تجهیزات و دستگاه های آزمایشگاهی
تجهیزات و دستگاه های آزمایشگاهی
تجهیزات آزمایشگاهی به ابزارها و وسایل مختلفی اطلاق می شود که در تحقیقات علمی، آزمایش و تجزیه و تحلیل مورد استفاده قرار می گیرند. برخی از نمونه های رایج تجهیزات آزمایشگاهی عبارتند از:
- هود شیمیایی
- اتوکلاو
- سانتریفیوژ
- ترازو
- آون آزمایشگاهی
- اسپکتروفتومتر
- تیتراتور
- کروماتوگرافی گازی
- بمب کالریمتر
- میکروسکوپ
بسیاری از انواع دیگر تجهیزات آزمایشگاهی وجود دارد که هر کدام برای انجام وظایف خاص و کمک به تحقیقات علمی و آزمایش طراحی شده اند.در اینجا چند مورد از تجهیزات و دستگاه های آزمایشگاهی را که بیشترین استفاده را در آزمایشگاه دارند را نام بردیم در ادامه در مورد دو دستگاه سانتریفیوژ و تیتراتور توضیح میدهیم با ما همراه باشید
سانتریفیوژ: چیست و چرا استفاده می شود
اصطلاح سانتریفیوژ می‌تواند به دستگاهی اشاره داشته باشد که محفظه‌ای را در خود جای می‌دهد که به سرعت در حال چرخش است تا محتویات آن را بر اساس چگالی (اسم) یا عمل استفاده از ماشین (فعل) جدا کند.
سانتریفیوژها اغلب برای جداسازی مایعات و ذرات جامد مختلف از مایعات استفاده می شوند، اما ممکن است برای گازها استفاده شوند. آنها همچنین برای اهدافی غیر از جداسازی مکانیکی استفاده می شوند.
سانتریفیوژ چگونه کار می کند
سانتریفیوژ نام خود را از نیروی گریز از مرکز گرفته شده است - نیروی مجازی که اجسام در حال چرخش را به بیرون می کشد. نیروی مرکزگرا نیروی فیزیکی واقعی در کار است که اجسام در حال چرخش را به سمت داخل می کشد. چرخاندن یک سطل آب نمونه خوبی از این نیروها در کار است.
اگر سطل به اندازه کافی سریع بچرخد، آب به داخل کشیده می شود و نمی ریزد. اگر سطل با مخلوطی از ماسه و آب پر شود، چرخاندن آن باعث سانتریفیوژ می شود. طبق اصل ته نشینی، آب و ماسه در سطل هر دو به لبه بیرونی سطل کشیده می شوند، اما ذرات ماسه متراکم به پایین ته نشین می شوند، در حالی که مولکول های آب سبک تر به سمت مرکز جابجا می شوند.
شتاب مرکزگرا اساساً گرانش بالاتر را شبیه‌سازی می‌کند، با این حال، مهم است که به خاطر داشته باشید که گرانش مصنوعی محدوده‌ای از مقادیر است، بسته به اینکه یک جسم چقدر به محور چرخش نزدیک است، نه یک مقدار ثابت. این اثر هر چه یک جسم بیشتر به بیرون برود بیشتر است زیرا برای هر چرخش مسافت بیشتری را طی می کند.
انواع و کاربردهای سانتریفیوژ
انواع سانتریفیوژها همگی بر اساس یک تکنیک هستند اما در کاربردهایشان متفاوت هستند. تفاوت اصلی بین آنها سرعت چرخش و طراحی روتور است. روتور واحد چرخشی در دستگاه است. روتورهای با زاویه ثابت نمونه‌ها را در یک زاویه ثابت نگه می‌دارند، روتورهای سر چرخان دارای یک لولا هستند که به مخازن نمونه اجازه می‌دهد تا با افزایش سرعت چرخش به سمت بیرون حرکت کنند، و سانتریفیوژهای لوله‌ای پیوسته به جای محفظه‌های نمونه جداگانه دارای یک محفظه واحد هستند.
جداسازی مولکول‌ها و ایزوتوپ‌ها: سانتریفیوژها و اولتراسانتریفیوژها با سرعت بسیار بالایی می‌چرخند که می‌توان از آنها برای جدا کردن مولکول‌های با جرم‌های مختلف یا حتی ایزوتوپ‌های اتم استفاده کرد. جداسازی ایزوتوپی برای تحقیقات علمی و ساخت سوخت هسته ای و سلاح های هسته ای استفاده می شود. به عنوان مثال، یک سانتریفیوژ گاز ممکن است برای غنی‌سازی اورانیوم استفاده شود، زیرا ایزوتوپ سنگین‌تر بیشتر از ایزوتوپ سبک‌تر به بیرون کشیده می‌شود.
در آزمایشگاه: سانتریفیوژهای آزمایشگاهی نیز با سرعت بالایی می چرخند. آنها ممکن است به اندازه ای بزرگ باشند که روی زمین بایستند یا به اندازه ای کوچک باشند که روی پیشخوان استراحت کنند. یک دستگاه معمولی دارای روتور با سوراخ های حفر شده زاویه دار برای نگهداری لوله های نمونه است.
