ظروف در حال تبخیر

شکل 1: ظروف تبخیر کننده ابزار آزمایشگاهی هستند.

ظروف تبخیری ابزار آزمایشگاهی هستند که برای جداسازی ترکیبات با نقطه جوش متفاوت استفاده می شوند. املاح غیرفرار حل شده در یک حلال را می توان در یک ظرف تبخیر قرار داد، با شیشه ساعت پوشانده شد و حلال اجازه داد تا بجوشد. با جوش آمدن حلال، املاح غلیظ می شود. ظروف تبخیر شونده نقش کلیدی در بسیاری از کاربردهای آزمایشگاهی مختلف دارند و باید طوری ساخته شوند که شرایطی را که در معرض آن قرار می‌گیرند کنترل کنند.

نمایش همه تولیدکنندگان ظروف تبخیر

تئوری عملیات

ظروف تبخیر کننده ابزارهای ضروری در محیط های آزمایشگاهی هستند که برای تسهیل تبخیر حلال ها طراحی شده اند و یک محلول غلیظ یا یک رسوب جامد را پشت سر می گذارند. این ظروف معمولاً از موادی مانند چینی یا شیشه بوروسیلیکات ساخته می شوند که به دلیل مقاومت در برابر شوک حرارتی و خوردگی شیمیایی شناخته شده اند، این ظروف با فرم کم عمق و پهن خود مشخص می شوند. این طراحی عمدی است، سطح در معرض هوا را به حداکثر می رساند و در نتیجه سرعت تبخیر را افزایش می دهد.

عملیات یک ظرف تبخیر با اعمال گرما، معمولاً از یک صفحه داغ یا یک مشعل Bunsen شروع می شود. این گرما انرژی لازم برای به دست آوردن انرژی جنبشی مولکول های حلال را تامین می کند. با افزایش دمای حلال، مولکول های آن با شدت بیشتری شروع به حرکت می کنند و به نقطه ای می رسند که می توانند بر نیروهای بین مولکولی که آنها را به شکل مایع نگه می دارند غلبه کنند. هنگامی که این اتفاق می افتد، مولکول ها به عنوان یک گاز به هوا می روند، فرآیندی که به تدریج حجم حلال در ظرف را کاهش می دهد.

شکل 2: این شکل پهن و کم عمق ظرف تبخیر نقش مهمی در فرآیند تبخیر دارد.

این شکل پهن و کم عمق ظرف تبخیر نقش مهمی در فرآیند تبخیر دارد. با ایجاد یک سطح بزرگ، به مولکول های حلال بیشتری اجازه می دهد تا به طور همزمان به هوا فرار کنند و در نتیجه روند تبخیر را تسریع می بخشد. این امر به ویژه در شیمی تجزیه مهم است، جایی که از ظروف تبخیر برای خشک کردن محلول ها استفاده می شود تا زمانی که تمام حلال تبخیر شود و پسماند جامد باقی بماند. این باقیمانده اغلب برای اهداف تحلیلی وزن می شود.

کارایی یک ظرف تبخیر کننده در تسهیل این فرآیند تحت تأثیر عوامل مختلفی است. اینها شامل شدت منبع گرما، شرایط محیطی مانند دما و رطوبت، و خواص فیزیکی خود حلال، مانند نقطه جوش و فشار بخار آن است. هنگامی که فرآیند تبخیر کامل شد، ضروری است که ظرف و محتویات آن خنک شوند. این مرحله نه تنها برای ایمنی بسیار مهم است، بلکه تضمین می کند که ماده باقیمانده، در صورت جامد، به درستی ته نشین شده و برای تجزیه و تحلیل یا استفاده بیشتر آماده است.

