Vacuümsystemen voor schone en betrouwbare analytische omgevingen
Vacuümpompen spelen een cruciale rol in veel soorten analytische instrumenten door de juiste vacuümomstandigheden te creëren die nodig zijn voor nauwkeurige, precieze en betrouwbare metingen. Vacuümpompen verwijderen lucht en andere gassen uit instrumentkamers en bij de voorbereiding van monsters door het creëren van een vacuümomgeving die mogelijke interferentie door resterende atmosferische gassen vermindert. Dit maakt de detectie van signalen uit de kleinste monsters mogelijk, wat cruciaal is voor de prestaties van het brede scala aan analytische toepassingen.
Er zijn verschillende soorten vacuümpompen, variërend van draaischuifpompen (RV en E2M ), scroll- en meertraps rootspompen ( nXRi en nXLi ) tot turbomoleculaire en ionenextractor-secundaire pompen die worden gebruikt in analytische instrumenten.
Primaire pompen ontluchten tot atmosferische druk en bereiken drukken in het laag- en middenvacuümniveau; ze kunnen olie gebruiken of 'droog' zijn.
Secundaire pompen die hoge en ultrahoge vacuümniveaus bereiken, hebben een ondersteunende primaire pomp nodig. Het type vacuümpomp dat wordt gebruikt, hangt af van de specifieke vereisten van de analytische toepassing.
Al onze vacuümpompen en hun regelaars zijn ontwikkeld met toonaangevende OEM's op het gebied van analytische instrumenten in gedachten.
In sommige gevallen, wanneer een kant-en-klare pomp niet voldoet aan de beschikbare ruimte of de prestatievereisten van uw proces, ontwikkelt ons team 'Bespoke Product Development' (BPD) een op maat gemaakte vacuümoplossing. Deze wordt samen met u ontwikkeld, specifiek voor uw toepassing.
Vacuümsystemen voor massaspectrometrie
Massaspectrometrie (MS) is een wetenschappelijke techniek die wordt gebruikt om de massa en relatieve hoeveelheden atomen en moleculen in een monster te meten. In essentie kan het worden beschouwd als een chemische analyser. Ten eerste moet het monster worden 'geïoniseerd', wat met verschillende technieken kan worden gedaan, afhankelijk van het monstertype. De ionen worden vervolgens gescheiden, opnieuw met behulp van de meest geschikte methode, op basis van hun massa-ladingsverhouding. Vervolgens worden ze gedetecteerd en worden de signalen uiteindelijk verwerkt tot het resulterende massaspectrum.
Massaspectrometrie heeft een breed scala aan toepassingen, waaronder de chemie, biologie, milieuwetenschappen, farmacologie en geneeskunde. Het kan worden gebruikt om onbekende verbindingen te identificeren, om de hoeveelheden specifieke verbindingen in een monster te kwantificeren en om de structuur van complexe moleculen te bepalen.
De nauwkeurigheid en precisie van massaspectrometriemetingen zijn afhankelijk van verschillende vacuümniveaus. Vacuümpompen verwijderen resterende gasmoleculen die het meetproces kunnen verstoren en zorgen er zo voor dat de massaspectrometer binnen de gewenste vacuümomstandigheden werkt.
Veelgebruikte vacuümpomptechnologieën voor massaspectrometrie omvatten:
Draaischuifpompen (RV en E2M)
Het mechanisme van een oliegesmeerde draaischuifpomp (RVP) bestaat uit een set schuiven in een rotor die excentrisch draait in een cilindrische statorbehuizing. Terwijl de oliegesmeerde schoepen met de rotor meedraaien, worden ze door middel van centrifugale kracht tegen de wand van het statorhuis gedrukt. Gas dat de pomp binnenkomt, wordt door de schoepen ingesloten en gecomprimeerd in een verkleinend volume totdat het de pompuitlaat bereikt, waarna het wordt afgevoerd naar de atmosfeer. Er worden een- of tweetraps RVP's gebruikt die verschillende einddrukken leveren.
Meertraps stuwpompen (MSR) (nXRi en nXLi)
In zijn eenvoudigste vorm is een MSR een droge stuwpomp die gebruikmaakt van twee tegengesteld draaiende, met elkaar verbonden 'lobe'-rotors die draaien in een statorbehuizing met bijpassend profiel. Gas komt de droge pomp binnen via een inlaatflens die loodrecht op de rotoren staat en wordt vervolgens 'geïsoleerd' tussen de snel draaiende rotoren (die in tegengestelde richtingen draaien), gecomprimeerd en vervolgens naar de volgende trap gevoerd. De geometrie van de rotoren zorgt voor compressie, waardoor elke trap een steeds hogere druk produceert. Een MSR-pomp maakt gewoonlijk gebruik van zeven rotortrappen op gedeelde assen, de uitlaattrappen van de ene set zijn verbonden met de inlaattrappen van de volgende enzovoort. Het samengeperste gas wordt vervolgens via de laatste uitlaattrappen naar de atmosfeer geperst.
