Mieszadła magnetyczne i mechaniczne w laboratorium chemicznym

Przy wyborze konkretnego mieszadła powinniśmy brać pod uwagę warunki, w jakich będzie pracować, czyli np. kierować się skalą, częstotliwością wykorzystania oraz specyfiką danego procesu.

Mieszanie w układzie ciecz − ciecz lub ciało stałe − ciecz jest istotną czynnością wykonywaną praktycznie codziennie w laboratorium chemicznym. Dlatego bardzo istotny jest wybór konkretnego typu mieszadła dla danego zastosowania. Zależy on od substancji mieszanych oraz od tego, jak intensywny ma to być proces. Często bardzo ważna jest powtarzalność wyników, tak aby cały proces można było np. zautomatyzować. W laboratorium chemicznym możemy spotkać się z różnymi rozwiązaniami służącymi do mieszania cieczy. W zależności od specyfiki pracy mogą to być wytrząsarki, mieszadła mechaniczne oraz magnetyczne.

Wytrząsarki

Wyróżniamy następujące rodzaje wytrząsarek:

• o ruchu obrotowym – platforma mieszająca wykonuje ruch okrężny (możemy w tej grupie wyróżnić wytrząsarki Vortex),
• o ruchu posuwisto-zwrotnym – platforma mieszająca wykonuje ruch w linii prostej,
• o ruchu kołyskowym – platforma mieszająca wykonuje ruch po łuku w kierunku góra − dół,
• wytrząsarka 3D – połączenie wytrząsarki o ruchu obrotowym i po łuku w kierunku góra − dół,
• o ruchu rotacyjnym – platforma mieszająca wykonuje ruch okrężny, ale w płaszczyźnie pionowej.

Wytrząsarki wykorzystuje się do mieszania w: probówkach eppendorf, mikropłytkach, kolbach stożkowych, butelkach, rozdzielaczach, zlewkach itp.

Mieszadła magnetyczne

Mieszadła magnetyczne, jak sama nazwa wskazuje, wykorzystują zmienne pole magnetyczne. W tym celu do naczynia laboratoryjnego wrzucamy element mieszający (najczęściej jest to żelazny lub stalowy pręcik pokryty teflonem lub polietylenem), a naczynie umieszczamy na mieszadle magnetycznym. W zdecydowanej większości za zmienne pole magnetyczne odpowiadają magnesy, które są obracane przez niezależny silnik elektryczny. Możemy rozróżnić dwa typy mieszadeł magnetycznych: bez grzania i z nim.

Płyta mieszadła bez grzania może być wykonana ze stali nierdzewnej lub tworzyw sztucznych. Natomiast płyty mieszadeł z grzaniem najczęściej są wykonane ze stali nierdzewnej, ceramiki i specjalnych stopów charakteryzujących się wysoką odpornością chemiczną, pozwalających na skrócenie czasu podgrzewania. Do przenoszenia ciepła z płyty grzewczej do naczynia ogrzewanego wykorzystuje się przeważnie łaźnie olejowe. Coraz większym zainteresowaniem cieszy się wykorzystanie bloków grzewczych wykonanych z aluminium, które mogą być dodatkowo pokryte warstwą ochronną. Rozwiązanie to podnosi bezpieczeństwo i komfort pracy – zmniejsza się ryzyko pożaru, poparzeń od oleju oraz nie ma zanieczyszczeń po oleju.

Można spotkać mieszadła o prostej konstrukcji, gdzie regulujemy obroty i ew. temperaturę za pomocą pokręteł. Standardem staje się wykorzystanie kontrolerów cyfrowych, które umożliwiają płynną regulację obrotów oraz temperatury. Dodatkowo mieszadła mogą zostać zaopatrzone w zewnętrzne czujniki temperatury, które pozwalają na kontrolowanie temperatury medium reakcyjnego, ew. łaźni grzewczej. Część mieszadeł pozwala na regulację czasu pracy oraz na kontrolę parametrów za pomocą komputera.

Mieszadła mechaniczne

Mieszadła mechaniczne pozwalają na energiczne mieszanie dużych objętości, bardzo lepkich cieczy poprzez intensywny ruch turbulentny. Charakteryzują się następującymi parametrami:

• maksymalną objętością pracy (podana wartość najczęściej dotyczy objętości wody),
• maksymalnym momentem obrotowym,
• maksymalną lepkością medium mieszanego (np. lepkość dynamiczna wody w 25 °C to prawie 1 mPa∙s, natomiast gliceryny to 934 mPa∙s).

Mogą one mieć prostą konstrukcję, gdzie za pomocą jednego pokrętła regulujemy obroty. Jednakże dostępne są również bardziej rozbudowane mieszadła, posiadające: cyfrowe wyświetlacze, elektroniczną kontrolę prędkości, zabezpieczenie przed przeciążeniem, kontrolę parametrów za pomocą komputera.

Sprawdzą się one wszędzie tam, gdzie mieszanie z wykorzystaniem mieszadeł magnetycznych może nie być wystarczająco efektywne, np. prowadząc reakcję na dużą skalę, wykorzystując ciecze o dużych lepkościach lub gdy musimy mieszać roztwory zawierające duże ilości ciał stałych.

Wraz z mieszadłem należy zakupić odpowiednie końcówki do mieszania. Jest to pręt najczęściej szklany lub metalowy, na końcu którego mamy element mieszający. W zależności od kształtu dzielimy je na:

• łopatkowe,
• śmigłowe,
• turbinowe,
• kotwicowe,
• wirówkowe,
• tarczowe.

Część elementów mieszających może być składana, tak aby można było wykorzystać je w kolbach z wąskim szlifem. Najczęściej są wykonane ze stali nierdzewnej, ale można spotkać też szklane oraz z elementami teflonowymi, ew. pokrytymi teflonem.

Podsumowanie

Mieszanie jest procesem polegającym na otrzymaniu możliwie jednorodnej mieszaniny rożnych składników. Ma to na celu zwiększenie wymiany ciepła lub/i przyspieszenie reakcji. Przy wyborze konkretnego mieszadła powinniśmy brać pod uwagę warunki, w jakich będzie pracować, czyli np. kierować się skalą, częstotliwością wykorzystania oraz specyfiką danego procesu. Powinniśmy wybrać taki typ mieszadła, aby możliwe było uzyskanie pożądanej intensywności mieszania przy zachowaniu ekonomii całego procesu.

Michał Sienkiewicz
Uniwersytet w Białymstoku, Wydział Chemii

Czytaj także: Dygestoria – komory bezpiecznej pracy stosowane w laboratoriach