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「解析」真空离心浓缩中,为何说不是压力越低蒸发速率越快?

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2024/6/20 11:37:47

对于浓缩来说,在实验中有太多的场景需要用到干燥或者浓缩,但市面上常见的依然是传统的旋转蒸发仪和氮吹等。


所以对于还未使用过真空离心浓缩仪的客户来说,我们依然是要不厌其烦的介绍它应用及原理:真空离心浓缩仪是一种用于浓缩溶液或悬浮液的技术,它结合了离心力和真空原理。该过程在低真空下对浓缩的样品施加离心力,以控制暴沸;利用真空泵降低腔体压力,从而使溶剂快速并安全蒸发。对比传统的浓缩方式旋蒸和氮吹来说,它有着多种优点:高通量、防暴沸、低温下浓缩等,在生命科学、食品、环境检测、分子生物学等有着广泛用途。


——Genevac产品团队


真空离心浓缩问题探讨


今天和大家探讨的问题是,在真空离心浓缩中,为什么说并不是真空度越低蒸发速率越快?



我们都知道,溶液的沸点,它随着压力的降低而降低。


「解析」真空离心浓缩中,为何说不是压力越低蒸发速率越快?


当腔体内加热温度大于溶液沸点时,蒸发即开始。以DMF溶剂为例,当在8mbar的条件下时沸点为25℃(如上图紫色线条所示),那么只要加热温度高于25℃,压力能降低到8mbar以下,冷凝器可以冷凝25℃的有机溶剂,那么整个系统就能处理DMF这种溶剂。如果在把压力降到足够低呢,这样产生的温度差越大,是不是蒸发速率越快?在蒸发方面我们可以去这样理解,但要考虑“最佳蒸发方法”:除了要保证所蒸发样品的安全性之外,还能达到最快的蒸发速度。


对于蒸发速度主要有两个起决定性因素的条件:

●   蒸发时的压力;

●   冷凝器的冷凝能力。


蒸发时的压力和冷凝器的冷凝能力在达到平衡时才能保证蒸发速度,否则真空度和差的冷凝能力也不能保证蒸发的效果。


举例说明


例如:蒸发200ml的甲醇(Methanol)溶剂(如上图1mbar压力条件下甲醇的沸点/冷凝点为-50℃),200ml甲醇为4.9mol,根据1mol物质在标准状态下的体积为22.4L,那么200ml甲醇在标准状态下的体积为109.7升,根据PV=nRT公式,我们可以得到在1mbar的压力条件下,甲醇蒸气的体积为111154L,甲醇蒸气的温度为-50℃。

常压下200ml甲醇=1mbar压力条件下111154L  -50℃的甲醇蒸气


此时需要一个冷凝器的温度在满负荷工作的条件下也能低于-50℃,才能将-50℃的甲醇蒸气冷凝变为液体的甲醇。否则,即使使用抽速为83L/min的泵,也需要约22个小时,才能将这200ml甲醇蒸干。


结论


由于很多蒸发系统的冷凝器都不能达到这么低的温度,因此,在蒸发甲醇的时候,选择非常低的压力条件1mbar,并不是最佳的蒸发条件。如果选择蒸发压力为8mbar,此时甲醇的沸点/冷凝点为-20℃,-20℃是一个比较容易达到的条件,所以很快就能将甲醇蒸气冷凝为液体,大大加快了蒸发速度。


所以说并不是压力越低,蒸发速度越快,蒸发速度与冷凝器的能力有非常大的关系。


有什么办法同时兼顾蒸发条件和效率?



Genevac溶剂蒸发产品


英国Genevac EZ-2、Rocket、HT系统内置了不同沸点范围下的溶剂的不同的蒸发压力条件,保证每一种溶剂都在最佳的蒸发条件下进行蒸发,而不需要用户对这些条件进行摸索。欢迎来询


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Genevac

ATS集团是德祥集团资深合作伙伴之一。英国Genevac公司成立于1990年,隶属ATS SP Scientific旗下,一直专注于研究和生产各种离心蒸发浓缩设备,其产品广泛应用于生命科学、制药、化学、分析等领域。


德祥科技

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