Vákuové systémy pre čisté a spoľahlivé analytické prostredia
Vákuové čerpadlá zohrávajú kľúčovú úlohu v mnohých typoch analytických prístrojov tým, že vytvárajú správne podmienky vákua, ktoré sú potrebné na presné, precízne a spoľahlivé merania. Vákuové čerpadlá odstraňujú vzduch a iné plyny z komôr nástrojov a pri príprave vzoriek vytvorením vákuového prostredia, ktoré znižuje potenciálne rušenie zvyškovými atmosférickými plynmi. To umožňuje detekciu signálov z najmenších vzoriek, čo je rozhodujúce pre výkon širokej škály analytických aplikácií.
Existuje niekoľko typov vákuových čerpadiel, od rotačných lopatkových (RV a E2M ), špirálových a viacstupňových primárnych Rootsových čerpadiel ( nXRi a nXLi ) až po turbomolekulárne a sekundárne čerpadlá s iónovým separátorom, ktoré sa používajú v analytických prístrojoch.
Primárne čerpadlá vypúšťajú na atmosférický tlak a dosahujú tlaky v nízkom a strednom podtlaku; môžu používať olej alebo byť „suché“.
Sekundárne čerpadlá, ktoré dosahujú vysoké a ultravysoké úrovne podtlaku, vyžadujú pomocné primárne čerpadlo. Typ použitého vákuového čerpadla závisí od špecifických požiadaviek analytickej aplikácie.
Všetky naše vákuové čerpadlá a ich ovládače sú vyvinuté s ohľadom na popredných výrobcov OEM v oblasti analytických prístrojov.
V niektorých prípadoch, keď štandardné čerpadlo nezodpovedá dostupným priestorovým alebo výkonnostným požiadavkám vášho procesu, náš tím „vývoja produktov na mieru“ (BPD) vyvinie prispôsobené vákuové riešenie. Toto sa navrhne spolu s vami, špeciálne pre vašu aplikáciu.
Vákuové systémy na hmotnostnú spektrometriu
Hmotnostná spektrometria (MS) je vedecká technika na meranie hmotnosti a relatívnych množstiev atómov a molekúl vo vzorke. V podstate sa dá považovať za chemický analyzátor. Po prvé, vzorka sa musí „ionizovať“, čo možno vykonať rôznymi technikami v závislosti od typu vzorky. Ióny sa potom oddeľujú, opäť použitím najvhodnejšej metódy, podľa ich pomeru hmotnosti k náboju. Potom sa zistia a signály sa nakoniec spracujú na získanie výsledného hmotnostného spektra.
Hmotnostná spektrometria má širokú škálu aplikácií vrátane chémie, biológie, environmentálnych vied, farmakológie a medicíny. Môže sa použiť na identifikáciu neznámych zlúčenín, kvantifikáciu množstiev špecifických zlúčenín vo vzorke a na pomoc pri určovaní štruktúry komplexných molekúl.
Presnosť a precíznosť meraní hmotnostnej spektrometrie závisí od rôznych úrovní vákua. Vákuové čerpadlá odstraňujú zvyškové molekuly plynu, ktoré by mohli rušiť proces merania, a tým zaisťujú, že hmotnostný spektrometer pracuje v požadovaných podmienkach vákua.
Medzi bežné technológie vákuových čerpadiel na hmotnostnú spektrometriu patria:
Rotačné lopatkové čerpadlá (RV a E2M)
Mechanizmus olejom utesneného rotačného lopatkového čerpadla (RVP) pozostáva zo súpravy klzných lopatiek držaných v rotore, ktorý sa otáča excentricky v cylindrickom telese statora. Keď sa lopatky mazané olejom otáčajú spolu s rotorom, odstredivá sila ich odstredivou silou pritláča na stenu telesa statora. Plyn vstupujúci do čerpadla je obmedzovaný lopatkami a stlačený do redukčného objemu, kým nedosiahne výstup čerpadla, keď je vypustený do atmosféry. Používajú sa jednostupňové alebo dvojstupňové ventily RVP, ktoré poskytujú rôzne koncové tlaky.
Viacstupňové Rootsove čerpadlá (MSR) (nXRi a nXLi)
V najjednoduchšej forme je MSR suché rootsove čerpadlo, ktoré využíva dva vzájomne prepojené protichodne sa otáčajúce „lobové“ rotory, ktoré sa otáčajú v puzdre statora so zodpovedajúcim profilom. Plyn vstupuje do suchého čerpadla cez vstupnú prírubu umiestnenú kolmo na rotory a potom je „izolovaný“ medzi rýchlo sa otáčajúcimi rotormi (ktoré sa otáčajú v opačných smeroch), stlačený a potom privádzaný do ďalšieho stupňa. Geometria rotorov vytvára kompresiu, a preto každý stupeň produkuje postupne vyšší tlak. Čerpadlo MSR zvyčajne používa sedem fáz rotora na spoločných hriadeľoch, výfuková fáza jednej súpravy je pripojená k vstupnej fáze ďalšej a tak ďalej. Stlačený plyn je potom vypúšťaný do atmosféry cez koncovú výfukovú fázu.