مشخصات

ظروف تبخیر معمولاً در آزمایشگاه‌ها برای فرآیندهایی مانند خشک کردن، تغلیظ محلول‌ها یا انجام واکنش‌های شیمیایی که شامل حرارت دادن تحت فشار کاهش‌یافته است، استفاده می‌شوند. برای اطمینان از مناسب بودن آنها برای این اهداف، ظروف تبخیر شونده دارای مشخصات خاصی هستند که بر اساس کاربرد مورد نظر و ماهیت مواد مورد استفاده متفاوت است. در اینجا برخی از مشخصات کلیدی وجود دارد:

مواد

ظروف تبخیر معمولاً از موادی مانند:

• چینی

• شیشه بوروسیلیکات

• کوارتز

• PTFE (پلی تترا فلوئورواتیلن)

پرسلن در برابر دماهای بالا و اکثر مواد شیمیایی مقاوم است. ظروف تبخیر چینی برای مصارف عمومی آزمایشگاهی ایده آل هستند. شیشه بوروسیلیکات در برابر شوک حرارتی و حمله شیمیایی مقاوم است. این ظروف برای جابجایی اسیدها و سایر مواد خورنده مناسب هستند. کوارتز برای کاربردهای با دمای بسیار بالا استفاده می شود. PTFE برای جابجایی مواد بسیار خورنده استفاده می شود.

اندازه و ظرفیت

اندازه ظروف در حال تبخیر می تواند از کوچک (چند میلی لیتر) تا بزرگ (چند صد میلی لیتر) متغیر باشد. انتخاب به حجم ماده ای که باید تبخیر شود و غلظت مورد نظر بستگی دارد. ظروف تبخیر با ظرفیت بزرگتر به منابع حرارتی بزرگتری برای تبخیر کامل مایعات داخل نیاز دارند.

شکل

به طور معمول ظروف تبخیر شده کم عمق با کفی صاف یا گرد هستند. دهانه وسیع و عمق کم سطح را افزایش می دهد و باعث تبخیر سریعتر می شود. سطح در معرض بزرگ فرصت های بیشتری را برای تبخیر فراهم می کند زیرا مولکول ها از مایع درون ظرف رها می شوند.

مقاومت در برابر حرارت

حداکثر دمایی که ظرف می تواند بدون تغییر شکل یا شکستن تحمل کند، مشخصات مقاومت حرارتی است. این بر اساس مواد متفاوت است، با ظروف چینی و کوارتز معمولاً دمای بالاتری نسبت به شیشه تحمل می کنند.

مقاومت شیمیایی

مقاومت در برابر مواد شیمیایی، به ویژه اسیدها، بازها و حلال ها می تواند یک ویژگی بسیار مهم برای برخی از ظروف تبخیر شونده باشد. این در هنگام تبخیر مواد خورنده بسیار مهم است.

مقاومت در برابر شوک حرارتی

ظروف در حال تبخیر می توانند تغییرات سریع دما را مشاهده کنند. توانایی مقاومت در برابر تغییرات سریع دما بدون ترک خوردگی معمولاً به عنوان مقاومت در برابر شوک حرارتی نامیده می شود. شیشه بوروسیلیکات و کوارتز مقاومت در برابر شوک حرارتی بالایی دارند.

سازگاری با تجهیزات گرمایشی

برخی از ظروف به طور خاص برای استفاده با انواع خاصی از تجهیزات گرمایشی مانند صفحات داغ، مشعل های Bunsen، یا خشک کردن اجاق طراحی شده اند.

درپوش یا پوشش

برخی از ظروف برای جلوگیری از آلودگی یا کنترل سرعت تبخیر دارای درب هستند. درپوش‌ها و پوشش‌ها نیز از پاشش پاشیده می‌شوند، که ممکن است با غلیظ شدن محلول رخ دهد.

فارغ التحصیلی ها

برخی از ظروف تبخیر دارای درجه بندی برای اندازه گیری حجم مایعات هستند. فارغ التحصیلی اندازه گیری میزان تبخیر را بسیار آسان تر می کند.

دوام و سهولت در نظافت

مقاومت در برابر خراش و سهولت تمیز کردن برای حفظ خلوص نمونه ها مهم است.

