همزنهای آزمایشگاهی یک دستگاه الکتریکی هستند که در آزمایشگاه شیمی برای همزدن مایعات استفاده می شوند. یک همزن آزمایشگاهی، از یک نوار کوچک به نام نوار همزن که معمولاً توسط یک لایه پلاستیکی (معمولاً تفلون) پوشانده شده، ساخته می شود. همچنین از یک صفحه که در زیر آن یک آهنربای چرخان یا یک سری آهنرباهای الکترومغناطیسی وجود دارد، تشکیل می گردند. همزن آزمایشگاهی دارای یک میدان مغناطیسی با مجموعه ای از مقاومتهای الکتریکی است که بتواند گرمای لازم برای گرم کردن برخی محلولهای شیمیایی را فراهم کند.
در این مطلب موضوعات زیر را مطالعه خواهید کرد:
چگونگی کارکرد همزنهای آزمایشگاهی
در طول کار یک همزن آزمایشگاهی، میله همزن، داخل یک ظرف از شیشه بوروسیلیکات که حاوی مقداری مایع برای همزدن است می چرخد. ظرف در بالای صفحه قرار می گیرد که در آن میدان مغناطیسی دوار تأثیر خود را بر آهنربا اعمال می کند و به چرخش مکانیکی آن کمک می کند. در آزمایشگاه، از همزن آزمایشگاهی برای مخلوط کردن کامل مواد مختلف در ترکیبهای ناهمگن استفاده می شود. اما کارکرد آن حتی در یک فاز همگن نیز می تواند ضروری باشد.
انواع همزنهای آزمایشگاهی
انواع همزنهای آزمایشگاهی به صورت تجاری در اندازه های مختلف برای کاربردهای متفاوت در دسترس هستند. بستگی به نوع موادی که باید مخلوط شوند، دارند و از موادی مانند شیشه، پلی تترافلوئورواتیلن ( PTFE )، فولاد ضد زنگ یا سایر پلاستیکها و فلزات استفاده می شود.
همزنهای دارای تیغه های U شکل برای محلولهای با ویسکوزیته (گرانروی) متوسط و بالاتراستفاده می شوند. در سرعتهای پایین، این همزنها اختلاط خوبی را در نواحی دیواره مخازن اعمال می کنند. همچنین همزنهای پروانه ای به عنوان همزن استاندارد برای همزدن مواد جامد سبک در سرعتهای متوسط تا زیاد عمل می کند. در مخازن واکنشی با دهانه های باریک، اغلب از همزنهای گریز از مرکز استفاده می شود که با افزایش سرعت، تیغه های آن پخش می شود. همزنهای مغناطیسی امکان همزدن را در دستگاه های کاملاً بسته فراهم می کنند و در بسیاری از مدلها با صفحات گرمایشی ترکیب می شوند. در دسته های کوچکتر، همزن مغناطیسی اغلب جایگزین انواع دیگر همزن می شود.
همزنهای مغناطیسی (Magnetic stirre)
یکی از انواع همزن آزمایشگاهی، همزن مغناطیسی می باشد که از یک میدان مغناطیسی دوّار برای چرخاندن و در نتیجه همزدن میله همزن غوطه ور در مایع استفاده می کند. صفحات همزنهای مغناطیسی معمولاً از سرامیک یا فولاد ضد زنگ ساخته می شوند.
کاربرد همزن مغناطیسی
این همزن آزمایشگاهی امکان همگن شدن یک مخلوط را به صورت خودکار فراهم می کند. بنابراین، برای همزدنهایی که مدت طولانی دوام می آورند بسیار مفید است.
مزایای همزن مغناطیسی
با یک همزن مغناطیسی می توانیم مایعات را در ظروف سربسته بدون مشکل روان کننده یا آب بندی ظرف مخلوط کرد. از آنجایی که انتقال نیرو در یک همزن مغناطیسی توسط نیروهای مغناطیسی انجام می شود، این دستگاه کاملاً بدون اصطکاک کار می کند. بنابراین عملکرد مداوم با تعداد دورهای بسیار بالا در طول چند ساعت امکان پذیر است. سرعت این همزن آزمایشگاهی را می توان با استفاده از یک پتانسیومتر یا دکمه های جلوی همزن مغناطیسی تنظیم کرد.
معایب همزن مغناطیسی
همزن مغناطیسی معایبی نیز دارد. ابعاد محدود نوار این همزن آزمایشگاهی به این معنی است که می توان از آن فقط برای آزمایشات سطح آزمایشگاهی (درمقیاس کوچک یا تجزیه و تحلیل شیمیایی) استفاده کرد. همچنین در دماهای بالا نیز جوابگو نمی باشند.
همزنهای هات پلیت یا صفحه داغ (Stirrer Hotplates)
هات پلیت، یک همزن آزمایشگاهی است که دارای یک صفحه داغ است و تفاوت اصلی در تنوع همزنهای صفحات داغ در این است که صفحات رویی آن از چه موادی می شود.
کاربرد همزن هات پلیت
از این همزن آزمایشگاهی می توان برای گرم کردن ظروف فلزی استفاده کرد. بنابراین اگر با ظروف فولادی ضد زنگ کار می کنید، این بهترین انتخاب برای شما است.
مزایای همزن هات پلیت
این همزن آزمایشگاهی دارای مقاومت شیمیایی عالی است. بنابراین اگر با مواد شیمیایی که باعث خوردگی می شوند، کار می کنید که ممکن است روی سطح صفحه پاشیده شوند، ایده آل هستند. همچنین این همزن در دمای بالاتر تا حدود 450 درجه سانتیگراد می توانند مفید باشد و اینکه به راحتی قابل تمیزکردن است.
