實(shí)驗(yàn)室防腐蝕化學(xué)真空泵的構(gòu)造原理和應(yīng)用分析

在實(shí)驗(yàn)室日常使用真空泵的一些應(yīng)用中，可能會(huì)抽吸到酸堿、有機(jī)、強(qiáng)氧化等腐蝕性氣體。如果使用普通的真空泵去抽吸上述這些氣體，真空泵的零部件，包括但不限于密封圈、管接頭、氣路管道、進(jìn)出氣閥片等均會(huì)受到腐蝕，日積月累，上述零部件會(huì)出現(xiàn)老化、變形、開裂，嚴(yán)重的直接腐蝕溶解。此時(shí)真空泵會(huì)出現(xiàn)吸力不足、抽速變慢、卡頓、時(shí)而可以啟動(dòng)時(shí)而啟動(dòng)不了，甚至完全無法開機(jī)運(yùn)行的現(xiàn)象。這主要是因?yàn)槠胀ㄕ婵毡脽o論是在零部件的選材以及設(shè)計(jì)上面，只能滿足一般抽真空的需要，并非出于防腐蝕的考慮。例如常見的會(huì)使用金屬材質(zhì)如銅、鑄鐵用于氣路和管接頭的制造，使用橡膠或尼龍制作進(jìn)出氣閥片。
       
為了滿足實(shí)驗(yàn)室種一些需要抽吸腐蝕氣體的應(yīng)用，目前市場上出現(xiàn)了耐化學(xué)腐蝕的真空泵產(chǎn)品，例如圣斯特生物CH系列實(shí)驗(yàn)室防腐蝕化學(xué)真空泵。其和普通真空泵的最大區(qū)別在于采用了聚四氟乙烯材質(zhì)來作為真空泵的主體材料。聚四氟乙烯材料通常也被簡稱為PTFE，俗稱“塑料王”。它是一種具有特殊化學(xué)結(jié)構(gòu)和優(yōu)異性能的塑料材料，對(duì)幾乎所有化學(xué)物質(zhì)都具有抵抗性，能與酸、堿、溶劑等多種化學(xué)物質(zhì)相兼容，同時(shí)還有很好的耐氧化性，能夠長期抵抗氧化分解。由于PTFE的耐腐蝕性能出色，所以被廣泛應(yīng)用于化工設(shè)備、管道、閥門等應(yīng)用中。
       
除了在材料上運(yùn)用了防腐蝕的聚四氟乙烯PTFE材質(zhì)外，實(shí)驗(yàn)室防腐蝕化學(xué)真空泵還采用了隔膜結(jié)構(gòu)，當(dāng)電機(jī)工作時(shí)，通過機(jī)械連桿來驅(qū)動(dòng)泵內(nèi)的隔膜進(jìn)行上下的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使泵頭內(nèi)部的壓縮腔和吸氣腔交替變化。當(dāng)隔膜運(yùn)動(dòng)到吸氣腔時(shí)，隨著吸氣腔的容積擴(kuò)大，壓強(qiáng)變低，致使吸氣閥門打開，吸入氣體；當(dāng)隔膜運(yùn)動(dòng)到壓縮腔時(shí)，隨著壓縮腔容積的變小，壓強(qiáng)升高，使壓縮閥門打開，再將氣體壓縮排出。如此反復(fù)進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)氣體的抽吸。這種結(jié)構(gòu)再搭配高精度的模具，使整套真空泵密封性表現(xiàn)良好，抽吸腐蝕性氣體時(shí)不會(huì)讓他們從機(jī)體內(nèi)部外泄出來，更加安全。
       
除了主體材料和結(jié)構(gòu)上滿足耐腐蝕需要外，外殼和電源的防腐蝕處理是往往最容易被忽視的。如果外殼沒有進(jìn)行仿佛是處理，那么機(jī)體外殼就會(huì)出現(xiàn)開裂、生銹等問題，也會(huì)影響到設(shè)備使用，所以我們使用了防腐蝕噴漆來進(jìn)行表面處理。而電源開關(guān)則特別設(shè)計(jì)了防腐蝕保護(hù)套，可以避免使用者穿戴附著溶劑的手套去開關(guān)電源時(shí)，溶劑進(jìn)入機(jī)體內(nèi)造成的損壞。
       