هنگام انتخاب یک ظرف تبخیر، ملاحظات کلیدی عبارتند از نوع ماده تبخیر شده، دمای مورد نیاز، مقاومت شیمیایی مورد نیاز و حجم مواد مورد استفاده. همچنین مهم است که سازگاری با روش گرمایش مورد استفاده را در نظر بگیرید. به عنوان مثال، برخی از مواد ممکن است برای گرم کردن مستقیم شعله مناسب نباشند اما روی صفحات داغ به خوبی کار می کنند.

شکل 3: ظروف تبخیر کننده انواع مختلفی دارند. 

انواع

ظروف تبخیر کننده انواع مختلفی دارند تا نیازهای آزمایشی مختلف را برآورده کنند. هر نوع با مواد و ویژگی های خاصی طراحی شده است تا نیازهای مختلف واکنش های شیمیایی، تبخیر حلال و آماده سازی نمونه را برآورده کند. در اینجا یک مرور کلی از انواع رایج وجود دارد:

ظروف تبخیر چینی

این ظروف تبخیری که از چینی با کیفیت بالا ساخته شده اند، به طور کلی قادر به مقاومت در برابر درجه حرارت بالا هستند. ظروف تبخیر چینی معمولاً برای کاربردهایی که شامل گرمایش قوی هستند مناسب هستند. آنها به طور گسترده برای کارهای معمول تبخیر استفاده می شوند، به ویژه در کاربردهایی که نمونه ها تا دمای بالا گرم می شوند. سطح ظروف تبخیر چینی اغلب یک سطح لعابدار است تا تمیز کردن آسان و جلوگیری از چسبیدن نمونه را تسهیل کند.

ظروف تبخیر شیشه ای

ظروف تبخیر شیشه ای معمولاً از شیشه بوروسیلیکات ساخته می شوند. آنها در برابر شوک حرارتی و اکثر مواد شیمیایی مقاوم هستند. کاربردهای ایده آل برای ظروف تبخیر شیشه ای، مایعات تبخیر شونده، به ویژه محلول های اسیدی یا بازی است که ممکن است با مواد دیگر واکنش نشان دهند. ماهیت شفاف آنها امکان نظارت آسان بر محتویات را فراهم می کند.

ظروف تبخیر کوارتز

این ظروف ساخته شده از کوارتز با خلوص بالا، می توانند دمای بسیار بالایی را تحمل کنند. ظروف تبخیر کوارتز می توانند دماهای بالاتری را نسبت به چینی و شیشه تحمل کنند. آنها همچنین در برابر طیف وسیعی از مواد شیمیایی بسیار مقاوم هستند. ظروف کوارتز برای کاربردهای تخصصی مناسب هستند، مانند مواردی که به دمای فوق العاده بالا نیاز دارند یا با مواد بسیار واکنش پذیر سروکار دارند.

ظروف تبخیر PTFE (پلی تترا فلوئورواتیلن).

این ظروف ساخته شده از PTFE، نوعی پلاستیک با کارایی بالا، تقریباً در برابر تمام مواد شیمیایی از جمله اسیدها و بازهای قوی بسیار مقاوم هستند. آنها برای طیف وسیعی از دماها مناسب هستند، اما به طور کلی کمتر از شیشه یا چینی هستند. این ظروف برای جابجایی با مواد بسیار خورنده یا زمانی که سطح غیر واکنشی مورد نیاز است ایده آل هستند.

ظروف تبخیر فولاد ضد زنگ

ظروف تبخیر استنلس استیل بسیار بادوام و در برابر سایش فیزیکی مقاوم هستند. آنها مقاومت حرارتی خوبی دارند، اما به اندازه پرسلن یا کوارتز نیستند. آنها معمولاً در کاربردهایی استفاده می شوند که آلودگی یون های فلزی نگران کننده نیست و به استحکام نیاز است.

