Магнитная мешалка — принцип работы

Используют вращающееся магнитное поле для перемещения мешалки-магнита в жидких образцах. Пользователь управляет скоростью магнитного поля, настраиваемого для конкретного перемешиваемого образца. В статье вы познакомитесь с назначением, устройством, принципом работы, видами, преимуществом, а также критериями выбора магнитных мешалок, которые можно приобрести в Millab Group.

Сферы применения

Процессы перемешивания используются во всех химических и биологических исследованиях. Пробоподготовка и анализ в химии, биологии, органический и фармацевтический синтез субстанций, экстракция, анализ масел, измерение pH, диализ, суспендирование почвы, приготовление буферных растворов. Везде, где часто необходимо смешивать несколько типов жидкостей для получения однородных смесей.

Преимущества магнитной мешалки:

• минимальный риск загрязнения: внутрь образца помещается только магнитная мешалка, которую легко очистить и стерилизовать;
• хорошо работают в стеклянных сосудах;
• имеет ограниченный размер, поэтому её можно использовать для относительно небольших экспериментов (до 4 литров);
• пластиковый корпус устройства служит хорошей изоляцией от разливов;
• не имеют движущихся частей;
• корпус большинства изготовлен из полипропилена. Магнит изготовлен из феррита, заключённого в полипропилен;
• устройства надёжны, универсальны, просты в использовании;
• имеют преимущество перед моторизованными. Они тише и эффективнее, не имеют движущихся внешних частей, которые склонны ломаться или изнашиваться;
• для очистки не нужны смазочные материалы, которые могут стать причиной загрязнения продукта;
• встроенная диагностика неисправностей и автоматическое отключение при перегреве;
• высокая производительность и точность при правильном подборе.

Недостатки: могут возникнуть трудности при работе с вязкими и густыми суспензиями.

Устройство

Используется принцип линейного двигателя и отличается от обычных механических и декомпрессионных мешалок тем, что это бесконтактная мешалка, в которой ни одна деталь не касается расплавленного металла. Как показано на схеме, катушка, установленная на дне печи, создаёт движущееся магнитное поле (H), если на эту катушку (индуктор) подается 3-фазное переменное напряжение. Сила электрической энергии генерируется в расплавленном металле из-за действия магнитного потока и вызывает протекание индукционного тока (I). Затем этот ток взаимодействует с магнитным полем индуктора, индуцируя электромагнитную силу (F) в расплавленном металле.

Рисунок 1. Принцип работы магнитной мешалки

По мере того, как тяга движется в направлении движущегося магнитного поля, движется и расплавленный металл. Другими словами, применяется перемешивающее действие. Кроме того, поскольку эта тяга имеет компоненты в горизонтальном и вертикальном направлениях, расплавленный металл течёт по диагонали вверх, что приводит к одинаковой температуре как в верхнем, так и в нижнем слоях расплавленного металла.

Принцип работы

Магнит помещают внутрь контейнера, погруженного в жидкость. Под контейнер помещают отдельный магнит, который притягивается к магниту мешалки. Нижний магнит обычно прикреплён к двигателю, который его вращает. Если магниты находятся достаточно близко, магнит мешалки вращается внутри контейнера.

В зависимости от области применения вы можете оснастить установку пластинами для нагревания проб во время их перемешивания.

Виды

Классифицируются по размеру, конфигурации и применению.

Цифровые мешалки с подогревом доступны для точного контроля температуры и числа оборотов в минуту (об/мин). Наилучшая нагревательная плита должна быть способна эффективно перемешивать вязкие растворы и не должна отсоединять стержень от приводного магнита.

Мини-мешалка

Компактные, занимают меньше места в лаборатории, состоят из электронных элементов управления, которые позволяют пользователю регулировать скорость с большей точностью.

Рисунок 2. MR Hei-Tec с температурным датчиком Pt 1000

С таймером

Позволяет автоматически отключать двигатель по истечении определённого периода времени.

