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在現代化實驗室科研領域里,實驗室真空泵是基礎設備,猶如一個無聲的助手,為各種實驗裝置提供必要的真空環境。其核心任務是從一個密閉系統中持續地移除氣體分子,從而創造出低于大氣壓的真空環境。它的工作原理主要基于機械方式,通過泵體的周期性運動,不斷地擴大泵腔容積以吸入氣體,隨后壓縮并最終將氣體排出至大氣中。這一循環過程如同一個高效的“氣體搬運工",逐步將密封容器內的壓力降低。
實驗室真空泵通過與多種儀器搭配,廣泛應用于蒸發、過濾、干燥等關鍵工藝流程,形成完整的實驗系統。下面我們來介紹實驗室真空泵最常見的一些儀器搭配和應用。
● 旋轉蒸發儀——實驗室中最常見的需要真空環境的設備之一。通過降低系統壓力,旋轉蒸發儀可以在較低溫度下完成溶液的濃縮和溶劑的回收。這類應用要求真空泵具有穩定的真空維持能力和良好的溶劑耐受性。由于在蒸發過程中會產生大量溶劑蒸氣,真空泵需要能夠有效處理這些可凝性氣體,防止其影響泵的性能或造成損壞。所以搭配旋轉蒸發儀的真空泵需要滿足高真空、耐腐蝕和最好帶有緩沖瓶的設計,比如CH411防腐蝕高真空泵隔膜泵,采用PTFE聚四氟乙烯材質,抗強化學腐蝕,同時二級泵構造能達到0.099MPa高真空度,又在前后各配有一組緩沖瓶。

● 真空干燥——真空環境下的干燥可以防止熱敏性物質分解,并加速揮發性溶劑的去除。真空泵通過持續移除干燥過程中產生的溶劑蒸氣,維持箱內低壓狀態。真空干燥過程中,材料內部的溶劑或水分會緩慢釋放,要求真空泵具有連續工作能力和穩定的極限真空度。這類應用通常周期較長,可能需要數小時甚至數天,因此對真空泵的可靠性和耐久性有較高要求。此外,一般需要使用抽速快、真空度高的產品,如R610二級無油真空泵,能在較短時間內將干燥箱或干燥器抽到所需真空度。

● 真空過濾——通過在過濾器內部抽氣形成負壓,加速液體通過濾膜,實現固液分離。這種應用在化學合成、樣品制備或前處理、環境監測、食品藥品安全檢測等領域,可以說是用途最為廣泛的一項真空應用。真空過濾主要利用壓差加速過濾過程,其特點是周期短、壓力波動大。這類應用對真空度的要求通常不高,但需要真空泵具備快速的抽氣能力,以便在短時間內建立所需的真空度。同時,過濾過程中要防止液體倒吸進入真空泵系統,比如專門用于過濾的RS204-SB1不銹鋼過濾真空泵就帶有1L的前置緩沖瓶。有一些真空過濾應用,需要過濾具有腐蝕揮發性的溶劑或化學品,這還需要抽濾泵具有防化學腐蝕的能力。
●厭氧培養箱——用于培養嚴格厭氧的微生物。其傳遞艙同樣需要通過真空泵抽除空氣,再充入無氧的混合氣體,確保厭氧菌在傳遞過程中不被氧氣殺死。這也是一種對真空度要求較高的應用,抽走的空氣越多,所能充入的混合氣體越多,所以也需要使用二級泵,但是由于厭氧培養裝置容積一般不大,所以可以使用真空度高,抽速普通的機型如R410即可。
●蒸餾裝置——是一種在高真空下操作的蒸餾方法,這時蒸氣分子的平均自由程(指分子在兩次連續碰撞之間走過的平均距離)大于蒸發表面與冷凝表面之間的距離。利用料液中各組分蒸發速率的差異,實現對液體混合物的分離,尤其適合處理高沸點、熱敏性物料。真空系統在分子蒸餾中主要負責:創造并維持高真空環境:這是實現分子自由程大于蒸發-冷凝間距的前提;移除不凝性氣體:物料脫出的氣體和系統可能的微小泄漏,都需要真空泵持續抽走;保障分離效率:穩定的高真空是保證分離效果和產品純度的基礎。
●真空封裝——在實驗室規模下,對某些對水氧敏感的標準品、試劑或小型器件,可以使用小型真空封裝機,連接真空泵抽走包裝袋內的空氣后立即熱封,以長期保持其穩定性和活性。
●電泳脫色搖床——這是一個相對簡單但實用的應用。在蛋白質凝膠電泳后,需要對凝膠進行染色與脫色。將染色后的凝膠放入脫色液中,通過小型真空泵在封閉系統內循環抽吸和鼓泡,可以極大地加速脫色過程,并使其更均勻,縮短實驗等待時間。

●固相萃取儀——真空泵在固相萃取中的應用,核心在于通過負壓驅動樣品液體高效通過萃取柱,實現目標化合物的快速分離與富集。真空泵能產生穩定負壓,拉動或推動液體樣品以恒定流速通過SPE柱填料,替代手動注射器推注,實現自動化或半自動化的樣品處理,保證結果重現性。