Как работает магнитная мешалка?

1. Введение

Постоянное перемешивание жидкостей имеет важное значение в лабораторной работе. Плохое смешивание может привести к неравномерной концентрации, нестабильным реакциям и ненадежным результатам испытаний.

Ручного перемешивания может быть достаточно для быстрых и простых задач. Однако это сильно зависит от оператора. Скорость, продолжительность и сила перемешивания могут различаться в зависимости от партии.

Магнитная мешалка обеспечивает автоматическое бесконтактное перемешивание. Он использует вращающееся магнитное поле для перемещения небольшой магнитной мешалки внутри сосуда. Механический вал не должен входить в образец.

Такая конструкция имеет ряд практических преимуществ:

• Более равномерное смешивание жидкостей

• Меньший риск загрязнения

• Упрощенная работа в герметичном резервуаре

• Снижение нагрузки на оператора

• Лучшая повторяемость процесса

• Тихая настольная работа

• Простая очистка и обслуживание

Магнитные мешалки лучше всего работают с жидкостями низкой и некоторыми жидкостями средней вязкости. Общие примеры включают растворы на водной основе, буферы, реагенты, растворители и лабораторные образцы.

Густые гели, кремы, полимеры и тяжелые суспензии обычно требуют использования верхней мешалки, поскольку они оказывают большее сопротивление системе смешивания.

В этом руководстве объясняется принцип работы магнитной мешалки. В нем также рассматриваются выбор мешалки, настройка емкости, скорость перемешивания, образование вихрей, нагрев, устранение неполадок и выбор оборудования.

2. Как работает магнитная мешалка?

Магнитная мешалка использует две связанные системы.

Первая система создает вращающееся магнитное поле под верхней пластиной. Вторая система передает это движение жидкости через магнитную мешалку.

2.1. Мешалка генерирует вращающееся магнитное поле.

Приводная система расположена под пластиной мешалки.

Многие магнитные мешалки используют небольшой электродвигатель. Двигатель вращает один или несколько постоянных магнитов под пластиной.

В других моделях используются стационарные электромагнитные катушки. Эти катушки активируются последовательно и создают вращающееся магнитное поле без физического вращения приводного магнита.

Обе системы выполняют одну и ту же основную функцию: создают контролируемое магнитное поле под судном.

Поле проходит через немагнитную верхнюю пластину и дно сосуда. Затем он достигает магнитной мешалки внутри жидкости.

Постоянный магнит с приводом от двигателя прост и экономичен. Электромагнитный привод может обеспечить более плавное управление скоростью, меньшую вибрацию и меньший механический износ.

2.2 Как работает магнитная мешалка?

Магнитная мешалка содержит постоянный магнитный сердечник. Большинство лабораторных мешалок имеют химически стойкое покрытие из ПТФЭ.

Когда сосуд размещается над системой привода, мешалка выравнивается по магнитному полю.

По мере вращения поля мешалка следует за ним. Это взаимодействие известно как магнитная связь.

Прочность этой связи зависит от:

• Сила магнита привода

• Магнитная сила мешалки

• Расстояние между обоими магнитами

• Толщина дна сосуда

• Размер и форма мешалки

• Объем жидкости

• Вязкость образца

Тонкое плоское дно сосуда обычно создает более сильную магнитную связь. Толстое, приподнятое или изогнутое дно увеличивает расстояние между магнитами и ослабляет соединение.

2.3 Мешалка передает движение жидкости

Вращающаяся мешалка выталкивает окружающую жидкость.

Трение между мешалкой и образцом создает круговое движение. Это движение распространяется наружу от дна сосуда.

Центрированная мешалка обеспечивает плавную и стабильную циркуляцию. Колеблющийся или смещенный от центра стержень создает неравномерный поток и может ударить о стенки сосуда.

Вязкость образца также влияет на производительность.

Жидкости с низкой вязкостью движутся легко и требуют меньшего крутящего момента. Более вязкие жидкости сопротивляются движению мешалки и создают большую нагрузку на магнитную муфту.

2.4. Вращающаяся жидкость образует вихрь

Образование вихрей является наиболее заметным результатом магнитного перемешивания.

Жидкость движется вниз около центра сосуда. Затем он движется наружу по дну и поднимается возле стенок.

Эта непрерывная циркуляция помогает распределять:

• Растворенные вещества

• Добавлены реагенты

• Взвешенные частицы

• Нагревать

• Разница в концентрации

Более глубокий вихрь обычно указывает на более сильную циркуляцию жидкости. Однако глубокий вихрь не всегда означает лучшее перемешивание.

