Wegweiser durch das Vakuum im Labor
20Seiten

WEGWEISER... ...DURCH DAS VAKUUM IM LABOR Technik und Anwendungen für Chemie und Life Science

VORWORT Unglaublich aber wahr, eine Technik mit der man buchstäblich das „Nichts“ erzeugt, gehört zu einer weit verbreiteten Schlüsseltechnologie. Ob zu Hause beim Staubsaugen, bei der Herstellung verschiedenster Güter, bei der Automatisierung oder im Labor, überall kommt Vakuumtechnik zum Einsatz. Auf den folgenden Seiten bleiben wir jedoch im Labor und verschaffen Ihnen einen Überblick, welche besonderen Anforderungen Vakuumtechnik dort erfüllen muss und welche technischen Lösungen hier genutzt werden können. „Gutes Werkzeug, halbe Arbeit“ – dieses alte Handwerkersprichwort gilt nicht nur...

WARUM VAKUUM? Viele nutzen Vakuum täglich im Labor. Doch was ist eigentlich der Sinn und Zweck dahinter? Vakuum wird für viele Standardverfahren bei der Probenvorund -aufbereitung eingesetzt. Meist steht es dabei nicht im Vordergrund, ist aber absolut essentiell. Die bekanntesten Anwendungen sind das Nutschen in Form einer Vakuumfiltration und das Trocknen. Natürlich könnte man - wie bei dem Aufbrühen eines Kaffees - auch ohne Vakuum filtrieren und die Schwerkraft ihren Job machen lassen. Diese sorgt letztendlich dafür, dass Wasser durch den Kaffeefilter läuft. Doch im Labor zeigt sich,...

ANFORDERUNGEN AN DIE VAKUUMTECHNIK Die Anforderungen an das Vakuum sind immer abhängig von der individuellen Anwendung und dem Einsatz unterschiedlichster Lösungsmittel und Substanzen. Merkmale wie Siedepunkt, Korrosionsgefahr und die Menge der zu verdampfenden Lösungsmittel spielen bei der Auswahl und Dimensionierung der Geräte eine wichtige Rolle. So stellt es zum Beispiel einen entscheidenden Unterschied dar, ob Methanol, Dimethylsulfoxid (DMSO) oder eine Mehrkomponentenmischung bei einer bestimmten Temperatur verdampft werden soll, da diese Stoffe unterschiedliche Siedepunkte haben. Je...

Abhängig vom jeweiligen Druckbereich kommen bei der Vakuumerzeugung unterschiedliche Pumpentechnologien zum Einsatz. Während der Grobvakuumbereich am effizientesten mit Membranpumpen abgedeckt werden kann, kommen bei der Erzeugung des Feinvakuums oft Drehschieberpumpen zum Einsatz. extrem hohes UltraVakuum hochvakuum (XHV) (UHV) DrehschieberMembranpumpentechnologie pumpentechnologie + Evakuierung der Probenkammer bei Analysegeräten + Lösungsmittelentgasung + Vakuum-Konzentration + Trocknung von Proteingelen + Trocknung von Substanzen im Trockenschrank + Eindampfung mittels Rotationsoder...

Die Angabe des Saugvermögens erfolgt in Kubikmeter pro Stunde [m3/h] oder Liter pro Minute [l/min] (1 m3/h ≙ 16,6 l/min). Je größer das Saugvermögen ist, desto schneller kann die Pumpe ein bestimmtes Volumen evakuieren. Beim Vergleich des maximalen Saugvermögens zweier Pumpen gilt es jedoch zu beachten, dass diese Angabe unter Atmosphärendruck gemessen wird. Mit sinkendem Druck lässt das Saugvermögen nach, da immer weniger Moleküle „weggepumpt“ werden können. Das Ausmaß dieses Leistungsverlustes ist von Pumpe zu Pumpe unterschiedlich und hängt von konstruktionsbedingten Details ab. Nimmt...

Eignung für chemische Prozesse Im Chemielabor ist es wichtig, dass korrosionsbeständige Pumpen zum Einsatz kommen. Dies wird in erster Linie durch die Verwendung chemiebeständiger Kunststoffe und durch spezielle Pumpenkopftechnologie gewährleistet. Wenn von Chemie die Rede ist, sind zudem meist Lösungsmittel, also brennbare Stoffe im Einsatz. Die meisten VACUUBRAND Chemiemembranpumpen sind daher mit einer ATEX-Zulassung der Gerätekategorie 3 im inneren, medienberührten Bereich ausgestattet, so dass nahezu alle gängigen Lösungsmittel in Labor-üblichen Mengen bedenkenlos verwendet werden...

TECHNIK Für die eben erläuterten Anforderungen existiert eine Vielfalt an technischen Lösungen. Auf den ersten Blick unterscheiden sich diese anhand der verwendeten Pumpentechnologie sowie der Anzahl und Verschaltung der Pumpenköpfe. Der Ausdruck Pumpenkopf bezeichnet in diesem Fall die Einheit aus mechanischen Bauteilen um den einzelnen Schöpfraum, durch den die Medien gepumpt werden. Leistung und Robustheit einer Pumpe sind aber auch stark abhängig von Konstruktionsdetails und der Qualität der verwendeten Materialen. Weitere Unterscheidungsmerkmale ergeben sich aus dem verwendeten...

Gehäusedeckel Ventile Kopfdeckel Schöpfraum Membranspannscheibe Membrane Membranstützscheibe Pleuel Exzenterscheibe Abb. 4: Schematische Darstellung einer Membranpumpe Entscheidend ist, dass die verwendeten Materialien im Pumpenkopf chemiebeständig sind. Für die Herstellung unterschiedlicher Teile im Pumpenkopf werden jeweils spezielle Fluorkunststoffe verwendet, die eine hohe Langzeitstabilität und -dichtigkeit aufweisen (Abb. 5). Fluorkunststoffe sind zwar chemisch äußerst beständig, aber mechanisch nicht sehr stabil, daher ist ein metallischer Stabilitätskern im Inneren enorm wichtig....

Bei einer Drehschieberpumpe rotiert ein exzentrisch gelagerter Zylinder mit beweglichen Schiebern im Schöpfraum eines weiteren Zylinders und schiebt so das einströmende Gas Richtung Auslass. Ab einem gewissen Punkt der Rotation führt die exzentrische Lagerung dazu, dass das Gas durch die Bewegung des Schiebers komprimiert wird (Abb. 6). Sobald der Gasdruck den Öffnungsdruck des Auslassventils überschreitet, entweicht das Gas zum Auslass. Öl dient dabei zur Schmierung und Abdichtung der Schieber zum Metallzylinder. Abb. 6: Aufbau einer Drehschieberpumpe Der Vorteil dieser Technologie...

Eine Chemie-Hybridpumpe ist in solchen Fällen eine gute Alternative. Diese besteht aus einer Drehschieberpumpe, kombiniert mit einer chemiebeständigen Membranpumpe, die den Ölkasten während des Prozesses permanent evakuiert und somit von korrosiven Dämpfen und Kondensaten befreit. Einstufig oder mehrstufig? Das Endvakuum und das Saugvermögen einer Pumpe hängen von der modularen Verschaltung der Pumpenköpfe ab. Die parallele Verschaltung von Pumpenköpfen bewirkt eine Erhöhung des Saugvermögens, während eine serielle Verschaltung zu besserem Vakuum - also niedrigerem Enddruck - führt (Abb....