Systemy próżniowe dla czystych i niezawodnych środowisk analitycznych
Pompy próżniowe odgrywają kluczową rolę w wielu rodzajach urządzeń analitycznych, zapewniając prawidłowe warunki próżni niezbędne do dokładnych, precyzyjnych i wiarygodnych pomiarów. Pompy próżniowe usuwają powietrze i inne gazy z komór przyrządów oraz podczas przygotowywania próbek, tworząc środowisko próżniowe, które zmniejsza potencjalne zakłócenia spowodowane resztkowymi gazami atmosferycznymi. Umożliwia to wykrywanie sygnałów z najmniejszych próbek, co ma kluczowe znaczenie dla wydajności szerokiego zakresu zastosowań analitycznych.
Istnieje kilka typów pomp próżniowych, od łopatkowych (RV i E2M), spiralnych i wielostopniowych pomp wspomagających (nXRi i nXLi) po pompy turbomolekularne i wtórne z generatorem jonów, które są stosowane w urządzeniach analitycznych.
Pompy pierwotne wydmuchują do ciśnienia atmosferycznego i osiągają ciśnienie na poziomie niskiego i średniego podciśnienia; mogą być olejowe lub „suche”.
Pompy wtórne, które osiągają wysokie i bardzo wysokie poziomy próżni, wymagają dodatkowej pompy głównej. Typ zastosowanej pompy próżniowej zależy od konkretnych wymagań danego zastosowania analitycznego.
Wszystkie nasze pompy próżniowe i ich sterowniki są opracowywane z myślą o czołowych producentach OEM w dziedzinie przyrządów analitycznych.
W niektórych przypadkach, gdy pompa gotowa do użycia nie odpowiada dostępnej przestrzeni lub wymaganiom wydajnościowym procesu, nasz zespół ds. rozwoju produktów na zamówienie (BPD) opracowuje niestandardowe rozwiązanie próżniowe. Jest ono projektowane wspólnie z klientem, specjalnie dla danego zastosowania.
Systemy próżniowe do spektrometrii masowej
Spektrometria masowa (MS) to technika naukowa służąca do pomiaru masy i względnych ilości atomów i cząsteczek w próbce. Zasadniczo można go uznać za analizator chemiczny. Po pierwsze, próbka musi zostać „zjonizowana”, co można wykonać różnymi technikami w zależności od typu próbki. Jony są następnie oddzielane, ponownie stosując najbardziej odpowiednią metodę, zgodnie z ich stosunkiem masy do ładunku. Następnie są one wykrywane, a sygnały ostatecznie przetwarzane w celu uzyskania widma masy.
Spektrometria masowa ma szeroki zakres zastosowań, w tym w dziedzinach chemii, biologii, nauk środowiskowych, farmakologii i medycyny. Można go używać do identyfikacji nieznanych związków, do ilościowego określania ilości określonych związków w próbce oraz do pomagania w określaniu struktury złożonych cząsteczek.
Dokładność i precyzja pomiarów spektrometrii masowej zależy od zmiennych poziomów próżni. Pompy próżniowe usuwają pozostałe cząsteczki gazu, które mogą zakłócać proces pomiaru, zapewniając w ten sposób działanie spektrometru masowego w pożądanych warunkach próżniowych.
Typowe technologie pomp próżniowych do spektrometrii masowej obejmują:
Pompy łopatkowe (RV i E2M)
Mechanizm rotacyjnej pompy łopatkowej z uszczelnieniem olejowym (RVP) składa się z zestawu łopatek ślizgowych utrzymywanych w wirniku, który obraca się mimośrodowo w cylindrycznej obudowie stojana. Gdy łopatki smarowane olejem obracają się wraz z wirnikiem, siła odśrodkowa dociska je do ściany obudowy stojana. Gaz wchodzący do pompy jest ograniczany przez łopatki i sprężany do objętości zmniejszającej się, aż dotrze do wylotu pompy, gdy zostanie wypuszczony do atmosfery. Stosowane są jedno- lub dwustopniowe zawory RVP, które zapewniają różne ciśnienia końcowe.
Wielostopniowe pompy wspomagające (MSR) (nXRi i nXLi)
W najprostszej formie MSR to sucha pompa wspomagająca, która wykorzystuje dwa przeciwbieżnie obracające się, połączone ze sobą wirniki „krzywkowe”, które obracają się w obudowie stojana o dopasowanym profilu. Gaz wchodzi do pompy suchej przez kołnierz wlotowy umieszczony prostopadle do wirników, a następnie jest „izolowany” między szybko obracającymi się wirnikami (obracającymi się w przeciwnych kierunkach), sprężany, a następnie doprowadzany do następnego stopnia. Geometria wirników tworzy sprężanie, a tym samym każdy stopień wytwarza stopniowo wyższe ciśnienie. Pompa MSR wykorzystuje zazwyczaj siedem stopni wirnika na wspólnych wałach, stopień wylotowy jednego zestawu jest połączony ze stopniem wlotowym następnego itp. Sprężony gaz jest następnie wyprowadzany do atmosfery przez końcowy stopień wylotowy.
