Vakuumsystem för rena och tillförlitliga analysmiljöer
Vakuumpumpar spelar en avgörande roll i många typer av analysinstrument genom att skapa rätt vakuumförhållanden som är nödvändiga för exakta, precisa och tillförlitliga mätningar. Vakuumpumpar avlägsnar luft och andra gaser från instrumentkammare och vid beredning av prover genom att skapa en vakuummiljö som minskar potentiella störningar från kvarvarande atmosfäriska gaser. Detta gör det möjligt att detektera signaler från de minsta proverna, vilket är avgörande för prestandan i det breda utbudet av analytiska tillämpningar.
Det finns flera typer av vakuumpumpar, från lamellpumpar (RV och E2M ), scroll- och flerstegs roterande vakuumpumpar ( nXRi och nXLi ) till turbomolekylära och jonåtervinningspumpar som används i analysinstrument.
Primärpumpar utblåser till atmosfäriskt tryck och uppnår tryck i låg- och medelvakuumnivåer. De kan använda olja eller vara ”torra”.
Sekundärpumpar som uppnår höga och ultrahöga vakuumnivåer kräver en stödjande primärpump. Vilken typ av vakuumpump som används beror på de specifika kraven för den analytiska tillämpningen.
Alla våra vakuumpumpar och deras styrenheter har utvecklats med ledande OEM-tillverkare inom analysinstrumentområdet i åtanke.
I vissa fall, när en standardpump inte matchar det tillgängliga utrymmet eller prestandakraven för din process, kommer vårt team för ”Skräddarsydd produktutveckling” (BPD) att utveckla en anpassad vakuumlösning. Denna utvecklas tillsammans med dig, specifikt för din tillämpning.
Vakuumsystem för masspektrometri
Masspektrometri (MS) är en vetenskaplig teknik som används för att mäta massan och relativa mängder av atomer och molekyler i ett prov. I grund och botten kan den betraktas som en kemisk analysator. Först måste provet ”joniseras”, vilket kan göras med olika tekniker beroende på provtyp. Jonerna separeras sedan, igen med hjälp av den mest lämpliga metoden, enligt deras mass-till-laddningsförhållande. De detekteras sedan och signalerna bearbetas slutligen för att ge det resulterande masspektrumet.
Masspektrometri har ett brett spektrum av tillämpningar, inklusive kemi, biologi, miljövetenskap, farmakologi och medicin. Den kan användas för att identifiera okända föreningar, för att kvantifiera mängden specifika föreningar i ett prov och för att hjälpa till att bestämma strukturen hos komplexa molekyler.
Noggrannheten och precisionen hos masspektrometrimätningar är beroende av varierande vakuumnivåer. Vakuumpumpar avlägsnar kvarvarande gasmolekyler som kan störa mätprocessen och säkerställer därmed att masspektrometern fungerar inom önskade vakuumförhållanden.
Vanliga vakuumpumpstekniker för masspektrometri inkluderar:
Lamellpumpar (RV och E2M)
Mekanismen i en oljetätad lamellpump (RVP) består av en uppsättning glidande lameller som hålls i en rotor som roterar excentriskt i ett cylindriskt statorhus. När de oljesmorda bladen roterar med rotorn trycks de mot statorhusets vägg av centrifugalkraften. Gas som kommer in i pumpen innesluts av lamellerna och komprimeras till en reducerande volym tills den når pumputloppet där den släpps ut i atmosfären. En- eller tvåstegs RVP används och ger olika sluttryck.
Flerstegs roterande vakuumpumpar (MSR) (nXRi och nXLi)
I sin enklaste form är en MSR en torrotorpump som använder två motroterande, sammankopplade ”lobed”-rotorer som roterar i ett statorhus med matchande profil. Gas kommer in i torrpumpen genom en inloppsfläns som är placerad vinkelrätt mot rotorerna och ”isoleras” sedan mellan de snabbt roterande rotorerna (som roterar i motsatta riktningar), komprimeras och leds sedan till nästa steg. Rotorernas geometri skapar kompression och därmed producerar varje steg ett gradvis högre tryck. En MSR-pump använder vanligtvis sju rotorsteg på delade axlar, utloppssteget i en uppsättning är anslutet till inloppssteget i nästa och så vidare. Den komprimerade gasen släpps sedan ut i atmosfären via det sista utloppssteget.