Чрезмерное образование вихрей может:

• Втяните воздух в образец

• Вызвать пенообразование

• Увеличение окисления

• Создать брызги

• Чувствительные к повреждению биологические материалы

Для многих рутинных лабораторных процессов требуется лишь неглубокий или умеренный вихрь.

2.5 Регулятор скорости меняет интенсивность смешивания

Ручка скорости или цифровое управление изменяют скорость вращения магнитного поля.

Более высокая скорость перемешивания обычно увеличивает циркуляцию и глубину вихря.

Однако не следует увеличивать скорость слишком быстро.

Быстрое ускорение может привести к тому, что вращающееся магнитное поле будет двигаться быстрее, чем сможет последовать мешалка. При этом мешалка теряет магнитную связь.

Это состояние называется развязкой мешалки или раскручиванием.

Чтобы предотвратить это:

1. Начните с низкой скорости.

2. Дождитесь стабильного вращения мешалки.

3. Увеличивайте обороты постепенно.

4. Остановитесь, если штанга начнет подпрыгивать или дребезжать.

2.6 Процесс продолжается до тех пор, пока смесь не станет однородной.

Непрерывная циркуляция уменьшает разницу концентраций по всему сосуду.

Магнитное перемешивание поддерживает такие процессы, как:

• Растворение солей

• Подготовка буферов

• Разбавление растворов

• Смешивание реагентов

• Поддержка титрования

• Распределение тепла

• Управление химическими реакциями

Время смешивания зависит от:

• Объем образца

• Вязкость жидкости

• Форма судна

• Размер мешалки

• Скорость перемешивания

• Требуемый уровень однородности

Некоторые процессы можно оценить визуально. Для других требуется определенное время смешивания, результат измерения pH, значение проводимости, значение температуры или проверенный лабораторный метод.

Примечание. Стабильное вращение мешалки более важно, чем достижение максимально возможных оборотов в минуту.

3. Каковы основные части магнитной мешалки?

Типичная магнитная мешалка содержит четыре основные системы.

Приводной магнит или электромагнитные катушки

Система привода создает вращающееся магнитное поле.

Более сильное магнитное поле может поддерживать большее сопротивление жидкости и большие объемы проб. Однако производительность также зависит от свойств мешалки, сосуда и образца.

Системы с электроприводом содержат вращающиеся механические части. Электромагнитные конструкции могут снизить вибрацию и механический износ.

Плита для перемешивания

Пластина мешалки поддерживает сосуд и отделяет его от приводной системы.

Распространенные материалы верхней пластины включают керамику, алюминий и нержавеющую сталь.

Материал пластины становится особенно важным при использовании магнитной мешалки с нагревательной пластиной.

Поверхность следует выбирать в зависимости от:

• Используемые химикаты

• Требуемая температура

• Тип судна

• Метод очистки

• Механическая рабочая нагрузка

Магнитная мешалка

Мешалка — единственный движущийся компонент внутри жидкости.

Распространенные формы мешалок включают в себя:

• Цилиндрический

• Овал

• Крестообразный

• Треугольный

• Поворотное кольцо

• Микроперемешиватели

Цилиндрические стержни подходят для многих сосудов с плоским дном.

Овальные бруски часто лучше подходят для колб с круглым дном, поскольку они более плавно повторяют изогнутую поверхность.

Треугольные стержни помогут поднять осевший материал. Поворотные кольца уменьшают контакт и трение на слегка неровном дне резервуара.

Система управления

В аналоговых магнитных мешалках используются поворотные ручки. Они просты и практичны для рутинной лабораторной работы.

Цифровые модели отображают выбранное или фактическое число оборотов в минуту. Некоторые модели могут также включать в себя:

• Таймеры

• Увеличение скорости

• Реверс направления

• Контроль температуры

• Подключения внешних датчиков

• Сигнализация безопасности

• Автоматическое отключение

Цифровой контроль помогает лабораториям более точно повторять и документировать условия эксплуатации.

4. Что определяет производительность магнитной мешалки?

Сама мешалка не определяет полный результат. Производительность микширования зависит от полной настройки.

Размер и форма мешалки

Очень маленькая мешалка может создать слабую циркуляцию.

Слишком большой стержень может удариться о стенки сосуда, создать шум или потерять устойчивость.

Выберите мешалку, которая удобно помещается на дне сосуда.