معایب همزن هات پلیت
این همزنها به دلیل متریالی که در آن استفاده می شود، دارای لبه های خنک هستند که برای ایمنی اپراتور مفید است. با این حال در صورت نیاز به گرمایش در سراسر سطح صفحه ممکن است مناسب نباشد.
همزنهای سربار یا مکانیکی (Overhead Stirrers)
همزنهای سربار معمولاً از همزنهای مغناطیسی قویتر هستند و از میله ها، پاروها و پایه ها تشکیل شده اند. آنها بیشتر برای حجمهای زیاد و محلولهای چسبناک استفاده می شوند. انواع همزننده ها را می توان برای کاربردهای مختلف بر روی آن استفاده کرد. چرا که حرکات همزنی متفاوتی را ایجاد می کند.
کاربرد همزن سربار
این همزنها برای اختلاط، همگن کردن، تعلیق و چرخش مجدد حجم با مواد ویسکوزیته بالا استفاده می شود که معمولاً توسط یک همزن مغناطیسی قابل کنترل نیست. اکثر همزنهای سربار، امکان نظارت بر پیشرفت واکنش را به عنوان تابعی از ویسکوزیته فراهم می کنند.
مزیت همزن سربار
دارای سرعت متوسط تا زیاد است و اختلاط ملایم را برای حداقل تلاطم ایجاد می کنند و دارای جریان مماسی و محوری برای محلول هستند. همچنین برای کشیدن موادی که باید از بالا مخلوط شوند کاربرد دارد که باعث کم شدن خطر آسیب رساندن به اپراتورها هنگام تماس عناصر همزن می شود.
معایب همزن سربار
برای محلولهای خاص که نیاز به سرعت اختلاط خیلی بالا دارند مناسب نمی باشد.
میله همزن
میله همزن، استوانه نازک شیشه ای یا پلیمری جامد است که برای همزدن محلولها و مخلوط کردن مواد شیمیایی و مایعات در آزمایشگاه استفاده می شود.
کاربرد میله همزن
این میله همزن، یکی از وسایل معمول آزمایشگاهی است که برای همزدن مخلوطهای عمدتا آلی یا کمی – واکنشی استفاده می شود. این وسیله بیشتر در آزمایشگاه های علوم در مدارس متوسطه، دبیرستانها، دانشگاهها یا موسسات استفاده می شود. میله همزن بیش از همه با قابلیت دفع کثیفی، بی اثر بودن آن در برابر سایر مواد و قیمت پایین آن شناخته می شود.
مزیت میله همزن
از آن برای همزدن املاح یک مخلوط در یک حلال، به منظور انحلال املاح استفاده می شود و معمولاً برای مایعات و جامدات با چگالی کم استفاده می شود. همچنین برای همزدن مواد شیمیایی مایع بسیار واکنش پذیر، از طریق رواناب، به منظور جلوگیری از حوادث استفاده می شود.
معایب میله همزن
آسیب به دست شایعترین اتفاق در هنگام شکستن میله همزن ظروف شیشه ای در آزمایشگاه است. صدمات می تواند از جزئی، مانند بریدگی، تا آسیبهای جدی تری باشد. صدمات دیگر نیز می تواند در نتیجه پرتاب شیشه، قرارگیری در معرض مواد شیمیایی و یا آتش سوزی رخ دهد.
سوالات متداول همزنهای آزمایشگاهی
1- آیا می توان همزن آزمایشگاهی را به صورت 24 ساعته برای چند روز استفاده کرد؟
بله، از یک همزنها می توان برای ساعتهای متوالی در طی چند روز بهره برد؛ اما حداکثر چرخه کاری مشخص نشده است. همچنین ممکن است باعث آسیب به ساختار داخلی آن شود و عمر مفید آن کاهش یابد.
2- چگونه همزن آزمایشگاهی را می توان استریل کرد؟
همزن آزمایشگاهی معمولا با PTFE (تفلون) پوشانده می شود که می توانند با روشهای مختلفی مانند استفاده از اتوکلاو یا درمان با الکل یا موکوسیت استریل شوند.
3- آیا حداکثر وزنی وجود دارد که بتوان روی همزن آزمایشگاهی قرار داد؟
در هر صورت، همزن آزمایشگاهی حداکثر حجم محلول به اضافه وزن یک ظرف استاندارد را تحمل می کند. به عنوان مثال، یک RCT پایه، 20 کیلوگرم آب به اضافه یک ظرف 20 لیتری (تقریباً 5-10 کیلوگرم) را حمل می کند، یعنی تقریباً 25 تا 30 کیلوگرم.
4- حداکثر ویسکوزیته ای که می توان با یک همزن آزمایشگاهی پردازش کرد چقدر است؟
یک همزن را برای پردازش محلولهای آبی یا مایعات با ویسکوزیته پایین تا حداکثر 100 میلی پاسک در نظر می گیریم .
5- آیا سرعتی که توصیه می شود برای همزن آزمایشگاهی وجود دارد؟
برای اطمینان از اختلاط یکنواخت همزن آزمایشگاهی، سرعت انتخابی آن، نباید خیلی کم باشد. رایج ترین همزنها دارای سرعتی بین 400 تا 800 دور در دقیقه می باشند.
6- در کدام محیط ها می توانیم از همزن آزمایشگاهی استفاده کنیم؟
رطوبت نسبی محیط برای یک همزن آزمایشگاهی، نباید از 80 درصد تجاوز کند. دمای محیط همیشه باید بین 5+ تا 40+ درجه سانتیگراد باشد.
