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Sistemas de vácuo para ambientes analíticos limpos e confiáveis

As bombas de vácuo desempenham um papel crucial em muitos tipos de instrumentos analíticos, criando as condições de vácuo corretas que são necessárias para medições precisas e confiáveis. As bombas de vácuo removem o ar e outros gases das câmaras dos instrumentos e na preparação de amostras, através da criação de um ambiente de vácuo que reduz a potencial interferência de gases atmosféricos residuais. Isso permite a detecção de sinais das menores amostras, o que é crucial para o desempenho de uma ampla gama de aplicações analíticas. 

Existem vários tipos de bombas de vácuo, desde bombas primárias de palhetas rotativas (RV e E2M), espirais e tipo roots de de múltiplos estágios (nXRi e nXLi) até bombas secundárias de coletor de íons e turbomoleculares que são utilizadas em instrumentos analíticos.

Dois cientistas trabalhando em um laboratório


As bombas primárias se descarregam à pressão atmosférica e atingem pressões nos níveis de vácuo baixo e médio; podem utilizar óleo ou serem “secas”.
Bombas secundárias, que atingem níveis de vácuo alto e ultra-alto, exigem uma bomba primária de suporte. O tipo de bomba de vácuo utilizado depende dos requisitos específicos da aplicação analítica. 

Todas as nossas bombas de vácuo e seus controladores são desenvolvidos tendo em mente os principais OEMs no campo de instrumentos analíticos. Em alguns casos, quando uma bomba pronta para uso não corresponde ao espaço disponível ou aos requisitos de desempenho do seu processo, nossa equipe de "Desenvolvimento de produto sob medida" (BPD) desenvolverá uma solução de vácuo personalizada. Isso foi projetado em conjunto com você, especificamente para sua aplicação. 

Sistemas de vácuo para espectrometria de massa

A espectrometria de massa (MS) é uma técnica científica usada para medir a massa e as quantidades relativas de átomos e moléculas em uma amostra. Basicamente, pode ser considerado um analisador químico. Primeiramente, a amostra precisa ser “ionizada”, o que pode ser feito por várias técnicas, dependendo do tipo de amostra. Os íons são então separados, novamente empregando o método mais apropriado, de acordo com sua relação massa-carga. Eles são então detectados, e os sinais finalmente processados para fornecer o espectro de massa resultante. 

A espectrometria de massa tem uma ampla gama de aplicações, incluindo as áreas de química, biologia, ciências ambientais, farmacologia e medicina. Pode ser usada para identificar compostos desconhecidos, quantificar as quantidades de compostos específicos em uma amostra e ajudar a determinar a estrutura de moléculas complexas.

A exatidão e a precisão das medições de espectrometria de massa dependem de vários níveis de vácuo. As bombas de vácuo removem moléculas de gases residuais que podem interferir no processo de medição e, assim, garantem que o espectrômetro de massa opere dentro das condições de vácuo desejadas.

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As tecnologias comuns de bomba de vácuo para espectrometria de massa incluem:

Bombas de palheta rotativa (RV e E2M)

O mecanismo de uma bomba de palheta rotativa lubrificada a óleo (RVP) consiste em um conjunto de lâminas deslizantes presas em um rotor que gira excentricamente dentro de um alojamento cilíndrico do estator. À medida que as lâminas lubrificadas a óleo giram com o rotor, a força centrífuga as pressiona contra a parede do alojamento do estator pela força centrífuga. O gás que entra na bomba é confinado pelas lâminas e comprimido em um volume reduzido até atingir a saída da bomba quando ela é expelida para a atmosfera. As RVPs de um ou dois estágios são usadas e fornecem diferentes pressões finais.

Bombas tipo roots de múltiplos estágios (MSR) (nXRi e nXLi)

Em sua forma mais simples, uma MSR é uma bomba tipo roots seca que emprega dois rotores "lobulados" interconectados em contra-rotação que giram dentro de um alojamento de estator de perfil correspondente. O gás entra na bomba seca através de um flange de entrada localizado perpendicularmente aos rotores e, em seguida, é "isolado" entre os rotores de rotação rápida (que giram em direções opostas), comprimido e, em seguida, alimentado para o próximo estágio. A geometria dos rotores cria compressão e, portanto, cada estágio produz uma pressão progressivamente mais alta. Uma bomba MSR emprega normalmente sete estágios de rotor em eixos compartilhados, o estágio de exaustão de um conjunto é conectado ao estágio de entrada do próximo e assim por diante. O gás comprimido é então expelido para a atmosfera através do estágio final de exaustão.

