تجهیزات عمومی آزمایشگاه
امروزه در صنایع مختلف به منظور تسریع در فرایندها، از تجهیزات مختلفی بهره گرفته میشود. در عرصه صنعت پتروشیمی نیز که از گسترده ترین صنعت ها به شمار می آید، تجهیزات متنوعی در مقیاس های آزمایشگاهی، نیمه صنعتی و صنعتی استفاده می شوند.
تجهیزات آزمایشگاهی مانند انواع شیشه‌آلات آزمایشگاهی، آون‌ها (معمولی، خلاء، فن‌دار)، اتوکلاو، آب مقطرگیری، سانتریفیوژ، هات پلیت (مگنت، استیرر)، هیتر، آسیاب (بال میل)، کوره، همزن (استیرر)، پمپ آزمایشگاهی (خلاء، پرپستالتیک)، هود (شیمیایی، لامینار، میکروبیولوژی) و ... شامل اقلام ضروری و عمومی هر آزمایشگاه محسوب شده و وجود هر یک برای انجام پژوهش و آنالیزهای تخصصی ضروری می‌باشد. عموماً کلیه تجهیزات عمومی به عنوان ابزار اولیه در تمامی آزمایشگاه‌های تخصصی یافت میشود.
در ابتدای این بخش، لیستی از اقلام شیشه‌ای، پلاستیکی، فلزی و پرکاربرد آزمایشگاهی در جدول (1-1) ارائه میشود و سپس به معرفی سایر تجهیزات عمومی مورد استفاده در آزمایشگاه‌های شیمیایی می‌پردازیم.
جدول (1-1): وسایل شیشه‌ای و عمومی آزمایشگاهی
نام لاتین اصلی | موارد کاربرد | جنس و ابعاد | وسایل عمومی |
Beaker | ظرف نگهداری، همزدن و مخلوط کردن نمونه‌های مختلف؛ برای گرم‌کردن محلول‌ها نیز به کار می‌رود. | بشر شیشه‌ای با ابعاد متفاوت (۱۰۰-۱۰۰۰ میلی‌لیتر) |  |
Graduated Cylinder | اندازه‌گیری حجم محلول‌ها | استوانه مدرج شیشه‌ای با درجه‌بندی حجمی (میلی‌لیتر) |  |
Erlenmeyer Flask | عموماً برای گرم کردن نمونه | بالن شیشه‌ای با ابعاد حجمی مختلف (۱۲۵، ۲۵۰، ۵۰۰ میلی‌لیتر) |  |
Test Tube | عموماً برای گرم‌کردن یا همزدن نمونه | لوله شیشه‌ای در ابعاد مختلف |  |
Test Tube Rack | نگهداری لوله آزمایش | ظرف چوبی، پلاستیکی یا فلزی |  |
Test Tube Holder | نگهداری یا برداشتن لوله یا ظرف آزمایش | گیره فلزی |  |
Test Tube Clamp | برای اتصال به پایه فلزی و ارتباط بین اجزا | گیره فلزی متصل‌کننده به پایه |  |
Pipette | اندازه‌گیری و انتقال مایعات | پیپت شیشه‌ای (ساده، حبابدار، مدرج) |  |
Burette | نگهداری مایع و تیتراسیون | بورت شیشه‌ای مدرج (میلی‌متری) |  |
Crucible and Cover | گرم کردن مقادیر کم نمونه در دماهای بالا | ظرف چینی درب‌دار (کروسیبل) |  |
Bunsen Burner | گرم کردن | چراغ گازی - وسیله فلزی گرم‌کننده (متصل به گاز) |  |
Volumetric Flask | تهیه محلول‌های شیمیایی با حجم مشخص | بالن‌های حجمی شیشه‌ای مدرج |  |
Chemical Scoop | برداشتن یا انتقال مواد جامد یا پودر به منظور وزن کردن | قاشق فلزی (اسپاتول) |  |
Wash Bottle | ریختن آب مقطر | ظرف پلاستیکی آب مقطر |  |
Evaporating Dish | تبخیر مقادیر اندک مایعات | بوته چینی |  |
Micropipette | اندازه‌گیری‌های میکروبی؛ انتقال مقادیر بسیار اندک مایعات | میکروپیپت |  |
Electronic Balance | وزن‌سنجی | ترازوی دیجیتالی (مقیاس گرم با میکروگرم) |  |
Hot Plate | گرم‌کردن و همزدن نمونه در ظرف شیشه‌ای یا فلزی | وسیله فلزی گرمایش و همزدن محلول (هیتر استیرر) |  |
Petri Dish | نگهداری، برداشتن یا انتقال نمونه مایع یا جامد | ظرف شیشه‌ای پتری |  |
علت استفاده از تجهیزات شیشه‌ای یا پلاستیکی به نوع کاربرد، روش تولید، خواص ویژه مواد به کار رفته در آن و جنبه‌های اقتصادی تولید آنها بستگی دارد. تجهیزات حجمی پلاستیکی مقاومت بالاتری نسبت به شکنندگی تجهیزات شیشه‌ای دارند.
