo e così via. Il gas compresso viene quindi espulso nell'atmosfera attraverso la fase finale dello scarico.

Pompe a spirale

Una pompa a spirale a secco è costituita da due geometrie di scorrimento a spirale co-avvolte all'interno di un alloggiamento per il vuoto. Una forma di scorrimento è fissa, mentre l'altra si muove in modo eccentrico senza ruotare, all’interno dell'altra. Il gas entra nell'estremità aperta (esterna) delle spirali e, come una delle orbite spirali, una quantità di gas viene isolata tra le spirali e viene "schiacciata e trasportata" tra le due spirali. Quando questa "sporgenza" isolata di gas si sposta verso il centro del meccanismo, il volume occupato diminuisce e, in questo modo, la quantità di gas isolato viene continuamente compressa fino a quando, al centro dell'alloggiamento, viene espulsa alla pressione atmosferica tramite una valvola di non ritorno.

Pompe turbomolecolari (TMP)

Queste pompe funzionano utilizzando pale della turbina a velocità di rotazione molto elevata (nell'ordine di 1000 Hz) per rimuovere le molecole di gas dalla camera da vuoto dello strumento e nell'ingresso della pompa. Sono ampiamente utilizzate in quanto possono creare un'ampia gamma di livelli di vuoto richiesti, che vanno da 10-2 a 10-10 mbar, per i vari processi utilizzati in uno strumento.

Soluzioni personalizzate

Gli OEM hanno spesso esigenze specifiche, nel qual caso il gruppo Edwards Bespoke Product Development (BPD) co-progetta una soluzione di vuoto che si adatta esattamente alle necessità del cliente.

Sistemi per vuoto per microscopia elettronica

Gli scienziati che lavorano con i microscopi elettronici identificano la più piccola quantità di materia sulla terra e richiedono pompe per vuoto silenziose, affidabili e prive di vibrazioni. 

I microscopi elettronici (EM) utilizzano una serie di livelli di vuoto al loro interno per ottenere le prestazioni desiderate. Nel caso del cannone elettronico alla "sorgente", è necessario un ambiente UHV per evitare danni alla sorgente di elettroni. Ciò consente inoltre al fascio di elettroni di spostarsi dalla sorgente, attraverso la colonna di elettroni e sul campione senza dispersione o assorbimento da parte delle molecole di gas residue. Il fascio di elettroni interagisce quindi con il campione, creando segnali che vengono rilevati e utilizzati per produrre un'immagine. 

Per ottenere immagini ad alta risoluzione, La camera del microscopio deve essere di qualità elevata e costante, in alcuni casi anche in condizioni UHV, il che richiede l'uso di pompe da vuoto. 

Nella microscopia elettronica vengono utilizzate varie tecnologie di pompe per vuoto; le più comuni sono le pompe rotative a palette, pompe a membrana, pompe scroll, pompe turbomolecolari e pompe ioniche. A seconda del punto in cui viene utilizzata la pompa per vuoto, le vibrazioni della pompa devono essere ridotte al minimo per evitare disturbi dell'immagine. In alcune configurazioni EM (Environmental Scanning EM, ambiente di scansione EM) le pompe devono essere in grado di pompare continuamente un ambiente di vapore acqueo al livello di ~10 mbar. 

Una stazione di lavoro con microscopio elettronico

Grazie alla gamma Gamma Vacuum, ora offriamo pompe a ioni, a sublimazione di titanio e getter non evaporabili a complemento delle nostre pompe meccaniche. Questo completa la nostra gamma di prodotti per fornire pressioni di esercizio da quelle atmosferiche a quelle UHV, consentendo un'offerta di soluzioni per il vuoto davvero completa. 

Pompe per vuoto utilizzate nella microscopia elettronica:

Pompe ioniche getter (IGP)

Prima di essere acceso, è necessario portare il sistema a livelli di vuoto elevati. Ciò si ottiene solitamente utilizzando una pompa turbomolecolare in combinazione con una pompa di chiusura (a membrana, scroll o a palette). Una volta raggiunto il livello di vuoto desiderato (solitamente 10-6 mbar o inferiore), l'IGP può essere attivato. Le pompe per vuoto sono disponibili in tre tipi fondamentali: la pompa a diodi convenzionale (CV), la pompa a ioni differenziali (DI) o a diodi nobili e la pompa a triodi. Tutte e tre le varianti sono costituite da una camera da vuoto, di dimensioni variabili a seconda della velocità della pompa, da una flangia Conflat e da un passaggio per l'alta tensione. Esternamente presentano una coppia di piastre magnetiche in ferrite collegate da un giogo che produce un campo magnetico dell'ordine di 0,12 T.