Bombas espirais

Uma bomba scroll a seco consiste em duas geometrias scroll em espiral enroladas juntas, contidas dentro de um compartimento à vácuo. Uma forma de espiral é fixa, enquanto a outra espiral em órbita se move excentricamente sem girar, dentro da outra. O gás entra na extremidade aberta (exterior) das espirais e, à medida que uma das espirais orbita, uma quantidade de gás é isolada entre as espirais e é "comprimida e transportada" entre as duas espirais. Como essa "massa" isolada de gás se move em direção ao centro do mecanismo, o volume que ocupava diminui e, como tal, essa quantidade isolada de gás é continuamente comprimida até que, no centro do alojamento, seja expelida à pressão atmosférica através de uma válvula anti-retorno.

Bombas turbomoleculares (TMP)

Essas bombas funcionam usando lâminas de turbina de velocidade de rotação muito alta (da ordem de 1.000 Hz) para remover moléculas de gás da câmara de vácuo do instrumento e colocá-las na entrada da bomba. Eles são amplamente utilizados porque podem criar uma ampla gama de níveis de vácuo necessários, variando de 10-2 a 10-10 mbar, para os vários processos empregados em um instrumento.

Soluções personalizadas

Os OEMs frequentemente têm requisitos específicos e, nesse caso, o grupo Edwards Bespoke Product Development (BPD) da Edwards codesenvolve uma solução de vácuo que atenda às necessidades exatas do cliente.

Sistemas de vácuo para microscopia de elétrons

Os cientistas que trabalham com microscópios de elétrons identificam a menor escala de matéria na Terra e exigem bombas de vácuo silenciosas, sem vibrações e confiáveis. 

Os microscópios de elétrons (EM) empregam uma variedade de níveis de vácuo dentro deles para atingir o desempenho desejado. No caso do canhão de elétrons na “fonte”, é necessário um ambiente UHV para evitar danos na fonte de elétrons. Isso também permite que o feixe de elétrons viaje da fonte, através da coluna de elétrons e até a amostra sem ser espalhado ou absorvido pelas moléculas de gás residual. Em seguida, o feixe de elétrons interage com a amostra, criando sinais que são detectados e usados para produzir uma imagem. 

Para obter imagens de alta resolução, o vácuo na câmara do microscópio deve ser de qualidade alta e consistente, incluindo condições de UHV em alguns casos, exigindo assim o uso de bombas de vácuo. 

Várias tecnologias de bomba de vácuo são usadas em microscopia eletrônica; mais comumente são bombas de palheta rotativa, bombas de diafragma, bombas espirais, bombas turbomoleculares e bombas de íons. Dependendo de onde a bomba de vácuo é empregada no microscópio, a vibração da bomba deve ser minimizada para evitar perturbações na imagem. Em certas configurações EM (Environmental Scanning EM), as bombas devem ser capazes de bombear continuamente um ambiente de vapor de água no nível de, aproximadamente, 10 mbar. 

Uma estação de trabalho com microscópio eletrônico

Através da linha Gamma Vacuum, oferecemos agora bombas de íons, sublimação de titânio e absorventes não evaporáveis para complementar as nossas bombas mecânicas. Isto completa a nossa linha de produtos para fornecer pressões de trabalho desde a atmosférica até à UHV, permitindo uma oferta de solução de vácuo verdadeiramente completa. 

Bombas de vácuo usadas em microscopia eletrônica:

Bombas absorvedoras de íons (IGPs)

É necessário reduzir para níveis altos de vácuo antes de ser ligado. Isso geralmente é obtido usando uma bomba turbomolecular em combinação com uma bomba de apoio (diafragma, espiral ou palheta rotativa). Uma vez alcançado o nível de vácuo desejado (geralmente 10-6 mbar ou menos), o IGP pode ser ligado. As bombas de vácuo IGP estão disponíveis em três tipos básicos: a bomba de diodo convencional (CV); a bomba de íon diferencial (DI) ou diodo nobre e a bomba de triodo. Todas as três variantes consistem em uma câmara de vácuo, variando em tamanho de acordo com a velocidade da bomba, um flange Conflat e uma alimentação de alta tensão. Externamente, possuem um par de placas magnéticas de ferrite ligadas por um suporte de sustentação que produz um campo magnético da ordem de 0,12 T.