نکته:
برای تجهیزات حجمی، یک دمای استاندارد مرجع تعریف میشود. دمای استاندارد مرجع، دمای ۲۰°C است که در آن دما، تجهیزات حجمی، حجم‌های مشخصی از نمونه را دربرمی‌گیرند یا منتقل می‌کنند. به علت ضریب انبساط کوچک مواد شیشه‌ای، دمای مرجع اهمیت کمی در استفاده عملی از نتایج اندازه‌گیری شده دارد، زیرا انحراف‌های استاندارد انبساط حجمی تجهیزات شیشه‌ای عموماً کوچک‌تر از محدوده خطاهای آزمایشگاهی هستند. لازم به ذکر است که تجهیزات آزمایشگاهی مانند بالن‌های حجمی، پیپت‌های حبابدار و مدرج، استوانه و بورت‌های مدرج از جمله تجهیزات استاندارد اندازه‌گیری حجمی نمونه‌ها هستند و می‌توانند از جنس شیشه یا پلاستیک باشند. اما بشرهای مدرج، ارلن مایرها، قیف‌ها و مانند آنها تجهیزات حجمی محسوب نمی‌شوند، زیرا دقیقاً کالیبره نشده و مقیاس‌بندی آنها فقط برای اطلاع کاربر از میزان تقریبی حجم نمونه است. در ادامه، تجهیزات دستگاهی عمومی مورد استفاده در آزمایشگاه‌ها و کاربرد هر یک معرفی می‌شوند.
معرفی تجهیزات عمومی آزمایشگاهی، نحوه عملکرد، کارایی و کاربرد
آب مقطرگیر (Water Distillatory):
برای تهیه آب مقطر و آب DM مورد نیاز محلول‌سازی و کارهای آزمایشگاهی استفاده میشود. دستگاه دارای دو نوع کارتریج و یک لامپ با اشعه فرابنفش می‌باشد. این دستگاه هر ماه یکبار توسط قرص مخصوص کنترل میشود.
دستگاه اتوکلاو (Autoclave):
اتوکلاو دستگاهی است که با استفاده از بخار اشباع برای استریل کردن تجهیزات آزمایشگاهی و پزشکی در فشار شدید بخار و دمای ۱۲۱°C در مدت زمان مورد نظر مناسب می‌باشد و دارای کنترل ترموستاتیک اتوماتیک است. یکی از مهم‌ترین مسائل قبل از استفاده از اتوکلاو، تخلیه کامل آن از هوا می‌باشد. از اتوکلاو در بیشتر آزمایشگاه‌ها استفاده میشود. کاربردهای اتوکلاو شامل دامپزشکی، پزشکی، دندان‌پزشکی، میکروب‌شناسی و ... است.
دسیکاتور (Desiccators):
وسیله‌ای قابلمه‌مانند از جنس فلز یا شیشه (پیرکس) که هوا قادر به نفوذ به آن نیست و برای نگهداری مواد شیمیایی حساس به رطوبت و همچنین خشک‌کردن مواد مختلف مثل خاک توسط خلاء یا جلوگیری از جذب رطوبت توسط سیلیکاژل کاربرد دارد.