Špirálové čerpadlá
Suché špirálové čerpadlo pozostáva z dvoch špirálových geometrií s dvojitým navíjaním, ktoré sa nachádzajú vo vákuovom kryte. Jedna špirálová forma je pevná, zatiaľ čo druhá obežná špirála sa pohybuje excentricky bez otáčania v rámci druhej. Plyn vstupuje do (vonkajšieho) otvoreného konca špirál a keďže jedna zo špirál obieha, množstvo plynu je izolované medzi špirálami a je „stlačené a prepravované“ medzi dvoma špirálami. Keďže sa tento izolovaný plyn pohybuje smerom k stredu mechanizmu, objem, ktorý zaberá, sa znižuje, a preto sa toto izolované množstvo plynu neustále stlačuje, až kým sa v strede telesa nevypustí cez spätný ventil na atmosférický tlak.
Turbomolekulárne čerpadlá (TMP)
Tieto čerpadlá pracujú pomocou turbínových lopatiek s veľmi vysokou rýchlosťou otáčania (v rozsahu 1 000 Hz) na odstránenie molekúl plynu z vákuovej komory prístroja a do vstupu čerpadla. Používajú sa široko, pretože dokážu vytvoriť široký rozsah úrovní vákua potrebných pre rôzne procesy používané v prístroji, od 10 -2 do 10 - 10 mbar.
Riešenia na mieru
Výrobcovia originálnych zariadení majú často špecifické požiadavky, v takom prípade skupina Edwards Bespoke Product Development (BPD) spolupracuje na vývoji vákuového riešenia, ktoré presne vyhovuje potrebám zákazníka.
Vákuové systémy pre elektrónovú mikroskopiu
Vedci pracujúci s elektrónovými mikroskopmi identifikujú najmenšie množstvá hmoty na Zemi a vyžadujú tiché, bezvibračné a spoľahlivé vákuové čerpadlá.
Elektronové mikroskopy (EM) využívajú na dosiahnutie požadovaného výkonu rôzne úrovne vákua. V prípade elektrónovej pištole na „zdroji“ je potrebné prostredie UHV, aby sa zabránilo poškodeniu zdroja elektrónu. To tiež umožňuje elektrónovému lúču prechádzať zo zdroja cez elektrónový stĺpec a ďalej do vzorky bez toho, aby bol rozptýlený alebo absorbovaný zvyškovými molekulami plynu. Elektrónový lúč potom interaguje so vzorkou a vytvára signály, ktoré sa detegujú a používajú na vytvorenie obrazu.
Na dosiahnutie snímok s vysokým rozlíšením musí byť vákuum v komore mikroskopu vysokej a konzistentnej kvality, v niektorých prípadoch vrátane podmienok UHV, čo si vyžaduje použitie vákuových čerpadiel.
V elektrónovej mikroskopii sa používajú rôzne technológie vákuových čerpadiel; najčastejšie sú to:
- rotačné lopatkové čerpadlá,
- Membránové čerpadlá
- špirálové čerpadlá,
- turbomolekulárne čerpadlá
- a iónové pumpy.
V závislosti od toho, kde v mikroskope sa vákuová pumpa používa, sa musia minimalizovať vibrácie z pumpy, aby sa zabránilo rušeniu obrazu. V určitých konfiguráciách EM (Environmental Scanning EM) musia byť čerpadlá schopné nepretržite čerpať prostredie vodnej pary na úrovni ~10 mbar.
Prostredníctvom radu Gamma Vacuum teraz ponúkame iónové, titánové sublimačné a nevypariteľné vákuové čerpadlá, ktoré dopĺňajú naše mechanické čerpadlá. To dopĺňa náš sortiment produktov na poskytovanie pracovných tlakov od atmosférického až po UHV, čo umožňuje skutočne kompletnú ponuku vákuových riešení.
Čerpadlá Ion Getter (IGP)
IGP, v závislosti od množstva a typov prítomných plynov, môžu vytvárať vákuá v rozsahu od 10 -6 do 10 -12 mbar. V elektrónových mikroskopoch sa zvyčajne používajú na elektrónovom stĺpci, kde ich absencia pohyblivých mechanických častí znamená, že môžu vytvárať podmienky UHV bez vibrácií.
Pred zapnutím sa musí znížiť na vysokú úroveň vákua. Toto sa zvyčajne dosahuje použitím turbomolekulárneho čerpadla v kombinácii s predčerpávacou pumpou (membránová, špirálová alebo rotačná lopatková).
Po dosiahnutí požadovanej úrovne vákua (zvyčajne 10 - 6 mbar alebo menej) je možné zapnúť IGP.
Vákuové čerpadlá IGP sú k dispozícii v troch základných typoch:
Všetky tri varianty pozostávajú z vákuovej komory, ktorej veľkosť sa líši v závislosti od otáčok čerpadla, príruby Conflat a priechodky vysokého napätia. Na vonkajšej strane majú pár feritových magnetických dosiek spojených strmeňom, ktorý vytvára magnetické pole v rozsahu 0,12 T.