ظروف تبخیر پلاتین

این ظروف تبخیر که از پلاتین ساخته شده اند، گران ترین هستند. این ظروف برای کاربردهای بسیار خاص که بی اثر بودن و مقاومت در برابر دمای بالا حیاتی است استفاده می شود. این ظروف معمولاً در کارهای تحلیلی با دقت بالا استفاده می شوند، مانند تجزیه و تحلیل ردیابی که در آن آلودگی باید به حداقل برسد.

هر نوع ظرف تبخیر بر اساس عواملی مانند ماهیت مواد شیمیایی درگیر، دمای مورد نیاز، میزان تبخیر مطلوب و محدودیت های بودجه انتخاب می شود. به عنوان مثال، ظروف چینی و شیشه ای به دلیل مقرون به صرفه بودن و مقاومت شیمیایی عمومی در محیط های آموزشی و آزمایشگاهی معمولی رایج هستند. در مقابل، ظروف کوارتز، PTFE، فولاد ضد زنگ و پلاتین تخصصی تر هستند و برای کاربردهای خاصی انتخاب می شوند که خواص منحصر به فرد آنها ضروری است.

شکل 4: ظروف تبخیر شونده دارای طیف وسیعی از ویژگی ها هستند.

ویژگی ها

ظروف تبخیر شونده دارای طیف وسیعی از ویژگی ها هستند که برای رفع نیازهای آزمایشی مختلف طراحی شده اند. این ویژگی ها عملکرد، کارایی و مناسب بودن آنها را برای کارهای خاص تعیین می کند. در اینجا یک مرور کلی از ویژگی های کلیدی ظروف تبخیر شده آورده شده است:

مشخصات سطح

ظروف در حال تبخیر ممکن است دارای سطح داخلی لعاب دار یا مات باشند. سطوح لعاب دار از چسبیدن مواد جلوگیری می کند و تمیز کردن را آسان تر می کند.

شفافیت (برای ظروف شیشه ای)

قابلیت دیدن درون ظرف تبخیر امکان نظارت آسان بر محتویات در طول فرآیند تبخیر را فراهم می کند.

سازگاری با دستگاه های گرمایشی

ظروف تبخیر ممکن است برای استفاده با انواع وسایل گرمایشی مناسب نباشند. برخی از آنها برای استفاده با منابع مختلف حرارتی مانند مشعل های Bunsen، صفحات داغ و اجاق ها مناسب هستند. مواد، مانند PTFE، ممکن است محدودیت‌هایی در نوع گرمایشی که می‌توان استفاده کرد، داشته باشد.

سهولت در تمیز کردن

سطوح نچسب و صاف تمیز کردن آسان را تسهیل می کند و خطر آلودگی نمونه های بعدی را کاهش می دهد.

انتخاب ظرف تبخیر با ترکیب مناسبی از این ویژگی‌ها برای موفقیت آزمایش‌های آزمایشگاهی، به‌ویژه آزمایش‌هایی که شامل غلظت محلول‌ها یا خشک‌کردن رسوبات است، حیاتی است. انتخاب تا حد زیادی به ماهیت شیمیایی مواد مورد استفاده، دما و مقاومت شیمیایی مورد نیاز و میزان تبخیر مورد نظر بستگی دارد.

ساخت

تولید ظروف تبخیر شونده شامل مراحل و فرآیندهای مختلفی است که هر کدام با توجه به مواد مورد استفاده و نیازهای طراحی خاص ظروف تنظیم شده است. مواد مختلف مانند چینی، شیشه بوروسیلیکات، کوارتز، PTFE، فولاد ضد زنگ و پلاتین نیاز به تکنیک های تولید متمایز دارند. در اینجا یک مرور کلی از فرآیندهای تولید رایج ترین انواع ظروف تبخیر شده آورده شده است:

ظروف تبخیر چینی

آماده سازی مواد اولیه با تهیه یک مخلوط چینی، معمولاً ترکیبی از کائولن، فلدسپات و کوارتز آغاز می شود. مخلوط به شکل ظرف مورد نظر در می آید. این کار را می توان از طریق فشار دادن، ریخته گری یا چرخاندن چرخ سفالگری انجام داد. ظروف تشکیل شده برای از بین بردن رطوبت به آرامی خشک می شوند. ظروف خشک شده اولین پخت را در دمای پایین تری انجام می دهند که به آن پخت بیسکو معروف است، که مواد را بدون شیشه شدن سخت می کند.