Pompy spiralne
Sucha pompa spiralna składa się z dwóch spirali spiralnych w kształcie spirali umieszczonych w obudowie próżniowej. Jedna spirala jest nieruchoma, podczas gdy druga spirala orbitująca porusza się mimośrodowo bez obracania się wewnątrz drugiej. Gaz wchodzi do otwartego (zewnętrznego) końca spirali, a gdy jedna ze spiral orbituje, ilość gazu jest izolowana między spiralami i „ściskana i transportowana” między dwiema spiralami. W miarę przemieszczania się tego odizolowanego gazu w kierunku środka mechanizmu jego objętość zmniejsza się, a tym samym ta odizolowana ilość gazu jest stale sprężana, aż w środku obudowy zostanie wypuszczona do ciśnienia atmosferycznego przez zawór przeciwzwrotny.
Pompy turbomolekularne (TMP)
Pompy te wykorzystują łopatki turbiny o bardzo wysokiej prędkości obrotowej (rzędu 1000 Hz) do usuwania cząsteczek gazu z komory próżniowej przyrządu i do wlotu pompy. Są one powszechnie stosowane, ponieważ mogą tworzyć szeroki zakres poziomów próżni, od 10 -2 do 10 -10 mbar, wymaganych dla różnych procesów stosowanych w urządzeniu.
Rozwiązania niestandardowe
Producenci OEM często mają specyficzne wymagania, w którym to przypadku grupa Edwards Bespoke Product Development (BPD) współprojektuje rozwiązanie próżniowe, które dokładnie odpowiada potrzebom klienta.
Systemy próżniowe do mikroskopii elektronowej
Naukowcy pracujący z mikroskopami elektronowymi identyfikują najmniejsze skale materii na Ziemi i potrzebują cichych, bezwibracyjnych i niezawodnych pomp próżniowych.
Mikroskopy elektronowe (EM) wykorzystują w sobie szereg poziomów próżni w celu osiągnięcia pożądanej wydajności. W przypadku pistoletu elektronowego u „źródła” wymagane jest środowisko UHV, aby zapobiec uszkodzeniu źródła elektronu. Umożliwia to również przechodzenie wiązki elektronów ze źródła, przez kolumnę elektronów i dalej do próbki bez rozpraszania lub pochłaniania przez cząsteczki gazu resztkowego. Wiązka elektronów wchodzi następnie w interakcję z próbką, tworząc sygnały, które są wykrywane i wykorzystywane do tworzenia obrazu.
Aby uzyskać obrazy o wysokiej rozdzielczości, próżnia w komorze mikroskopu musi być wysokiej i stałej jakości, w tym w niektórych przypadkach w warunkach UHV, co wymaga użycia pomp próżniowych.
W mikroskopii elektronowej stosowane są różne technologie pomp próżniowych; najczęściej są to:
- rotacyjne pompy łopatkowe,
- pompy membranowe,
- pompy spiralne,
- pompy turbomolekularne
- i pomp jonowych.
W zależności od miejsca zastosowania pompy próżniowej w mikroskopie należy zminimalizować wibracje generowane przez pompę, aby zapobiec zakłóceniom obrazu. W niektórych konfiguracjach EM (Environmental Scanning EM) pompy muszą być w stanie stale pompować parę wodną o ciśnieniu ~10 mbar.
Dzięki gamie Gamma Vacuum oferujemy obecnie pompy jonizacyjne, sublimacyjne z tytanu i nieparujące pompy getterowe jako uzupełnienie naszych pomp mechanicznych. Uzupełnia to naszą ofertę produktów zapewniających ciśnienie robocze od ciśnienia atmosferycznego do UHV, umożliwiając prawdziwie kompletną ofertę rozwiązań próżniowych.
Pompy z generatorem jonów (IGP)
IGP, w zależności od ilości i rodzaju obecnych gazów, mogą wytwarzać próżnie w zakresie od 10-6 do 10-12 mbar. W mikroskopach elektronowych są one zazwyczaj stosowane na kolumnie elektronowej, gdzie brak ruchomych części mechanicznych oznacza, że mogą one wytwarzać warunki UHV bez drgań.
Przed włączeniem pompy należy ją obniżyć do wysokiego poziomu próżni. Jest to zwykle osiągane za pomocą pompy turbomolekularnej w połączeniu z pompą zwrotną (membranową, spiralną lub łopatkową).
Po osiągnięciu żądanego poziomu próżni (zwykle 10-6 mbar lub mniej) można włączyć IGP.
Pompy próżniowe IGP są dostępne w trzech podstawowych typach:
Wszystkie trzy warianty składają się z komory próżniowej, której rozmiar zależy od prędkości pompy, kołnierza Conflat i przepustu wysokiego napięcia. Zewnętrznie są one wyposażone w parę płyt magnetycznych ferrytowych połączonych jarzmem, które wytwarza pole magnetyczne o natężeniu 0,12 T.