دستگاه آسیاب گلوله‌ای (Ball Mill):
آسیاب گلوله‌ای برای خردسازی مواد شیمیایی مورد استفاده قرار می‌گیرد. اگر مواد شیمیایی به صورت کلوخه باشند و پودر کردن آنها جهت مصرف نیاز باشد، وجود آسیاب از ضروریات خواهد بود. آسیاب گلوله‌ای بر اساس گردش یک ظرف که حاوی مقادیر زیادی گلوله‌هایی با سایزهای متفاوت است کار می‌کند. این گلوله‌ها از جنس سخت‌تر از ماده مورد آزمایش انتخاب می‌شوند تا بتوانند بر اثر سایش، ماده مورد نظر را به شکل پودر درآورند.
دستگاه اندازه‌گیری اکسیژن محلول (Dissolved Oxygen Meter):
برای اندازه‌گیری اکسیژن محلول برحسب ppm یا mg/L و دما کاربرد دارد. همچنین می‌توان برای اندازه‌گیری BOD نیز از آن استفاده نمود. این دستگاه قابلیت تصحیح دما را دارد و کالیبراسیون اتوماتیک آن در هوا به صورت ۱۰۰% صورت می‌گیرد.
دستگاه الک شیکر (Shaker Sieve):
این دستگاه جهت دانه‌بندی انواع مواد آزمایشگاهی صنعتی و طبی قابل استفاده برای الک‌های استاندارد ۸ اینچ و ۱۲ اینچ با حرکت لرزشی می‌باشد. یک سیستم لرزان آزمایشگاهی است که به کمک نیروی الکترومغناطیسی باعث لرزش مواد به صورت عمودی بر روی سطح الک‌ها می‌گردد و موجب عبور ذرات از درون سوراخ‌های هر الک با توجه به سایز آنها میشود. با اتصال دستگاه به سیستم کامپیوتری و نرم‌افزار مربوطه، قادر به رسم گراف و ارائه نتایج درصد توزیع ذرات نیز می‌باشد.
- دستگاه الک شیکر با ظرفیت بالا:
شیکر الک با ظرفیت بالا جهت دانه‌بندی مقادیر زیاد مصالح با ظرفیت ۳۰ لیتر نمونه (60-۷۰ کیلوگرم) استفاده میشود و قابلیت نگهداشتن شش سینی توری به صورت همزمان را دارد.
دستگاه محفظه رشد (Incubator):
این دستگاه برای انجام کشت میکروبی کاربرد دارد و عموماً برای کشت در محیط ثابت از نظر دما و رطوبت استفاده میشود.
دستگاه رنگ‌سنج (Colorimeter):
برای اندازه‌گیری مقدار (شدت) رنگ از این دستگاه استفاده میشود. همچنین برای اندازه‌گیری غلظت یا بررسی میزان جذب در محدوده نور مرئی کاربرد دارد. دستگاه دارای فیلتر بوده و توسط کنترل قابل تغییر و تنظیم می‌باشد.
دستگاه رنگ‌سنج فیلتردار (Tristimulus Colorimeter):
این دستگاه جهت اندازه‌گیری مشخصات رنگ به‌کار رفته بر روی یک سطح بر اساس سه فیلتر قرمز، آبی و سبز مورد استفاده قرار می‌گیرد. نور عبور داده شده از منشور تجزیه شده و از این فیلترها عبور می‌کند و مشخصات آن به صورت عدد بر روی صفحه نمایش داده میشود. شکل‌های (۱-۲) و (1-3): مکانیسم عملکرد دستگاه و منحنی طیف حاصل را نمایش می‌دهند.
شکل (۱-۲): مکانیسم عملکرد دستگاه
شکل(1-3): منحنی طیف جداسازی رنگ های سبز، قرمز و آبی توسط دستگاه
آزمون پراش نور (Haze Meter):
آزمون Haze بیانگر درصدی از نور عبور کرده از فیلم، ورقه‌های پلاستیکی، شیشه و نمونه های مایع است که توسط آن پراکنده شده است. اشعه نور پس از عبور از فیلم وارد یک دام نور میشود که آن را جذب می‌کند. نوری که پراکنده شده و توسط دام نور جذب نشده است، در یک نورسنج کروی انتگرالی گرفتار شده و اندازه گیری می شود. این مقدار با تمام نوری که بدون حضور فیلم به دام نوری رسیده مقایسه شده و درصد ماتی تعیین میشود.