Рисунок 3. AREC.T со встроенным таймером

Магнитные мешалки высокой производительности

Обладают высокой производительностью перемешивания, хорошей химической стойкостью и прочностью. Зачастую оснащены нагревательным элементом для обеспечения высокой производительности.

С питанием от батареек

Их можно использовать там, где нет электричества. Они работают от батареек и в основном используются в лабораторных боксах или инкубаторах. Оснащены резиновыми ножками для стабилизации.

Критерии выбора

При выборе магнита следует учитывать объем ёмкости для жидкости, скорость вращения, интенсивность колебаний и подогрев.

1. Форма: может повлиять на степень перемешивания и совместимость сосудов.

• Круглые обычно используются с мензурками и сосудами с плоским дном.
• Скользящие круглые имеют поворотное кольцо вокруг центра для снижения вибрации и трения, хорошо работают в контейнерах с изогнутым или неровным дном.
• Сферические используются в пробирках и флаконах.
• Эллиптические идеально подходят для использования в стаканах с круглым дном.
• Крестообразные вращающиеся стержни стабилизируют перемешивание на высоких скоростях и рекомендуются для турбулентных растворов или растворов с осаждением.
• Стержни для перемешивания короны используются в кюветах или пробирках.
• Костеобразные рекомендуются для использования в ёмкостях со слегка выпуклым дном.
• Треугольные хорошо очищают и предотвращают седиментацию, рекомендуются, когда для перемешивания требуется повышенная турбулентность.

Рисунок 4. Различные формы магнитов

2. Размер: стержни для перемешивания должны быть достаточно маленькими, чтобы во время перемешивания они не касались стенок сосуда. Максимальный размер обеспечивает большее движение и лучшее перемешивание. Для изогнутых сосудов потребуются меньшие мешалки, чтобы предотвратить заедание стенок колбы.

3. Материал: изготавливаются из сплавов алюминия, никеля и кобальта. Самарий-кобальтовые мешалки более прочно взаимодействуют с внутренним магнитом пластинчатой мешалки. Стержни мешалки обычно покрыты ПТФЭ, обладающим высокой химической и температурной стойкостью. Материал покрытия должен быть совместим с образцом.

Критерии выбора установки:

1. Точность: оборудование с цифровым нагреванием и перемешиванием с электронным управлением обеспечивает максимальную точность и стабильность. Микропроцессорный ПИД-регулятор с обратной связью отслеживает температуру верхней плиты и/или скорость перемешивания и автоматически компенсирует изменения в системе.

2. Диапазон: состав верхней пластины (керамика, фарфор или алюминий) и тип контроля температуры способствуют равномерному нагреванию системы.

3. Объём: нагревательные плиты, мешалки и нагревательные плиты для перемешивания бывают различных размеров и конфигураций — от небольших однососудных установок до многоместных установок большой ёмкости.

Рисунок 5. Multistirrer 15 может перемешивать одновременно 15 ёмкостей

4. Вязкость: способность эффективно перемешивать раствор зависит от формы и размера приводного магнита, мешалки, расстояния между ними, формы и размера сосуда, желаемой скорости перемешивания и вязкости раствора. Для перемешивания более вязких суспензий требуется устройство с большей силой сцепления.

5. Агрессивность среды: органические растворители, химические смеси могут создать опасность в вашей лаборатории — стандартное оборудование для нагрева и перемешивания может воспламенить пары при высоких температурах. Снизьте риск, используя только взрывозащищённое оборудование.

Где купить

В Millab Group можно приобрести магнитные мешалки от производителей Velp и Heidolph. Наши специалисты с удовольствием ответят на ваши вопросы и помогут подобрать мешалку в зависимости от решаемых задач для достижения желаемого результата!

Автор: Аспирант кафедры биотехнологии РХТУ им. Д. И. Менделеева

Баурина Александра Владимировна