Konwencjonalne pompy diodowe (CV)
Pompa CV najlepiej nadaje się do zastosowań wymagających gazów reaktywnych (takich jak tlen, wodór, węglowodory, azot i para wodna itp.) pompować. Wewnątrz znajduje się para tytanowych płytek katodowych przymocowanych do potencjału uziemienia, które „sandwichują” szereg elektrycznie izolowanych rurek anodowych ze stali nierdzewnej. Wysokie napięcie, zazwyczaj 7 kV, jest doprowadzane do anody, powodując emisję wolnych elektronów. Elektrony te poruszają się spiralnie (wywołane przez pole magnetyczne) i mogą ostatecznie uderzyć w cząsteczkę gazu, odbijając elektron, tworząc dodatnio naładowany jon. Jon ten jest następnie odpychany przez dodatnio naładowane rurki anodowe i przyciągany do uziemionej płytki katodowej, gdzie uderza w powierzchnię z dużą prędkością, gdzie następuje reakcja chemiczna z płytką katodową z tytanu. Rozpoczyna się również rozpylanie tytanu, które tworzy aktywną warstwę pompującą tytanu.
Pompa różnicowo-jonowa (DI) lub z diodą szlachetną
Pompa DI Getter ma doskonałe możliwości pompowania gazu szlachetnego, ale w rezultacie traci część gazu reaktywnego. Płytki tytanowe są zastępowane płytkami tantalowymi. Cząsteczki gazu są ponownie jonizowane przez bombardowanie elektronami, ale gdy przyspieszają i uderzają w płytki anody tantalowej, są odbijane jako neutralne substancje o wysokiej energii, które następnie łączą się na powierzchniach i ostatecznie są pompowane przez rozpylony tantal.
Pompa Triode
Pompa próżniowa Triode ma nieco inną konstrukcję. W tym przypadku rury są uziemione, a płyty katodowe są zastępowane anodowymi paskami tytanowymi o ujemnym potencjale wysokiego napięcia. Jony są generowane w zwykły sposób i są przyspieszane w kierunku tych pasków, gdzie uderzają i są uwalniane jako neutralne substancje o wysokiej energii, które ostatecznie osadzają się w ścianach komory i są pompowane przez rozpylony tytan. Taśmy tytanowe mają ostre krawędzie, a ponieważ mają wysoki potencjał ujemny, są podatne na powstawanie „wąsów”, które mogą okresowo „przeskakiwać”, powodując z czasem niestabilność elektryczną.
Systemy próżniowe do schowków w tablicy rozdzielczej
Skrzynki rękawicowe to zamknięte przestrzenie robocze do obsługi materiałów w całkowitej izolacji, wolne od tlenu i wilgoci. Aby osiągnąć tę izolację, pompy próżniowe usuwają powietrze resztkowe z otoczenia ze schowka w tablicy rozdzielczej, które jest następnie oczyszczane gazem obojętnym, takim jak azot lub argon, i zamykane. Niskociśnieniowe otoczenie wytwarzane przez pompę próżniową zapobiega przedostawaniu się atmosfery zewnętrznej do schowka w tablicy rozdzielczej.
Kilka różnych typów pomp próżniowych, które mogą być stosowane w komorach rękawicowych, w tym pompy membranowe, pompy łopatkowe i pompy spiralne. Wybór pompy zależy od konkretnych potrzeb danego zastosowania, takich jak natężenie przepływu gazu, poziom próżni i wymagania konserwacyjne.
Systemy próżniowe do dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego (XRD)
XRD to technika analizy struktury materiałów poprzez badanie ich interakcji z promieniowaniem rentgenowskim. Gdy promienie rentgenowskie są kierowane na próbkę, są one dyfraktowane w określony wzór, który można przeanalizować w celu określenia struktury krystalicznej próbki.
Próżnia jest wykorzystywana w technologii XRD do eliminacji cząsteczek atmosferycznych, które mogą rozpraszać i pochłaniać promieniowanie rentgenowskie, co prowadzi do zmniejszenia stosunku sygnału do szumu i mniej dokładnych danych. Usuwając cząsteczki powietrza i tworząc próżnię, promienie rentgenowskie mogą wchodzić w interakcję z próbką bez zakłóceń, co skutkuje lepszą jakością danych.
Próżnia jest również stosowana w XRD w celu zmniejszenia zanieczyszczenia próbki. Gdy próbka jest wystawiona na działanie powietrza, może zostać zanieczyszczona pyłem, parą wodną i innymi unoszącymi się w powietrzu cząsteczkami, które mogą zakłócać wzór dyfrakcji. Dzięki zastosowaniu próżni próbka jest chroniona przed tymi zanieczyszczeniami, co skutkuje dokładniejszą analizą.
Aby wytworzyć próżnię w urządzeniu XRD, pompa próżniowa jest używana do usuwania cząsteczek powietrza z komory próbki. Różne typy pomp próżniowych, takie jak pompy łopatkowe, pompy membranowe i pompy turbomolekularne, mogą być stosowane w zależności od konkretnych wymagań urządzenia i analizowanej próbki.
