1. Máy cô quay chân không là gì?
- Máy cô quay chân không là một thiết bị dùng để loại bỏ dung môi bằng phương pháp làm nóng, bay hơi, khắc phục được việc các hợp chất cô lập bị phân hủy do phương pháp gia nhiệt gây ra.- Hệ thống này bao gồm bình thắt cô quay bay hơi, giúp tăng diện tích của bể ổn nhiệt ở điều kiện hút chân không nhằm nung nóng hoặc bay hơi và thu hồi sản phẩm tách chiết. Quá trình bay hơi được sử dụng rộng rãi trong việc kết tinh hóa, cô đặc sản phẩm, làm khô bột, tách dung môi, tách chiết,… Trong phòng thí nghiệm và công nghiệp, máy cô quay được sử dụng thường có dung tích khoảng vài chục lít.- Ngoài ra, máy cô quay chân không còn được sử dụng trong hoạt động ẩm thực ở các bước sơ chế để chưng cất và chiết tách.
- Motor để quay bình cô quay chứa mẫu dung dịch- Hệ thống chân không để điều chỉnh áp suất bên trong hệ thống bay hơi- Một ống dẫn hơi nước có vai trò làm trục xoay mẫu với một ống dẫn chân không để dẫn hơi cần loại bỏ khỏi dung dịch ban đầu.- Bể gia nhiệt được thiết kế sao cho phù hợp với bình cất, có thể gia nhiệt bằng nước hoặc dầu với tốc độ nhanh.- Bình cầu chứa mẫu dung dịch- Hệ thống sinh hàn với thiết kế dạng ống xoắn ruột gà, bên trong có chứa chất làm lạnh như đá khô hoặc aceton.- Bình cầu thu dung môi dùng để thu hồi dung môi sau khi nó đã được ngưng tụ lại, ống thiết kế nằm ngay bên dưới thiết bị làm lạnh- Bơm hút chân không với ống hình chữ U, nhúng ngập trong bồn nước lạnh.- Nồi chứa nước ấm để cung cấp nhiệt cho bình cầu chứa mẫu dung dịch.
3. Nguyên lý hoạt động của máy cô quay chân không
- Máy cô quay chân không hoạt động dựa theo nguyên tắc thay đổi nhiệt độ sôi khi thay đổi áp suất. Khi áp suất tăng, nhiệt độ sôi của chất lỏng tăng.- Khi máy cô quay được vận hành, bình cầu chứa mẫu dung dịch sẽ được đặt ngập trong bể gia nhiệt và nước trong đó sẽ được gia tăng đến nhiệt độ cần thiết. Lúc này, bơm hút chân không sẽ hút không khí ra bên ngoài bình khiến áp suất bị giảm.- Áp suất sau khi hạ xuống thì nhiệt độ sôi của dung dịch cũng giảm theo cho đến khi nhiệt độ sôi dưới mức nhiệt của bể, dung dịch sẽ sôi lên.- Suốt quá trình vận hành, bình chứa mẫu dung dịch liên tục quay tròn, làm tăng diện tích tiếp xúc của dung dịch với nguồn nhiệt giúp nhiệt phân bố đều, tránh hiện tượng tập trung cục bộ vào một chỗ.- Dung môi từ bình cầu bên phải sau quá trình cô quay sẽ thu được dung môi cô đặc ở bình cầu bên trái.
4. Quy trình sử dụng máy cô quay chân không
Bước 1: Trước khi sử dụng, tiến hành kiểm tra tổng thể tất cả các bộ phận của máy như: Đường nước lạnh của ống sinh hàng, dung dịch trong bể gia nhiệt, các kết nối, chân không, bình thu hồi, đường điện,..đảm bảo các bộ phận hoàn toàn bình thường, không có bất kì dấu hiệu bất thường nào như nứt vỡ bình bể, mới tiến hành khởi động máy.
Bước 2: Sử dụng bộ điều chỉnh để thay đổi cơ cấu các bộ phận, nâng hệ thống lên tới mức độ hợp lí
Bước 3: Tiến hành lắp bình chứa dung dịch mẫu
Bước 4: Điều chỉnh thiết bị, hạ thấp vị trí để bình chứa mẫu ngập vào bình gia nhiệt với thể tích tiếp xúc là 1/3
Bước 5: Điều chỉnh hệ thống đường ống làm mát đi qua ống sinh hàn
Bước 6: Khởi động hệ thống chân không và motor để quay bình chứa mẫu và bể gia nhiệt
Bước 7: Trong quá trình máy hoạt động luôn quan sát để phát hiện bất thường và khắc phục ngay (nếu cần thiết).
Bước 8: Sau khi quá trình cô quay hoàn thành, tiến hành tắt máy và dừng toàn bộ hệ thống. Cách thức dừng được tiến hành ngược lại theo quy trình trên. Lưu ý sau khi thu được mẫu đã cô quay cần phải vệ sinh các bộ phận và đặt lại đúng vị trí để chuẩn bị sẵn sàng cho các lần thực hiện sau.
5. Lưu ý khi sử dụng máy cô quay chân không
- Trong quá trình bay hơi, bình thủy tinh dùng cho cô quay có thể phát nổ nếu ban đầu có những vết rạn nứt.- Với những tạp chất không ổn định như ete chứa peroxit, azides hữu cơ, acetylides, hợp chất nitro có chứa phân tử với năng lượng biến dạng,….vụ nổ cũng có thể xảy ra.- Không để quần áo, tóc,…mắc vào các bộ phận quay của máy.- Với những vật liệu phản ứng không khí, cần thận trọng. Chỉ cần một rò rỉ nhỏ cũng có thể rút không khí vào bộ máy và vụ nổ sẽ xảy ra.- Hiện tượng dính chùm có thể xảy ra khiến một vài mẫu có thể bị mất đi ngoài ý muốn như ethanol với nước, một phần dung môi muốn giữ lại nhưng vẫn bị mất đi.
6. Ứng dụng của thiết bị cô quay chân không
- Bay hơi chân không giữ vai trò chủ đạo bởi vì trong một hệ kín, áp suất giảm dẫn tới làm giảm nhiệt độ sôi của các thành phần trong nó. Các thành phần trong mẫu dung dịch được cô quay bay hơi để loại bỏ dung môi mong muốn từ mẫu dịch chiết, nó được ứng dụng trong quá trình tách chiết một hợp chất tự nhiên hay đơn giản chỉ trong một bước của tổng hợp hợp chất hữu cơ. Dung môi hòa tan có thể được loại bỏ nếu nhiệt độ không vượt quá nhiệt độ cho phép. Nhiệt độ cho phép phụ thuộc vào độ sôi của hợp chất, chất tan và dung môi.- Là thiết bị cơ bản không thể thiếu trong phòng thí nghiệm và ngành công nghiệp phân tích hóa học bao gồm: phòng thí nghiệm hóa phân tích, môi trường, vật liệu, khoa học sự sống và ngành pháp y. Với ứng dụng quan trọng bao gồm: xác định nồng độ mẫu, tái chế dung môi, phân tách, phân tích thành phần trong hỗn hợp dung môi.- Máy cô quay còn được sử dụng trong lĩnh vực khoa học ẩm thực trong các bước sơ chế để làm chưng cất và tách chiết. Cô quay bay hơi được ứng dụng để tách dung môi có nhiệt độ sôi thấp như n-hexan, ethyl acetat từ hợp chất hữu cơ chất có đặc tính đông đặc ở nhiệt độ phòng và áp suất.