از آنجایی که لوله‌های نمونه در یک زاویه ثابت هستند و نیروی گریز از مرکز در صفحه افقی اعمال می‌شود، ذرات قبل از برخورد با دیواره لوله، فاصله کمی را طی می‌کنند و به مواد متراکم اجازه می‌دهند به پایین بلغزند.
در حالی که بسیاری از سانتریفیوژهای آزمایشگاهی دارای روتورهای با زاویه ثابت هستند، روتورهای سطل چرخشی نیز رایج هستند. چنین ماشین هایی برای جداسازی اجزای مایعات و سوسپانسیون های غیرقابل اختلاط به کار می روند. موارد استفاده شامل جداسازی اجزای خون، جداسازی DNA و خالص سازی نمونه های شیمیایی است.
شبیه سازی با جاذبه بالا: سانتریفیوژهای بزرگ ممکن است برای شبیه سازی گرانش بالا استفاده شوند. ماشین ها به اندازه یک اتاق یا ساختمان هستند.
از سانتریفیوژهای انسانی برای آموزش خلبانان آزمایشی و انجام تحقیقات علمی مرتبط با جاذبه استفاده می شود. همچنین ممکن است از سانتریفیوژها به عنوان سواری در شهربازی استفاده شود.
در حالی که سانتریفیوژهای انسانی برای حرکت تا 10 یا 12 گرانش طراحی شده‌اند، ماشین‌های غیرانسانی با قطر بزرگ می‌توانند نمونه‌ها را تا 20 برابر گرانش طبیعی قرار دهند. همین اصل ممکن است روزی برای شبیه سازی گرانش در فضا مورد استفاده قرار گیرد.
سانتریفیوژهای صنعتی برای جداسازی اجزای کلوئیدی (مانند خامه و کره از شیر)، در آماده سازی شیمیایی، تمیز کردن جامدات از مایع حفاری، خشک کردن مواد و تصفیه آب برای حذف لجن استفاده می شوند.
برخی از سانتریفیوژهای صنعتی برای جداسازی متکی به رسوب هستند، در حالی که برخی دیگر با استفاده از صفحه یا فیلتر، مواد را جدا می کنند. از سانتریفیوژهای صنعتی برای ریخته گری فلزات و تهیه مواد شیمیایی استفاده می شود. گرانش دیفرانسیل بر ترکیب فاز و سایر خواص مواد تأثیر می گذارد.
کاربردهای روزمره: سانتریفیوژهای با اندازه متوسط در زندگی روزمره رایج هستند، عمدتا برای جداسازی سریع مایعات از جامدات.
تیتراسیون چیست؟
تیتراسیون فرآیندی است که در آن یک محلول به محلول دیگر اضافه می شود به طوری که در شرایطی که حجم اضافه شده به دقت اندازه گیری می شود واکنش نشان می دهد.
در شیمی تحلیلی کمی برای تعیین غلظت نامعلوم یک آنالیت شناسایی شده استفاده می شود. تیتراسیون معمولاً با واکنش‌های اسید-باز مرتبط است، اما ممکن است انواع دیگری از واکنش‌ها را نیز شامل شود.
تیتراسیون به عنوان تیترومتری یا آنالیز حجمی نیز شناخته می شود. ماده شیمیایی با غلظت نامشخص را آنالیت یا تیتراند می نامند. محلول استاندارد یک معرف با غلظت مشخص را تیترانت یا تیتراتور می نامند. حجم تیترانی که واکنش داده می شود (معمولاً برای ایجاد تغییر رنگ) حجم تیتراسیون نامیده می شود.
نحوه انجام تیتراسیون
یک تیتراسیون معمولی با یک ارلن یا بشر حاوی حجم دقیق مشخصی از آنالیت (غلظت نامشخص) و یک نشانگر تغییر رنگ تنظیم می شود. یک پیپت یا بورت حاوی غلظت مشخصی از تیترانت در بالای فلاسک یا ظرف یک آنالیت قرار می گیرد.
حجم شروع پیپت یا بورت ثبت می شود. تیترانت در محلول آنالیت و نشانگر چکه می شود تا زمانی که واکنش بین تیترانت و آنالیت کامل شود و باعث تغییر رنگ (نقطه پایانی) شود. حجم نهایی بورت ثبت می شود، بنابراین می توان کل حجم مورد استفاده را تعیین کرد.
سپس غلظت آنالیت را می توان با استفاده از فرمول محاسبه کرد:
Ca = CtVtM / Va
- غلظت آنالیت است، معمولاً در مولاریته
- غلظت تیترانت در واحدهای مشابه است
- حجم تیترانت است که معمولاً بر حسب لیتر است
- نسبت مولی بین آنالیت و واکنش دهنده از معادله شیمیایی متعادل است
- حجم یک آنالیت است که معمولاً بر حسب لیتر است