Scrollpompen
Een droge scrollpomp bestaat uit twee samengewikkelde spiraalvormige scrollgeometrieën in een vacuümbehuizing. De ene spiraalvorm is vast, terwijl de andere draaiende spiraal excentrisch beweegt zonder te draaien, in de andere. Gas komt het (buitenste) open uiteinde van de spiralen binnen en als een van de spiralen omloopt, wordt een hoeveelheid gas tussen de spiralen geïsoleerd en tussen de twee spiralen 'gecomprimeerd en getransporteerd'. Naarmate dit geïsoleerde gas naar het midden van het mechanisme beweegt, neemt het ingenomen volume af en wordt deze geïsoleerde gashoeveelheid continu gecomprimeerd totdat het in het midden van de behuizing via een terugslagklep naar atmosferische druk wordt geperst.
Turbomoleculaire pompen (TMP)
Deze pompen werken door gebruik te maken van turbineschoepen met zeer hoge rotatiesnelheid (in de orde van 1000 Hz) om gasmoleculen uit de vacuümkamer van het instrument en in de inlaat van de pomp te verwijderen. Ze worden veel gebruikt omdat ze een breed scala aan vacuümniveaus kunnen creëren, variërend van 10 -2 tot 10 -10 mbar, voor de verschillende processen die in een instrument worden gebruikt.
Maatwerkoplossingen
OEM's hebben vaak specifieke vereisten, in welk geval Edwards Bespoke Product Development (BPD) Group samen een vacuümoplossing ontwikkelt die precies aan de behoeften van de klant voldoet.
Vacuümsystemen voor elektronenmicroscopie
Wetenschappers die met elektronenmicroscopen werken, identificeren de kleinste hoeveelheid stof op aarde en hebben stille, trillingsvrije en betrouwbare vacuümpompen nodig.
Elektronenmicroscopen (EM) maken gebruik van een reeks vacuümniveaus om de gewenste prestaties te bereiken. Bij het elektronenpistool bij de 'bron' is een UHV-omgeving vereist om schade aan de elektronenbron te voorkomen. Hierdoor kan de elektronenstraal ook van de bron, door de elektronenkolom en verder naar het monster reizen zonder te worden verstrooid of geabsorbeerd door restgasmoleculen. De elektronenstraal interageert vervolgens met het monster en creëert signalen die worden gedetecteerd en gebruikt om een beeld te produceren.
Om beelden met een hoge resolutie te verkrijgen, moet het vacuüm in de microscoopkamer van hoge en consistente kwaliteit zijn, inclusief UHV-omstandigheden in sommige gevallen, waardoor het gebruik van vacuümpompen vereist is.
Verschillende vacuümpomptechnologieën worden gebruikt in elektronenmicroscopie; de meest voorkomende zijn:
- draaischuifpompen,
- membraanpompen,
- scrollpompen,
- turbomoleculaire pompen
- en ionenpompen.
Afhankelijk van waar in de microscoop de vacuümpomp wordt gebruikt, moeten trillingen van de pomp tot een minimum worden beperkt om beeldverstoring te voorkomen. In bepaalde EM-configuraties (Environmental Scanning EM) moeten de pompen in staat zijn om continu een omgeving van waterdamp op het niveau van ~10 mbar te verpompen.
Via het gamma-vacuümassortiment bieden we nu ionen-, titaniumsublimatie- en niet-verdampbare getterpompen aan als aanvulling op onze mechanische pompen. Dit maakt ons assortiment producten compleet om werkdrukken van atmosferisch tot UHV te leveren, wat een echt compleet vacuümoplossingsaanbod mogelijk maakt.
Ionenextractorpompen (IGP)
IGP's kunnen, afhankelijk van de hoeveelheid en de soorten aanwezige gassen, vacuüms genereren van 10-6 tot 10-12 mbar. In elektronenmicroscopen worden ze gewoonlijk gebruikt op de elektronenkolom, waar ze vanwege het gebrek aan bewegende mechanische onderdelen trillingsvrije UHV-omstandigheden kunnen produceren.
Moet worden verlaagd tot hoge vacuümniveaus voordat het wordt ingeschakeld. Dit wordt meestal bereikt door een turbomoleculaire pomp te gebruiken in combinatie met een hulppomp (membraan-, scroll- of draaischuifpomp).
Zodra het gewenste vacuümniveau (meestal 10-6 mbar of minder) is bereikt, kan de IGP worden ingeschakeld.
IGP-vacuümpompen zijn verkrijgbaar in drie basistypen:
Alle drie varianten bestaan uit een vacuümkamer, waarvan de grootte varieert afhankelijk van de pompsnelheid, een Conflat-flens en een hoogspanningsdoorvoer. Aan de buitenkant hebben ze een paar ferrietmagneetplaten die verbonden zijn door een juk dat een magnetisch veld van 0,12 T produceert.