Scrollpumpar
En torrgående scrollpump består av två spiralformade spiraler som är sammanlindade i ett vakuumhus. En spiralform är fast medan den andra orbiterande spiralen rör sig excentriskt utan att rotera, inom den andra. Gas kommer in i den (utvändiga) öppna änden av spiralerna och när en av spiralerna kretsar isoleras en mängd gas mellan spiralerna och ”kläms och transporteras” mellan de två spiralerna. När den isolerade gasen rör sig mot mitten av mekanismen minskar volymen och den isolerade gasmängden komprimeras kontinuerligt tills den i mitten av huset trycks ut till atmosfärstryck via en backventil.
Turbomolekylära pumpar (TMP)
Dessa pumpar arbetar med hjälp av turbinblad med mycket högt varvtal (i intervallet 1 000 Hz) för att avlägsna gasmolekyler från instrumentets vakuumkammare och in i pumpens inlopp. De används i stor utsträckning eftersom de kan skapa ett brett spektrum av vakuumnivåer som krävs, från 10 -2 till 10 -10 mbar, för de olika processer som används i ett instrument.
Skräddarsydda lösningar
OEM-tillverkare har ofta specifika krav, i vilket fall Edwards Bespoke Product Development-grupp (BPD) samkonstruerar en vakuumlösning som passar kundens exakta behov.
Vakuumsystem för elektronmikroskopi
Forskare som arbetar med elektronmikroskop identifierar den minsta mängden materia på jorden och behöver tysta, vibrationsfria och tillförlitliga vakuumpumpar.
Elektronmikroskop (EM) använder olika vakuumnivåer för att uppnå önskad prestanda. När det gäller elektronpistolen vid ”källan” krävs en UHV-miljö för att förhindra skador på elektronkällan. Detta gör det också möjligt för elektronstrålen att resa från källan, genom elektronpelaren och vidare till provet utan att spridas eller absorberas av restgasmolekyler. Elektronstrålen interagerar sedan med provet och skapar signaler som detekteras och används för att producera en bild.
För att uppnå högupplösta bilder måste vakuumet i mikroskopkammaren vara av hög och jämn kvalitet, inklusive UHV-förhållanden i vissa fall, vilket kräver användning av vakuumpumpar.
Olika vakuumpumpstekniker används inom elektronmikroskopi. De vanligaste är:
- lamellpumpar,
- membranpumpar
- scrollpumpar,
- turbomolekylära pumpar
- och jonpumpar.
Beroende på var i mikroskopet vakuumpumpen används måste vibrationerna från pumpen minimeras för att förhindra bildstörningar. I vissa EM-konfigurationer (Environmental Scanning EM) måste pumparna kunna pumpa vattenånga kontinuerligt vid en nivå på ~10 mbar.
Genom Gamma Vacuum-sortimentet erbjuder vi nu jon-, titansublimerings- och icke-avdunstningsbara getterpumpar som komplement till våra mekaniska pumpar. Detta kompletterar vårt sortiment av produkter för att leverera arbetstryck från atmosfäriskt till UHV, vilket möjliggör ett verkligt komplett vakuumlösningserbjudande.
Jonåtervinningspumpar (IGP)
IGP:er kan, beroende på mängden och typen av gaser som finns, generera vakuum från 10-6 till 10-12 mbar. I elektronmikroskop används de vanligtvis på elektronpelaren där deras avsaknad av rörliga mekaniska delar innebär att de kan producera vibrationsfria UHV-förhållanden.
Behöver sänkas till höga vakuumnivåer innan den slås på. Detta uppnås vanligtvis genom att använda en turbomolekylär pump i kombination med en förpump (membran-, scroll- eller lamellpump).
När önskad vakuumnivå (vanligtvis 10-6 mbar eller mindre) har uppnåtts kan IGP slås på.
IGP-vakuumpumpar finns i tre grundläggande typer:
Alla tre varianterna består av en vakuumkammare, vars storlek varierar beroende på pumpens varvtal, en Conflat-fläns och en högspänningsgenomföring. Utvändigt är de försedda med ett par ferritiska magnetplattor som är kopplade till ett ok som producerar ett magnetfält i storleksordningen 0,12 T.