La pompa CV è particolarmente adatta per le applicazioni che richiedono il pompaggio di gas reattivi (come ossigeno, idrogeno, idrocarburi, azoto e vapore acqueo, ecc.). Internamente contiene una coppia di piastre catodiche in titanio tenute a potenziale di terra che racchiudono una serie di tubi anodici in acciaio inossidabile isolati elettricamente. Ai tubi dell'anodo viene applicata un'alta tensione, tipicamente di 7 kV, che provoca l'emissione di elettroni liberi. Questi elettroni viaggiano con un movimento a spirale (causato dal campo magnetico) e possono colpire una molecola di gas togliendo un elettrone e creando uno ione con carica positiva. Questo ione viene quindi respinto dai tubi anodici a carica positiva e attirato verso la piastra catodica messa a terra, dove impatta la superficie ad alta velocità e dove avviene una reazione chimica con la piastra catodica in titanio. Viene anche avviato lo sputtering del titanio, che forma uno strato attivo di pompaggio del getter di titanio.

La pompa getter DI ha capacità di pompaggio di gas nobili superiori, ma perde parte del pompaggio di gas reattivo. Le piastre in titanio vengono sostituite da piastre in tantalio. Le molecole di gas vengono di nuovo ionizzate dal bombardamento di elettroni ma, quando accelerano e colpiscono le piastre anodiche di tantalio, vengono riflesse come neutrali ad alta energia che si combinano sulle superfici, e infine vengono pompate dal tantalio espettorato.

La pompa per vuoto a triodi ha una struttura leggermente diversa. In questo caso, i tubi sono messi a terra e le piastre del catodo sono sostituite da strisce in titanio dell'anodo con un potenziale negativo ad alta tensione. Gli ioni sono generati nel modo consueto e vengono accelerati verso queste strisce dove impattano e vengono rilasciati come neutri ad alta energia che si incastrano infine nelle pareti della camera e vengono pompati dal titanio espettorato. Le strisce di titanio hanno bordi affilati e, essendo ad alto potenziale negativo, sono soggette allo sviluppo di "basette" che possono periodicamente accendersi, causando una certa instabilità elettrica nel tempo.

 

Gli IGP, a seconda della quantità e dei tipi di gas presenti, possono generare vuoti che vanno da 10-6 a 10-12 mbar. Nei microscopi elettronici, sono tipicamente utilizzati sulla colonna di elettroni, dove la mancanza di parti meccaniche in movimento consente di produrre condizioni UHV prive di vibrazioni. 

Sistemi a vuoto per scatole a guanti

Le scatole a guanti sono spazi di lavoro chiusi per la manipolazione di materiali in completo isolamento, senza ossigeno o umidità. Per ottenere questo isolamento, le pompe per vuoto evacuano l'aria residua dell'ambiente dalla scatola a guanti, che viene poi spurgata con un gas inerte, come azoto o argon, e sigillata. L'ambiente a bassa pressione creato dalla pompa per vuoto impedisce l'ingresso dell'atmosfera esterna nella scatola a guanti. 

Per le scatole a guanti si possono utilizzare diversi tipi di pompe per vuoto, tra cui le pompe a membrana, le pompe rotative a palette e le pompe scroll. La scelta della pompa dipende dalle esigenze specifiche dell'applicazione, come le portate di gas, il livello di vuoto e i requisiti di manutenzione.  

Scatola a guanti con struttura in gas inerte

Sistemi a vuoto per diffrazione raggi X (XRD)

La XRD è una tecnica utilizzata per analizzare la struttura dei materiali esaminando il modo in cui essi interagiscono con i raggi X. Quando i raggi X sono diretti verso un campione, vengono diffratti in uno schema specifico che può essere analizzato per determinare la struttura cristallina del campione. 

Il vuoto viene utilizzato nella XRD per eliminare le molecole atmosferiche, che possono disperdere e assorbire i raggi X, con conseguente riduzione del rapporto segnale/rumore e dati meno accurati. Eliminando le molecole d'aria e creando il vuoto, i raggi X possono interagire con il campione senza interferenze, ottenendo dati di migliore qualità. 

Il vuoto viene utilizzato anche nella XRD per ridurre la contaminazione dei campioni. Quando il campione viene esposto all'aria, può essere contaminato da polvere, vapore acqueo e altre particelle presenti nell'aria, che possono interferire con lo schema di diffrazione. Utilizzando il vuoto, il campione è protetto da questi contaminanti, garantendo un'analisi più accurata. 

Per creare un vuoto in uno strumento XRD, viene utilizzata una pompa per vuoto per rimuovere le molecole d'aria dalla camera del campione. A seconda dei requisiti specifici dello strumento e del campione da analizzare, è possibile utilizzare diversi tipi di pompe per vuoto, quali le pompe rotative a palette, le pompe a diaframma e le pompe turbomolecolari. 

Immagine generata dall'intelligenza artificiale della struttura di un atomo o di una molecola
Dipendenti Edwards sorridenti nel corridoio
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