在了解完防腐蝕隔膜真空泵的構(gòu)造和防腐蝕原理后，我們在進(jìn)一步觀察哪些應(yīng)用需要使用到防腐蝕設(shè)計(jì)的真空泵：
       
●真空過濾，尤其是緩沖液、色譜流動(dòng)相試劑、有機(jī)溶劑等各種化學(xué)腐蝕強(qiáng)的液體——        
諸如緩沖液、色譜流動(dòng)相試劑、電解液、氫氟酸、磷酸、纖維檢測過濾等，這些過濾應(yīng)用中，樣品都會(huì)產(chǎn)生揮發(fā)性的氣體吸入真空泵內(nèi)，且腐蝕較強(qiáng)，會(huì)對(duì)普通零部件造成損壞。除了真空泵需要使用耐腐蝕機(jī)型外，在過濾氫氟酸、磷酸等樣品時(shí)，還應(yīng)當(dāng)注意過濾瓶的材質(zhì)，因?yàn)橐话愠Ｓ貌ＡР馁|(zhì)也無法耐受。如CH300PA是專門用于過濾上述樣品的過濾裝置，除了真空泵和氣體接觸部分全部為PTFE聚四氟乙烯材質(zhì)外，過濾瓶為特殊樹脂材料制成，可以耐受上述樣品。
         
●包括旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在內(nèi)的減壓蒸餾應(yīng)用——
此類應(yīng)用中最典型的就是使用真空泵搭配旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，是一種用來蒸發(fā)并回收有機(jī)溶劑的裝置。真空泵在其中的作用就是降低蒸餾裝置系統(tǒng)的壓力，壓力降低真空度升高，可以使得沸點(diǎn)也相應(yīng)降低，減少蒸餾的時(shí)間。由于需要加熱使溶劑蒸發(fā)，所以過程中會(huì)產(chǎn)生大量的腐蝕氣體。如果真空泵零部件為普通材料，會(huì)很快腐蝕，嚴(yán)重的情況會(huì)使電機(jī)生銹卡死。除了需要配耐腐蝕機(jī)型外，還需要注意真空度符合實(shí)驗(yàn)溶劑的蒸餾要求。此外最好選用帶有緩沖瓶的型號(hào)，如CH411旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀用隔膜真空泵，在進(jìn)氣口和出氣口都配有緩沖瓶，可以用于收集沒有及時(shí)冷凝的溶劑。
         
●離心濃縮機(jī)——
離心機(jī)產(chǎn)生的離心力使溶液中的顆�；蛉苜|(zhì)向離心管底部沉淀，在離心管底部形成一個(gè)濃縮區(qū)域。同時(shí)通過真空泵吸出離心杯內(nèi)的空氣，達(dá)到一定的真空度，使離心管底部的溶液快速蒸發(fā)。由于蒸發(fā)的樣品也帶有容積，所以也需要使用防腐蝕的機(jī)型。
 
●真空干燥箱——
如果干燥的樣品經(jīng)烘箱加熱后，會(huì)產(chǎn)生揮發(fā)性的有機(jī)、腐蝕性氣體，那么就需要真空泵能夠耐受這些吸入的氣體。同時(shí)干燥箱根據(jù)實(shí)際需要會(huì)有多種不同容量大小規(guī)格可以提供，且干燥的效果和真空度密切相關(guān)，所以搭配真空干燥箱的真空泵，需要同時(shí)滿足耐腐蝕、高真空、抽速和箱容量匹配三點(diǎn)要求。例如CH610無油隔膜真空泵真空度為7mbar，抽速為33L/Min，該抽速適配容量35L以下的干燥箱。
     
●抽吸臭氧等強(qiáng)氧化的氣體——
雖然不具有酸堿腐蝕性，但是強(qiáng)氧化性會(huì)使得大量使用金屬部件的真空泵生銹、故障。如前文所述，PTFE材質(zhì)具有很好的耐氧化性，能夠長期抵抗氧化分解。