Правильный размер зависит от:

• Диаметр сосуда

• Форма дна сосуда

• Объем образца

• Вязкость жидкости

• Сила магнита привода

• Требуемая скорость перемешивания

Для критических процессов перед утверждением метода протестируйте несколько размеров и форм мешалок.

Форма и положение сосуда

Используйте немагнитный сосуд, совместимый с образцом.

Лабораторная посуда с плоским дном часто обеспечивает наиболее стабильное перемешивание. Он удерживает магнитную мешалку рядом с приводным магнитом.

Поместите сосуд в центр пластины для перемешивания. Магнитное поле обычно наиболее сильное вблизи центра приводной системы.

Смещенный от центра сосуд может вызвать:

• покачивание

• Дребезжание

• Слабая циркуляция жидкости

• Повторная развязка

• Нестабильное вихревое образование

На судне также должно быть достаточно свободного пространства. Высокие скорости перемешивания могут вытолкнуть жидкость вверх и вызвать разливы.

Объем жидкости и вязкость

Большие объемы образцов требуют большего магнитного крутящего момента.

Более высокая вязкость увеличивает сопротивление мешалки. Штанга может замедлиться, раскачиваться или перестать вращаться.

Магнитные мешалки наиболее эффективны для водоподобных жидкостей и других образцов с низкой вязкостью.

Некоторые жидкости средней вязкости также можно перемешивать, если установка включает в себя:

• Более сильный магнитный привод

• Подходящая высокопрочная мешалка

• Судно правильной формы

• Меньшая скорость работы

• Управляемый объем выборки

Используйте верхнюю мешалку, если жидкость остается слишком стойкой.

Скорость перемешивания и глубина вихря

Не существует единой правильной скорости перемешивания для каждого процесса.

Мягкая скорость может подойти:

• Чувствительные биологические образцы

• Медленное растворение

• Малые объемы выборки

• Чувствительные к воздуху жидкости

• Процессы, уязвимые к пенообразованию

Более высокая скорость может подойти:

• Подготовка реагентов

• Обычное растворение

• Титрование смешивание

• Большие объемы жидкости с низкой вязкостью

Используйте скорость, достаточную для создания равномерной циркуляции.

Совет: Запишите сосуд, мешалку, объем пробы, вязкость и частоту вращения для каждого утвержденного лабораторного метода.

5. Как правильно пользоваться магнитной мешалкой

Правильная настройка повышает стабильность перемешивания и снижает риск рассоединения мешалки.

Подготовьте сосуд и образец

Выбирайте чистую и химически совместимую лабораторную посуду.

Убедитесь, что в сосуде достаточно свободного места над жидкостью. Это снижает риск разбрызгивания при образовании вихрей.

Перед запуском мешалки поместите магнитную мешалку в сосуд.

Убедитесь, что штанга свободно лежит внизу. Он не должен быть зажат твердыми предметами или заблокирован внутренними фитингами.

Отцентрируйте сосуд на пластине для перемешивания.

Поместите сосуд в центр верхней пластины.

Стержень мешалки должен совпадать с приводным магнитом, расположенным ниже.

Не помещайте несколько сосудов на однопозиционную магнитную мешалку. Они могут испытывать слабую или неравномерную магнитную силу.

Используйте мешалку на ровной и устойчивой рабочей поверхности.

Начните с низкой скорости перемешивания

Включите магнитную мешалку на низком уровне.

Следите за мешалкой, пока она не начнет плавно вращаться.

Постепенно увеличивайте скорость. Избегайте внезапных изменений.

Если мешалка прыгает или дребезжит:

1. Уменьшите скорость.

2. Остановите мешалку.

3. Дайте штанге успокоиться.

4. Отцентрируйте судно.

5. Перезапустите на более низкой скорости.

Это самый безопасный способ установить скорость магнитной мешалки.

Контролируйте процесс смешивания

Наблюдайте за образцом во время работы.

Проверьте:

• Стабильное вихревое образование

• Плавное вращение мешалки

• брызги

• Вспенивание

• Чрезмерный забор воздуха

• Осевшие твердые вещества

• Изменения вязкости

• Изменения температуры

Требуемая скорость может меняться по мере растворения твердых частиц или нагревания образца.

Остановите мешалку перед удалением сосуда.

Примечание. Никогда не поднимайте стеклянную посуду с магнитной мешалки, работающей на высокой скорости.

6. Как работает магнитная мешалка с нагревательной пластиной?

Магнитная мешалка с нагревательной пластиной сочетает в себе нагрев и перемешивание жидкости в одном приборе.

