Устройство и принцип работы прибора вакуумного фильтрования
Принцип работы прибора вакуумного фильтрования простой. Под фильтром создают разрежение, и атмосферное давление продавливает пробу сквозь мембрану или бумагу. Всё, что крупнее пор, остаётся на фильтре, а жидкость уходит вниз, в слив или в колбу.
Идея старше любого прибора. Изобретение водоструйного насоса чаще всего приписывают немецкому химику Роберту Бунзену, так пишет немецкая Википедия, а русская Википедия называет его и создателем толстостенной колбы с боковым отводом. По англоязычной Википедии появление такой колбы связано с японским бактериологом Китасато Сибасабуро, так что источники здесь расходятся.
Из чего состоит прибор
Чтобы понять принцип работы прибора вакуумного фильтрования, проще разобрать его по частям. Главная часть прибора это фильтровальная ячейка. В ячейке под фильтры 35 и 47 мм основания стоят на коллекторе из нержавеющей стали. На верхнем торце каждого основания лежит пористая титановая фритта, на неё кладут дисковый фильтр, а сверху ставят воронку на 300 или 500 мл и прижимают её зажимом. У каждой воронки на коллекторе свой кран, поэтому любую из них можно подключить к вакууму или отключить.
Вторая часть это источник вакуума, а третья трубопровод, который соединяет ячейку с ним. Если фильтрат нужно сохранить, между ячейкой и насосом ставят ресивер, то есть колбу Бунзена, а перед насосом фильтр-влагоотделитель. Его гидрофобная мембрана с порами 0,2 мкм не пускает капли в камеру насоса. В приборах для топлив и масел добавляют заземляющие устройства, которые вместе со стальным штуцером защищают от статического электричества.
Устройство и принцип работы источника вакуума
Разрежение создают по-разному, и от выбора зависит, куда уйдёт фильтрат. Водоструйный насос, или эжектор, электричества не требует. Внутри у него приёмная и смесительная камеры и сопло, струя водопроводной воды увлекает за собой воздух из-под фильтра. Эжектор даёт вакуум от 0,50 до 0,95 кгс/см², если напор в сети не ниже 2,2 кгс/см², и расходует 15–20 литров воды в минуту. Фильтрат уходит в слив вместе с водой. Предельное разрежение водоструйного насоса ограничено давлением пара воды и зависит от её температуры, при 0 °C это 6 гПа.
Вакуумная станция работает как трансферный насос. Станция ВС-0,8Б прогоняет воду через свою внутреннюю полость, водяного охлаждения не требует и подходит только для фильтрования воды. ВС-0,9Б работает на водопроводной воде, даёт вакуум до 0,95 кгс/см² и требует водяного охлаждения. У этих станций фильтрат сразу уходит в канализацию, и колба не нужна.
Мембранный насос работает без водопровода, от розетки. Он откачивает воздух из колбы Бунзена, а вакуумметр и вентиль на корпусе показывают, регулируют и сбрасывают разрежение. Фильтрат остаётся в колбе, поэтому такой прибор берут, когда фильтрат идёт на дальнейший анализ.
Принцип работы прибора вакуумного фильтрования по шагам
Сначала прибор собирают и проверяют соединения. Затем на фритту кладут фильтр, ставят воронку и закрепляют её зажимом.
После этого наливают пробу и открывают кран под воронкой. Риски на стенке воронки показывают объём, у стальных воронок они нанесены через 100 мл, у полипропиленовых и стеклянных через 50 мл. Когда проба прошла, кран закрывают, снимают воронку и пинцетом забирают фильтр. Если в работе только часть воронок, остальные просто оставляют с закрытыми кранами.
Инструкция по эксплуатации прибора вакуумного фильтрования
Общий порядок работы одинаков для всех исполнений, а точные условия эксплуатации каждого прибора указаны в его паспорте. В микробиологическом анализе воды по МУК 4.2.1018-01 перед фильтрованием воронку и столик обрабатывают спиртом и фламбируют, а фильтр кладут пинцетом. Подробно о самом анализе рассказано в статье о фильтровании через мембранные фильтры.
При работе с водоструйным насосом между ним и колбой ставят предохранительную склянку, потому что вода может пойти обратно, об этом пишет та же статья немецкой Википедии. Фильтр-влагоотделитель многоразовый, его сушат и стерилизуют в автоклаве. Станцию ВС-0,9Б не запускают без водяного охлаждения.
Принцип работы прибора вакуумного фильтрования остаётся тем же и у больших ячеек под фильтры 110 и 142 мм. Запасные воронки, фритты, насосы и шланги собраны в разделе комплектующие для приборов вакуумного фильтрования, а сами приборы в семействе прибор вакуумного фильтрования ПВФ. О самих анализах рассказано в статьях о взвешенных веществах и о механических примесях.