دستگاه ضخامت‌سنج (Thickness Gage):
این دستگاه جهت اندازه‌گیری ضخامت فیلم و ورقه‌ها به کار برده میشود. به گونه‌ای که فیلم یا ورقه مورد آزمون را در زیر قسمت تعیین شده قرار داده و ضخامت آن به صورت عدد (دیجیتال) بر روی صفحه نمایش خوانده میشود.
دستگاه شیکر انکوباتور (Shaker Incubator):
میکروارگانیسم‌ها و سلول‌ها جهت رشد نیاز به شرایطی با دمای ثابت و اختلاط با مواد مغذی محیط کشت دارند. بدین منظور از دستگاه شیکر انکوباتور استفاده میشود. این دستگاه شرایط مناسب جهت رشد میکروارگانیسم‌ها یا سلول‌ها را فراهم می‌نماید.
دستگاه اندازه‌گیری قدرت اسیدی-بازی (pH Meter):
این دستگاه جهت اندازه‌گیری میزان pH محلول‌ها و تعیین اسیدی یا بازی بودن آنها به کار می‌رود. کالیبره کردن دستگاه با محلول‌های بافری ۴، ۷، ۹ یا ۱۰ صورت می‌گیرد و بر حسب نوع دستگاه می‌توان آن را به صورت ۲ یا ۳ نقطه‌ای کالیبره کرد.
دستگاه هدایت‌سنج (Conductivity/TDS/°C Meter):
برای اندازه‌گیری هدایت محلول‌ها از این دستگاه استفاده میشود. هر دستگاه قابلیت اندازه‌گیری دما و هدایت در یک نمونه را دارد و کالیبراسیون آن به صورت تک یا چند نقطه‌ای و دستی یا اتوماتیک انجام میشود.
هدایت‌سنج دارای دو الکترود یکسان فلزی پلاتینه شده است. الکترودها در یک محفظه شیشه‌ای پیرکس یا شیشه‌ای مقاوم دیگر، موازی هم قرار گرفته‌اند. به مجموعه این الکترودها در محفظه شیشه‌ای، پیل الکترومتر می‌گویند. برای اندازه‌گیری هدایت یک محلول، پیل هدایت‌سنج را در آن محلول قرار داده و دستگاه با ولتاژ مناسبی که بین الکترودها می‌فرستد، هدایت محلول را نشان می‌دهد. جریان برق به کار رفته اگر مستقیم باشد باعث تجزیه الکتریکی محلول میشود، بنابراین از یک جریان برق متناوب با فرکانس زیاد (به طور معمول 1000-60 هرتز) استفاده میشود.
دستگاه‌های هدایت‌سنج تجاری عموماً طوری طراحی شده‌اند که هدایت الکترولیتی را بر حسب mS یا μS اندازه می‌گیرند. بعضی دستگاه‌ها نیز هدایت ویژه را اندازه می‌گیرند که محدوده اندازه‌گیری آنها بر حسب mS/cm یا μS/cm می‌باشد.
از تکنیک هدایت‌سنجی جهت محاسبه ثابت‌های اسیدهای ضعیف، پی‌بردن به درجه خلوص آب مقطر، اندازه‌گیری مقدار کل املاح موجود در آب و اندازه‌گیری غلظت اسید استفاده می‌گردد.
دستگاه آون تحت خلاء (Heating & Drying Oven):
این دستگاه برای خشک‌نمودن تجهیزات شیشه‌ای مورد استفاده در آزمایشگاه و همچنین خشک کردن مواد غیرسمی و غیرقابل اشتعال و ظروف شیشه‌ای با قابلیت برنامه‌ریزی حرارتی و زمانی کاربرد دارد. همچنین می‌توان جهت خشک‌کردن نمونه تحت خلأ تا 300 درجه یا همراه با گاز بی‌اثر برای کنترل اتمسفر درون آون از آن استفاده کرد.