Нагревание и перемешивание работают вместе

Нагревательный элемент нагревает верхнюю пластину.

Затем тепло проходит через сосуд в образец. Вращающаяся мешалка распределяет более теплую жидкость по контейнеру.

Такая циркуляция может уменьшить количество локальных горячих точек и обеспечить более равномерный нагрев.

Отопление также может:

• Улучшение растворения

• Увеличить скорость реакции

• Поддержка процессов с контролируемой температурой

• Уменьшить градиенты концентрации

Зависимость температуры пластины от температуры образца

Температура пластины не всегда совпадает с температурой образца.

Теплоотдача зависит от:

• Материал сосуда

• Форма судна

• Объем жидкости

• Вязкость образца

• Скорость перемешивания

• Условия помещения

• Потери тепла из сосуда

Пластина может достичь выбранной температуры до того, как жидкость достигнет целевого значения.

Если важна фактическая температура образца, используйте внешний датчик температуры.

Выбор правильной поверхности конфорки

Керамические пластины обладают высокой устойчивостью ко многим химическим веществам. Их также легко чистить.

Алюминиевые пластины часто обеспечивают более равномерное распределение тепла.

Поверхности из нержавеющей стали обладают высокой прочностью и хорошей механической стойкостью.

Правильный вариант зависит от лабораторного процесса, химических веществ, рабочей температуры и типа сосуда.

Безопасные методы отопления

Постепенно повышайте температуру.

Используйте термостойкую лабораторную посуду.

Держите неподходящие легковоспламеняющиеся материалы вдали от горячего электрооборудования.

Не прикасайтесь к пластине сразу после выключения. Он может оставаться горячим в течение длительного периода времени.

Перед очисткой дайте верхней пластине остыть.

Совет: Для проверенных процессов измеряйте температуру образца, а не полагайтесь только на дисплей нагревательной пластины.

7. Почему магнитная мешалка перестает вращаться?

Остановившаяся, прыгающая или дребезжащая мешалка обычно указывает на слабую магнитную связь или чрезмерное сопротивление образца.

Скорость перемешивания увеличилась слишком быстро

Быстрое ускорение может привести к тому, что вращающееся магнитное поле выйдет за пределы мешалки.

Остановите мешалку. Позвольте штанге вернуться в центр. Перезапустите на низкой скорости.

Некоторые цифровые магнитные мешалки используют систему плавного пуска, чтобы предотвратить отсоединение мешалки.

Судно смещено от центра

Напряженность магнитного поля обычно уменьшается по мере удаления от центра привода.

Переместите сосуд в середину верхней пластины.

Также проверьте, стоит ли мешалка ровно. Неровная поверхность может привести к смещению сосуда во время работы.

Мешалка не соответствует сосуду

Прямой цилиндрический стержень может плохо работать в круглодонной колбе.

Овальная полоса часто более плавно следует за изогнутым сосудом.

Руль с поворотным кольцом может лучше работать на слегка неровном дне.

Мешалка также должна соответствовать диаметру сосуда. Негабаритная штанга может удариться о стены и потерять устойчивость.

Жидкость слишком вязкая или объем слишком велик

Высокое сопротивление жидкости может преодолеть имеющийся магнитный крутящий момент.

Попробуйте выполнить следующие шаги:

• Уменьшите скорость перемешивания

• Уменьшите объем выборки

• Используйте более мощную мешалку

• Используйте более мощную магнитную мешалку.

• Выбирайте более плоский сосуд

• Перейти на верхнеприводную мешалку

Повторяющееся вращение часто означает, что установка выходит за практические пределы магнитной мешалки.

Примечание. Spinout обычно возникает из-за несоответствия настроек. Это не всегда указывает на неисправность оборудования.

8. Когда следует использовать магнитную мешалку?

Магнитные мешалки подходят для многих рутинных лабораторных процессов.

Подходящие лабораторные применения

Общие приложения включают в себя:

• Подготовка буфера

• Подготовка реагентов

• Титрование

• Растворение соли

• Подготовка фармацевтических проб

• Экологические испытания

• Тестирование качества продуктов питания

• Подготовка биологических сред

• Химическая реакция смешения

Они также хорошо работают в герметичных сосудах, поскольку в образец не попадает механический вал.

Преимущества бесконтактного смешивания

С жидкостью контактирует только магнитная мешалка с покрытием.

Это может снизить риск загрязнения и упростить очистку.

