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「解析」真空離心濃縮中,為何說不是壓力越低蒸發(fā)速率越快?

對(duì)于濃縮來說,在實(shí)驗(yàn)中有太多的場(chǎng)景需要用到干燥或者濃縮,但市面上常見的依然是傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀和氮吹等。


所以對(duì)于還未使用過真空離心濃縮儀的客戶來說,我們依然是要不厭其煩的介紹它應(yīng)用及原理:真空離心濃縮儀是一種用于濃縮溶液或懸浮液的技術(shù),它結(jié)合了離心力和真空原理。該過程在低真空下對(duì)濃縮的樣品施加離心力,以控制暴沸;利用真空泵降低腔體壓力,從而使溶劑快速并安全蒸發(fā)。對(duì)比傳統(tǒng)的濃縮方式旋蒸和氮吹來說,它有著多種優(yōu)點(diǎn):高通量、防暴沸、低溫下濃縮等,在生命科學(xué)、食品、環(huán)境檢測(cè)、分子生物學(xué)等有著廣泛用途。


——Genevac產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)


真空離心濃縮問題探討


今天和大家探討的問題是,在真空離心濃縮中,為什么說并不是真空度越低蒸發(fā)速率越快?



我們都知道,溶液的沸點(diǎn),它隨著壓力的降低而降低。





當(dāng)腔體內(nèi)加熱溫度大于溶液沸點(diǎn)時(shí),蒸發(fā)即開始。以DMF溶劑為例,當(dāng)在8mbar的條件下時(shí)沸點(diǎn)為25℃(如上圖紫色線條所示),那么只要加熱溫度高于25℃,壓力能降低到8mbar以下,冷凝器可以冷凝25℃的有機(jī)溶劑,那么整個(gè)系統(tǒng)就能處理DMF這種溶劑。如果在把壓力降到足夠低呢,這樣產(chǎn)生的溫度差越大,是不是蒸發(fā)速率越快?在蒸發(fā)方面我們可以去這樣理解,但要考慮“最佳蒸發(fā)方法”:除了要保證所蒸發(fā)樣品的安全性之外,還能達(dá)到最快的蒸發(fā)速度。


對(duì)于蒸發(fā)速度主要有兩個(gè)起決定性因素的條件:

●   蒸發(fā)時(shí)的壓力;

●   冷凝器的冷凝能力。


蒸發(fā)時(shí)的壓力和冷凝器的冷凝能力在達(dá)到平衡時(shí)才能保證蒸發(fā)速度,否則最好的真空度和差的冷凝能力也不能保證蒸發(fā)的效果。


舉例說明




例如:蒸發(fā)200ml的甲醇(Methanol)溶劑(如上圖1mbar壓力條件下甲醇的沸點(diǎn)/冷凝點(diǎn)為-50℃),200ml甲醇為4.9mol,根據(jù)1mol物質(zhì)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積為22.4L,那么200ml甲醇在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積為109.7升,根據(jù)PV=nRT公式,我們可以得到在1mbar的壓力條件下,甲醇蒸氣的體積為111154L,甲醇蒸氣的溫度為-50℃。

常壓下200ml甲醇=1mbar壓力條件下111154L  -50℃的甲醇蒸氣


此時(shí)需要一個(gè)冷凝器的溫度在滿負(fù)荷工作的條件下也能低于-50℃,才能將-50℃的甲醇蒸氣冷凝變?yōu)橐后w的甲醇。否則,即使使用抽速為83L/min的泵,也需要約22個(gè)小時(shí),才能將這200ml甲醇蒸干。



結(jié)論




由于很多蒸發(fā)系統(tǒng)的冷凝器都不能達(dá)到這么低的溫度,因此,在蒸發(fā)甲醇的時(shí)候,選擇非常低的壓力條件1mbar,并不是最佳的蒸發(fā)條件。如果選擇蒸發(fā)壓力為8mbar,此時(shí)甲醇的沸點(diǎn)/冷凝點(diǎn)為-20℃,-20℃是一個(gè)比較容易達(dá)到的條件,所以很快就能將甲醇蒸氣冷凝為液體,大大加快了蒸發(fā)速度。


所以說并不是壓力越低,蒸發(fā)速度越快,蒸發(fā)速度與冷凝器的能力有非常大的關(guān)系。


有什么辦法同時(shí)兼顧蒸發(fā)條件和效率?



Genevac溶劑蒸發(fā)產(chǎn)品



英國(guó)Genevac EZ-2、Rocket、HT系統(tǒng)內(nèi)置了不同沸點(diǎn)范圍下的溶劑的不同的蒸發(fā)壓力條件,保證每一種溶劑都在最佳的蒸發(fā)條件下進(jìn)行蒸發(fā),而不需要用戶對(duì)這些條件進(jìn)行摸索。歡迎來詢





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ATS集團(tuán)是德祥集團(tuán)資深合作伙伴之一。英國(guó)Genevac公司成立于1990年,隸屬ATS SP Scientific旗下,一直專注于研究和生產(chǎn)各種離心蒸發(fā)濃縮設(shè)備,其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)、制藥、化學(xué)、分析等領(lǐng)域。


德祥科技

德祥科技有限公司成立于1992年,總部位于中國(guó)香港特別行政區(qū),分別在越南、廣州、上海、北京設(shè)立分公司。主要服務(wù)于大中華區(qū)和亞太地區(qū)——在亞太地區(qū)有27個(gè)辦事處和銷售網(wǎng)點(diǎn),5個(gè)維修中心和2個(gè)樣機(jī)實(shí)驗(yàn)室。


30多年來,德祥一直深耕于科學(xué)儀器行業(yè),主營(yíng)產(chǎn)品有實(shí)驗(yàn)室分析儀器、工業(yè)檢測(cè)儀器及過程控制設(shè)備,致力于為新老客戶提供更完善的解決方案。公司業(yè)務(wù)包含儀器代理,維修售后,實(shí)驗(yàn)室咨詢與規(guī)劃,CRO凍干工藝開發(fā)服務(wù)以及自主產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、售后。與高校、科研院所、政府機(jī)構(gòu)、檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)及知名企業(yè)保持密切合作,服務(wù)客戶覆蓋制藥、醫(yī)療、商業(yè)實(shí)驗(yàn)室、工業(yè)、環(huán)保、石化、食品飲料和電子等各個(gè)行業(yè)及領(lǐng)域。


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