Conventionele diodepompen (CV)
De CV-pomp is het meest geschikt voor toepassingen die reactieve gassen vereisen (zoals zuurstof, waterstof, koolwaterstoffen, stikstof en waterdamp enz.). gepompt worden. Binnenin bevat het een paar titanium kathodeplaten die op aardpotentiaal worden gehouden en die een reeks elektrisch geïsoleerde roestvrijstalen anodebuizen 'sandwichen'. Een hoge spanning, gewoonlijk 7 kV, wordt toegepast op de anodebuizen, waardoor vrije elektronen worden uitgestoten. Deze elektronen bewegen in een spiraalbeweging (veroorzaakt door het magnetische veld) en kunnen uiteindelijk een gasmolecuul raken, waardoor een elektron wordt afgestoten en een positief geladen ion ontstaat. Dit ion wordt vervolgens afgestoten door de positief geladen anodebuizen en naar de geaarde kathodeplaat getrokken, waar het met hoge snelheid het oppervlak raakt, waar een chemische reactie plaatsvindt met de titaniumkathodeplaat. Tevens wordt het sputteren van titanium in gang gezet, wat een actieve getterpomplaag van titanium vormt.
Differentiële ionenpomp (DI) of Noble Diode-pomp
De DI-geterpomp heeft superieure pompcapaciteiten voor edelgas, maar verliest daardoor een deel van het pompen van reactief gas. De titaniumplaten worden vervangen door tantaalplaten. Gasmoleculen worden opnieuw geïoniseerd door elektronenbombardement, maar wanneer ze versnellen en de tantaalanodeplaten raken, worden ze gereflecteerd als neutralen met een hoge energie die zich vervolgens op oppervlakken combineren en uiteindelijk worden gettergepompt door gespoten tantaal.
Triodepomp
De Triode vacuümpomp heeft een iets andere bouw. Hier worden de buizen geaard en worden de kathodeplaten vervangen door anode-titaniumstrips met een negatief hoogspanningspotentiaal. Ionen worden op de gebruikelijke manier gegenereerd en versneld naar deze stroken toe waar ze inwerken en vrijkomen als neutralen met hoge energie die zich uiteindelijk in de kamerwanden inbedden en door getter gepompt worden door gespoten titanium. De titaniumstrips hebben scherpe randen en omdat ze een hoog negatief potentiaal hebben, zijn ze vatbaar voor het ontwikkelen van 'whiskers' die periodiek kunnen 'overslaan', wat na verloop van tijd enige elektrische instabiliteit veroorzaakt.
Vacuümsystemen voor dashboardkastje
Gloveboxen zijn de gesloten werkruimten voor het hanteren van materialen in volledige isolatie, vrij van zuurstof of vocht. Om deze isolatie te bereiken, evacueren vacuümpompen resterende omgevingslucht uit het handschoenkastje, dat vervolgens met een inert gas, zoals stikstof of argon, wordt gezuiverd en afgesloten. De lagedrukomgeving die door de vacuümpomp wordt gecreëerd, voorkomt dat de externe atmosfeer in het dashboardkastje terechtkomt.
Verschillende soorten vacuümpompen die kunnen worden gebruikt voor handschoenkasten, waaronder membraanpompen, draaischuifpompen en scrollpompen. De keuze van de pomp hangt af van de specifieke behoeften van de toepassing, zoals gasdebieten, vacuümniveau en onderhoudsvereisten.
Vacuümsystemen voor röntgendiffractie (XRD)
XRD is een techniek die wordt gebruikt om de structuur van materialen te analyseren door te onderzoeken hoe ze interageren met röntgenstralen. Wanneer X-ray stralen op een monster worden gericht, worden ze gediffracteerd in een specifiek patroon dat kan worden geanalyseerd om de kristalstructuur van het monster te bepalen.
Vacuüm wordt in XRD gebruikt om atmosferische moleculen te elimineren die de X-ray stralen kunnen verspreiden en absorberen, wat leidt tot lagere signaal-ruisverhoudingen en minder nauwkeurige gegevens. Door luchtmoleculen te verwijderen en een vacuüm te creëren, kunnen de X-ray stralen interageren met het monster zonder interferentie, wat resulteert in data van betere kwaliteit.
Vacuüm wordt ook gebruikt in XRD om monsterverontreiniging te verminderen. Wanneer het monster aan lucht wordt blootgesteld, kan het worden verontreinigd met stof, waterdamp en andere deeltjes in de lucht, wat het diffractiepatroon kan verstoren. Door het gebruik van vacuüm wordt het monster beschermd tegen deze verontreinigingen, wat resulteert in een nauwkeurigere analyse.
Om een vacuüm in een XRD-instrument te creëren, wordt een vacuümpomp gebruikt om luchtmoleculen uit de monsterkamer te verwijderen. Er kunnen verschillende soorten vacuümpompen worden gebruikt, zoals draaischuifpompen, membraanpompen en turbomoleculaire pompen, afhankelijk van de specifieke vereisten van het instrument en het te analyseren monster.