Vanliga diodpumpar (CV)
CV-pumpen är bäst lämpad för tillämpningar som kräver reaktiva gaser (såsom syre, väte, kolväten, kväve och vattenånga osv.) att pumpas. Internt innehåller den ett par katodplattor av titan som hålls vid jordpotential och som ”sandwichar” en serie elektriskt isolerade anodrör av rostfritt stål. En hög spänning, vanligtvis 7 kV, läggs på anodrören och fria elektroner avges. Dessa elektroner rör sig i en spiralrörelse (orsakad av magnetfältet) och kan så småningom träffa en gasmolekyl som slår av en elektron och skapar en positivt laddad jon. Denna jon stöts sedan bort av de positivt laddade anodrören och dras till den jordade katodplattan där den träffar ytan med hög hastighet där en kemisk reaktion sker med titankatodplattan. Sputtring av titan inleds också, vilket bildar ett aktivt getterpumpskikt av titan.
Differentiell jonpump (DI) eller Noble Diode-pump
DI-getterpumpen har överlägsna kapaciteter för pumpning av ädelgas, men förlorar som ett resultat en del reaktiv gaspumpning. Titanplattorna ersätts med tantalplattor. Gasmolekyler joniseras igen genom elektronbombning, men när de accelererar och träffar tantalanodplattorna reflekteras de som högenergineutraler som sedan går vidare till att kombineras på ytor och så småningom getterpumpas av sputterat tantal.
Triode Pump
Triode-vakuumpumpen har en något annorlunda bygg- och anläggning. Här jordas rören och katodplattorna ersätts av anod-titanremsor vid en negativ högspänningspotential. Joner genereras på vanligt sätt och accelereras mot dessa remsor där de träffar och frigörs som högenergineutraler som slutligen bäddar in sig i kammarväggarna och getterpumpas av sputterat titan. Titanremsorna har vassa kanter och eftersom de har hög negativ potential är de benägna att utveckla ”whiskers” som med jämna mellanrum kan ”blixtra över” och orsaka viss elektrisk instabilitet över tid.
Vakuumsystem för handskfack
Handskboxar är de slutna arbetsutrymmena för hantering av material i fullständig isolering, fria från syre eller fukt. För att uppnå denna isolering evakuerar vakuumpumpar omgivande restluft från handskfacket, som sedan renas med en inert gas, t.ex. kvävgas eller argon, och försluts. Lågtrycksmiljön som skapas av vakuumpumpen förhindrar att den yttre atmosfären kommer in i handskfacket.
Flera olika typer av vakuumpumpar som kan användas för handskboxar, inklusive membranpumpar, lamellpumpar och scrollpumpar. Valet av pump beror på tillämpningens specifika behov, såsom gasflödeshastigheter, vakuumnivå och underhållskrav.
Vakuumsystem för röntgendiffraktion (XRD)
XRD är en teknik som används för att analysera strukturen hos material genom att undersöka hur de interagerar med röntgenstrålar. När röntgenstrålar riktas mot ett prov diffrakteras de i ett specifikt mönster som kan analyseras för att bestämma provets kristallstruktur.
Vakuum används i XRD för att eliminera atmosfäriska molekyler som kan sprida och absorbera röntgenstrålarna, vilket leder till minskade signal-till-brus-förhållanden och mindre exakta data. Genom att avlägsna luftmolekyler och skapa ett vakuum kan röntgenstrålarna interagera med provet utan störningar, vilket resulterar i bättre datakvalitet.
Vakuum används också i XRD för att minska provkontaminering. När provet exponeras för luft kan det kontamineras av damm, vattenånga och andra luftburna partiklar som kan störa diffraktionsmönstret. Genom att använda vakuum skyddas provet från dessa föroreningar, vilket resulterar i en mer exakt analys.
För att skapa ett vakuum i ett XRD-instrument används en vakuumpump för att avlägsna luftmolekyler från provkammaren. Olika typer av vakuumpumpar, som lamellpumpar, membranpumpar och turbomolekylära pumpar, kan användas beroende på de specifika kraven för instrumentet och provet som analyseras.