A bomba de CV é mais adequada para aplicações que exigem que gases reativos (como oxigênio, hidrogênio, hidrocarbonetos, nitrogênio e vapor de água etc.) sejam bombeados. Internamente, ela contém um par de placas catódicas de titânio mantidas no potencial de terra que “fazem um sanduíche” de uma série de tubos anódicos de aço inoxidável eletricamente isolados. Uma alta tensão, normalmente de 7 kV, é aplicada aos tubos anódicos, causando a emissão de elétrons livres. Esses elétrons viajam em um movimento espiral (causado pelo campo magnético) e podem eventualmente atingir uma molécula de gás, derrubando um elétron, criando um íon carregado positivamente. Esse íon é então repelido pelos tubos anódicos carregados positivamente e atraído para a placa de catódica aterrada, onde impacta a superfície em alta velocidade, onde ocorre uma reação química com a placa catódica de titânio. A pulverização de titânio também é iniciada, o que forma uma camada ativa de bombeamento absorvente de titânio.

A bomba absorvedora DI possui capacidades superiores de bombeamento de gases nobre, mas como resultado perde algum bombeamento de gás reativo. As placas de titânio são substituídas por tântalo. As moléculas de gás são novamente ionizadas pelo bombardeio de elétrons, mas quando aceleram e atingem as placas do ânodo de tântalo, elas são refletidas como neutros de alta energia que, então, se combinam nas superfícies e são eventualmente bombeadas por tântalo pulverizado.

A bomba de vácuo triodo tem uma construção ligeiramente diferente. Aqui, os tubos são aterrados e as placas catódicas são substituídas por tiras anódicas de titânio com um potencial negativo de alta tensão. Os íons são gerados da maneira habitual e são acelerados em direção a essas tiras, onde impactam e são liberados como neutros de alta energia, finalmente se incorporando nas paredes da câmara e são bombeados por titânio pulverizado. As tiras de titânio têm bordas afiadas e, como estão em alto potencial negativo, são propensas a desenvolver "bigodes" que podem periodicamente “descarregar”, causando alguma instabilidade elétrica ao longo do tempo.

 

As IGPS, dependendo da quantidade e dos tipos de gases presentes, podem gerar vácuos que variam de 10-6 a 10-12 mbar. Em microscópios de elétrons, eles são normalmente usados na coluna de elétrons, onde a falta de peças mecânicas móveis significa que podem produzir condições de UHV livres de vibração. 

Sistemas de vácuo para glove boxes

Os glove boxes são espaços de trabalho fechados para o manuseio de materiais em completo isolamento, livres de oxigênio ou umidade. Para conseguir esse isolamento, as bombas de vácuo evacuam o ar residual ambiente do glove box, que é então purgado com um gás inerte, como nitrogênio ou argônio, e vedado. O ambiente de baixa pressão criado pela bomba de vácuo evita que a atmosfera externa entre no glove box. 

Vários tipos diferentes de bombas de vácuo que podem ser usadas em glove boxes, incluindo bombas de diafragma, bombas de palheta rotativa e bombas espirais. A escolha da bomba depende das necessidades específicas da aplicação, como vazões de gás, nível de vácuo e requisitos de manutenção.  

Glovebox com estrutura de gás inerte

Sistemas de vácuo para difração de raios X (XRD)

A XRD é uma técnica usada para analisar a estrutura de materiais examinando como eles interagem com os raios X. Quando os raios X são direcionados a uma amostra, eles são difratados em um padrão específico que pode ser analisado para determinar a estrutura cristalina da amostra. 

O vácuo é usado em XRD para eliminar moléculas atmosféricas, que podem espalhar e absorver os raios X, levando a taxas reduzidas de sinal/ruído e dados menos precisos. Ao remover moléculas de ar e criar um vácuo, os raios X podem interagir com a amostra sem interferência, resultando em dados de melhor qualidade. 

O vácuo também é usado na XRD para reduzir a contaminação da amostra. Quando a amostra é exposta ao ar, ela pode ser contaminada por poeira, vapor de água e outras partículas transportadas pelo ar, o que pode interferir no padrão de difração. Ao utilizar vácuo, a amostra fica protegida desses contaminantes, resultando em uma análise mais precisa. 

Para criar vácuo em um instrumento XRD, uma bomba de vácuo é usada para remover moléculas de ar da câmara de amostra. Diferentes tipos de bombas de vácuo, como bombas de palheta rotativa, bombas de diafragma e bombas turbomoleculares, podem ser usadas dependendo dos requisitos específicos do instrumento e da amostra que está sendo analisada. 

Imagem gerada por IA da estrutura de átomo ou da molécula
Funcionário da Edwards está em pé no corredor sorrindo
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