یک لعاب، که اغلب از سیلیکات شیشه مانند ساخته می شود، روی سطح اعمال می شود. این لعاب را می‌توان غوطه‌ور کرد، اسپری کرد و یا برس زد. پخت دوم در دمای بالاتر لعاب را شیشه ای می کند و سطحی صاف و شیشه ای ایجاد می کند که از نظر شیمیایی مقاوم است و به راحتی تمیز می شود.

شکل 5: تولید ظروف تبخیر شیشه ای با تهیه یک دسته شیشه ای بوروسیلیکات آغاز می شود.

ظروف تبخیر شیشه ای بوروسیلیکات

تولید ظرف تبخیر شیشه ای با تهیه یک دسته شیشه ای بوروسیلیکات آغاز می شود. این دسته شامل سیلیس، اکسید بور، سودا و آلومینا است. این دسته در یک کوره در دمای بالا ذوب می شود. شیشه مذاب از طریق فرآیندهای مختلفی مانند دمیدن، فشار دادن یا ریخته‌گری به ظروف تبدیل می‌شود. ظروف تشکیل شده به آرامی در یک کوره آنیل سرد می شوند تا تنش های داخلی کاهش یابد. فرآیندهای اضافی مانند سنگ زنی یا پرداخت ممکن است برای رسیدن به سطح و ابعاد مورد نظر اعمال شود.

ظروف تبخیر کوارتز

تولید ظروف تبخیر کوارتز با کوارتز خالص، طبیعی یا مصنوعی شروع می شود. کوارتز در دماهای بسیار بالا ذوب می شود. کوارتز مذاب سپس به ظروف تبدیل می شود که اغلب از تجهیزات تخصصی به دلیل نقطه ذوب بالای کوارتز استفاده می شود. مشابه شیشه، ظروف کوارتز برای حذف تنش های داخلی آنیل می شوند.

هر ماده و فرآیند تولید مجموعه ای منحصر به فرد از چالش ها و الزامات کنترل کیفیت خود را دارد. انتخاب روش ساخت به عواملی مانند خواص مطلوب محصول نهایی، مقیاس تولید و ملاحظات هزینه بستگی دارد. فرآیند تولید همچنین نیاز به رعایت استانداردهای ایمنی و کیفیت مختلف دارد، به خصوص که این ظروف در محیط‌های حساس آزمایشگاهی استفاده می‌شوند.

برنامه های کاربردی

ظروف تبخیر کننده ابزارهای آزمایشگاهی همه کاره ای هستند که در زمینه های مختلف علمی برای طیف وسیعی از کاربردها استفاده می شوند. وظیفه اصلی آنها نگهداری مایعات برای تبخیر است، اما استفاده از آنها فراتر از این وظیفه اساسی است. در اینجا یک مرور کلی از برنامه های آنها آورده شده است:

غلظت محلول ها

ظروف تبخیر اغلب برای تبخیر حلال ها، معمولا آب یا حلال های آلی، برای افزایش غلظت مواد محلول استفاده می شود. معمولا در آزمایشگاه های شیمی و بیوشیمی، ظروف تبخیر برای تهیه محلول های غلیظ تر استفاده می شود.

خشک کردن نمونه

آنها همچنین برای خشک کردن نمونه ها، یا برای حذف تمام رطوبت یا رسیدن به یک جرم ثابت استفاده می شوند. این امر به ویژه در شیمی تجزیه برای آنالیز وزنی مهم است.