Другие преимущества включают в себя:

• Тихая работа

• Компактный размер

• Низкие эксплуатационные расходы

• Смешивание без помощи рук

• Легкое запечатывание сосудов

• Повторяемая операция

• Уменьшение вариаций оператора

Магнитная мешалка в сравнении с ручным перемешиванием

Ручное перемешивание недорого и удобно для быстрых задач.

Однако это зависит от оператора. Поддерживать постоянную скорость и силу перемешивания сложно.

Магнитная мешалка обеспечивает более продолжительное и последовательное перемешивание. Это также позволяет персоналу лаборатории выполнять другую работу в процессе смешивания.

Магнитная мешалка в сравнении с верхнеприводной мешалкой

Используйте магнитную мешалку для небольших объемов и образцов с более низкой вязкостью.

Используйте верхнюю мешалку для гелей, полимеров, кремов, тяжелых суспензий и больших партий.

Для лабораторий, оценивающих новое оборудование, HUXI предлагает магнитные мешалки и другие лабораторные инструменты для исследовательских, фармацевтических, биотехнологических и промышленных лабораторных исследований. Покупателям следует сравнивать каждую модель по максимальному объему перемешивания, диапазону скоростей, функции нагрева, материалу пластины и методу управления.

Совет: Выбирайте мешалку в соответствии с максимальным запланированным объемом и вязкостью, а не только со средней рабочей нагрузкой.

9. Заключение

Принцип работы магнитной мешалки прост.

Приводной магнит или электромагнитная катушка создает вращающееся магнитное поле под верхней пластиной.

Это поле взаимодействует с магнитной мешалкой внутри сосуда. Мешалка вращается и передает движение жидкости.

Движение создает циркуляцию и образование контролируемых вихрей.

Надежное перемешивание жидкости зависит не только от скорости перемешивания.

Для стабильных результатов:

1. Выберите правильную мешалку.

2. Используйте совместимую стеклянную посуду.

3. Отцентрируйте сосуд на тарелке.

4. Начните с низкой скорости.

5. Увеличивайте обороты постепенно.

6. Избегайте чрезмерной глубины вихря.

7. Оставайтесь в пределах лимита громкости.

8. Учитывайте вязкость образца.

9. Контролируйте фактическую температуру образца.

10. Используйте верхнюю мешалку, когда требуется больший крутящий момент.

Покупателям лабораторий также следует сравнить:

• Максимальная производительность перемешивания

• Диапазон скоростей

• Требования к отоплению

• Материал пластины

• Аналоговое или цифровое управление

• Одно- или многопозиционная работа

• Совместимость датчиков температуры

• Требования безопасности лаборатории

Правильно подобранная магнитная мешалка может улучшить консистенцию, сократить ручную работу и обеспечить повторяемость лабораторных процессов.

ХУСИ предлагает магнитные мешалки и сопутствующее лабораторное оборудование для различных требований к смешиванию и нагреву. Выбор правильного прибора, сосуда и мешалки помогает лабораториям добиться стабильной работы и более надежных результатов.

Часто задаваемые вопросы

Вопрос: Как работает магнитная мешалка?

Ответ: Магнитная мешалка создает вращающееся магнитное поле под сосудом. Это поле приводит в движение магнитную мешалку, которая циркулирует жидкость и образует управляемый вихрь.

Вопрос: Как правильно использовать магнитную мешалку?

A: Поместите мешалку внутрь сосуда, отцентрируйте сосуд на магнитной мешалке и начните на низкой скорости. Постепенно увеличивайте число оборотов, пока не начнется стабильное перемешивание.

Вопрос: Почему магнитная мешалка перестает вращаться?

О: Мешалка может остановиться из-за слишком высокой скорости, неправильного расположения сосуда, высокой вязкости жидкости или слабой магнитной муфты. Остановите агрегат, повторно отцентрируйте сосуд и медленно перезапустите.

Вопрос: Может ли магнитная мешалка смешивать вязкие жидкости?

Ответ: Магнитная мешалка лучше всего работает с жидкостями с низкой вязкостью. Для некоторых образцов средней вязкости может потребоваться более мощная мешалка, тогда как для густых гелей и суспензий обычно требуется верхняя мешалка.

Вопрос: В чем преимущество магнитной мешалки с нагревательной пластиной?

A: Магнитная мешалка с нагревательной пластиной сочетает в себе смешивание жидкости и нагрев. Он может улучшить растворение, распределение тепла и контролируемые по температуре реакционные процессы.