Konvenčné diódové čerpadlá (CV)
Čerpadlo CV je najlepšie vhodné pre aplikácie, ktoré vyžadujú reaktívne plyny (napríklad kyslík, vodík, uhľovodíky, dusík a vodná para atď.) prečerpávať. Vnútri obsahuje pár titánových katódových dosiek, ktoré sa držia na potenciáli uzemnenia a ktoré „sendvičujú“ sériu elektricky izolovaných anódových rúrok z nehrdzavejúcej ocele. Na anódové trubice sa aplikuje vysoké napätie, zvyčajne 7 kV, ktoré spôsobuje emisie voľných elektrónov. Tieto elektróny sa pohybujú v špirálovom pohybe (spôsobenom magnetickým poľom) a môžu nakoniec zasiahnuť molekulu plynu, ktorá odrazí elektrón a vytvorí kladne nabitý ión. Tento ión sa potom odpudzuje kladne nabitými anódovými trubicami a priťahuje sa k uzemnenej katódovej doske, kde naráža vysokou rýchlosťou na povrch, kde dochádza k chemickej reakcii s titánovou katódovou doskou. Taktiež sa iniciuje rozprašovanie titánu, ktoré tvorí aktívnu vrstvu na čerpanie titánu.
Diferenciálna iónová (DI) alebo ušľachtilá diódová pumpa
Čerpadlo DI Getter má vynikajúce schopnosti čerpania ušľachtilého plynu, ale v dôsledku toho stráca časť čerpania reaktívneho plynu. Titánové platničky sú nahradené tantalovými platničkami. Molekuly plynu sa opäť ionizujú elektrónovým bombardovaním, ale keď sa zrýchlia a narazia na tantalové anódové dosky, odrážajú sa ako vysokoenergetické neutrálne látky, ktoré sa potom kombinujú na povrchoch a nakoniec sú čerpané rozprašovaným tantalom.
Čerpadlo Triode
Vákuová pumpa Triode má mierne odlišnú konštrukciu. Tu sa rúrky uzemnia a katódové dosky sa nahradia anódovými titánovými pásmi so záporným vysokým napäťovým potenciálom. Ióny sa generujú bežným spôsobom a zrýchľujú sa smerom k týmto prúžkom, kde narážajú a uvoľňujú sa ako vysokoenergetické neutrálne látky, ktoré sa nakoniec začlenia do stien komory a čerpajú sa pomocou rozprašovaného titánu. Titánové prúžky majú ostré hrany a keďže majú vysoký záporný potenciál, sú náchylné na tvorbu „fúzov“, ktoré môžu čas od času spôsobiť určitú elektrickú nestabilitu.
Podtlakové systémy pre odkladacie skrinky
Rukavicové skrinky sú uzavreté pracovné priestory na manipuláciu s materiálmi v úplnej izolácii, bez kyslíka alebo vlhkosti. Na dosiahnutie tejto izolácie odsávajú vákuové čerpadlá zvyškový vzduch z okolia z príručnej odkladacej skrinky, ktorý sa následne prepláchne inertným plynom, ako je dusík alebo argón, a utesní. Nízkotlakové prostredie vytvorené vákuovým čerpadlom zabraňuje vniknutiu vonkajšej atmosféry do príručnej odkladacej skrinky.
Niekoľko rôznych typov vákuových čerpadiel, ktoré možno použiť pre príručné skrinky, vrátane membránových čerpadiel, rotačných lopatkových čerpadiel a špirálových čerpadiel. Výber čerpadla závisí od špecifických potrieb aplikácie, ako sú prietoky plynu, úroveň podtlaku a požiadavky na údržbu.
Vákuové systémy na röntgenovú difrakciu (XRD)
XRD je technika používaná na analýzu štruktúry materiálov skúmaním ich interakcie s röntgenovým žiarením. Keď sú röntgenové lúče nasmerované na vzorku, sú difrakčné v špecifickom vzore, ktorý možno analyzovať na určenie kryštalickej štruktúry vzorky.
Vákuum sa používa pri RTG na odstránenie atmosférických molekúl, ktoré môžu rozptyľovať a absorbovať röntgenové žiarenie, čo vedie k zníženému pomeru signálu k šumu a menej presným údajom. Odstránením molekúl vzduchu a vytvorením vákua môžu röntgenové lúče interagovať so vzorkou bez interferencie, čo vedie k kvalitnejším údajom.
Vákuum sa používa aj pri XRD na zníženie kontaminácie vzoriek. Keď je vzorka vystavená vzduchu, môže byť kontaminovaná prachom, vodnou parou a inými časticami vo vzduchu, ktoré môžu rušiť difrakčný vzorec. Použitím podtlaku je vzorka chránená pred týmito kontaminantmi, čo vedie k presnejšej analýze.
Na vytvorenie vákua v prístroji XRD sa používa vákuové čerpadlo na odstránenie molekúl vzduchu z komory na vzorky. V závislosti od špecifických požiadaviek prístroja a analyzovanej vzorky možno použiť rôzne typy vákuových čerpadiel, ako sú rotačné lopatkové čerpadlá, membránové čerpadlá a turbomolekulárne čerpadlá.