مطالعات بارش و تبلور

ظروف تبخیر شده در فرآیندهایی که یک املاح از محلول رسوب می کند یا متبلور می شود، استفاده می شود. ظروف تبخیر محیطی کنترل شده برای انجام این فرآیندها فراهم می کنند.

گرمایش و واکنش های شیمیایی

ظروف تبخیر برای انجام واکنش های شیمیایی که نیاز به حرارت دارند مناسب هستند. سطح وسیع باعث گرم شدن یکنواخت و هم زدن آسان واکنش دهنده ها می شود.

آماده سازی نمونه

آنها همچنین در آماده سازی نمونه ها برای تجزیه و تحلیل یا آزمایش بیشتر، مانند آزمایش های محیطی، تجزیه و تحلیل مواد غذایی، و تحقیقات دارویی استفاده می شوند.

تبخیر تحت فشار کاهش یافته

برخی از ظروف تبخیر شونده برای استفاده در شرایط کاهش فشار یا خلاء طراحی شده اند. این شرایط سرعت تبخیر را بدون نیاز به دماهای بالا افزایش می دهد.

تعیین نقطه ذوب

از برخی ظروف مقاوم در برابر دمای بالا می توان برای تعیین نقطه ذوب مقادیر کم مواد استفاده کرد.

انتخاب یک ظرف تبخیر برای یک کاربرد خاص به عوامل متعددی از جمله ماهیت شیمیایی مواد مورد استفاده، محدوده دمایی مورد نیاز، حجم مواد و الزامات خاص روش آزمایشی بستگی دارد.

علاوه بر این، مواد ظرف تبخیر کننده یک ملاحظات بسیار مهم است، زیرا مواد مختلف درجات مختلفی از مقاومت حرارتی و شیمیایی و همچنین مناسب بودن برای انواع مختلف روش‌های گرمایش را ارائه می‌دهند.

استانداردها

ظروف تبخیری که به طور گسترده در آزمایشگاه ها استفاده می شود، تابع استانداردهای مختلفی هستند که کیفیت، ایمنی و کارایی آنها را تضمین می کند. این استانداردها توسط سازمان های بین المللی و ملی تنظیم شده اند و جنبه هایی مانند ترکیب مواد، دوام، مقاومت در برابر حرارت و ایمنی را پوشش می دهند. در اینجا مروری جامع از انواع استانداردهایی است که معمولاً برای ظروف تبخیر شده اعمال می شود:

• ISO 3585

• ISO 4796

• ASTM E960

• ASTM C242

• DIN 12331

• ISO 9001

استانداردهایی مانند ISO 3585، ISO 4796، ASTM E960، ASTM C242 و DIN 12331 بر کیفیت مواد و مشخصات عملکرد تمرکز دارند. این استانداردها الزامات شیشه بوروسیلیکات 3.3 و سایر موادی که اغلب در ساخت ظروف تبخیر شیشه ای استفاده می شوند را مشخص می کند. آنها خواصی مانند مقاومت حرارتی و دوام شیمیایی را پوشش می دهند. آنها همچنین به ظروف شیشه ای آزمایشگاهی، از جمله مشخصات مواد، طراحی و عملکرد مربوط می شوند.

مقرراتی مانند REACH (ثبت، ارزیابی، مجوز، و محدودیت مواد شیمیایی) در اتحادیه اروپا، و مقررات مشابه در سایر مناطق، تضمین می‌کند که مواد مورد استفاده اثرات نامطلوب زیست‌محیطی یا سلامتی نداشته باشند.

این استانداردها برای اطمینان از عملکرد قابل اطمینان و ایمن ظروف تبخیر شده در محیط آزمایشگاه، ارائه نتایج ثابت و حفظ یکپارچگی آزمایش های علمی ضروری هستند. هنگام خرید ظروف تبخیر شونده، برای آزمایشگاه ها و محققان مهم است که بررسی کنند که محصولات با استانداردهای مربوطه مطابقت دارند و برای کاربردهای خاص آنها مناسب هستند.

منبع

globalspec