انواع بالن آزمایشگاهی و کاربردهای آنها

• تجهیزات آزمایشگاهی, مقالات آزمایشگاهی

معرفی انواع بالن آزمایشگاهی

بالن حجمی

نام دیگر آن بالن ژوژه یا بالن پیمانه ای است. معمولا از این ظرف برای اندازه گیری دقیق حجم مایع جهت تهیه محلول های استاندارد با وزن کردن جهت کالیبره کردن چگالی استفاده می شود.

بالن ژوژه شامل حبابی با کف صاف و گردن بلند با درپوش پلاستیکی از نوع پلی پروپیلن است. در قسمت گردن آن یک حلقه رنگی و یک برچسب وجود دارد. وقتی سطح مایع (خط زیرین بخش هلالی شکل) موازی با حلقه رنگی باشد، مقدار مایع درون ظرف برابر با حجم نوشته شده روی ظرف خواهد بود.

در برچسب باید اطلاعاتی شامل حجم، قدرت تحمل ، دمای کالیبراسیون، نوع استاندارد و مشخصه سازنده ارائه شده باشد. بالن حجمی از شیشه یا پلاستیک و معمولا شفاف ساخته می شود، ولیکن برای تهیه و نگهداری ترکیبات حساس به نور (مانند نیترات نقره یا ویتامین A) نوع کدر نیز وجود دارد.

از نظر استاندارد بودن و کیفیت دو نوع بالن حجمی (نوع A و نوع B) وجود دارد.
نوع A که باید در برچسب عبارت Class A یا معادل آن در کشور سازنده درج شده باشد، از استاندارد بالایی برخوردار است. در ساختن و تعیین حجم این نوع بالن دقت بسیار زیادی می شود و دارای شماره سریال منحصر به فرد است. از این نوع بالن حجمی در تهیه محلول ها و آزمایش های بسیارحساس بویژه در داروسازی استفاده می شود.
برای آزمایش هایی که دقت بسیار زیاد لازم نیست، مانند مطالعات کیفی، بالن از نوع B که استاندارد پائین تری دارد و در برچسب عبارت Class B یا معادل آن درج شده است، استفاده می شود.

برای جلوگیری از تبخیر و تغییر درجه خلوص محتویات، بالن حجمی دارای درپوش است. درپوش این ظرف به صورت پیچی یا فشاری است. در نوع پیچی، درپوش پلاستیکی در برآمدگی لبه چفت می شود. درپوش فشاری از جنس لاستیک یا پلاستیک وجود دارد. درپوش لاستیکی مخروطی شکل و درپوش پلاستیکی T شکل است و با فشار دادن بخش کم عرض آن وارد دهانه می شود.

بالن ته گرد

اسم دیگر آن حباب ارلن مایر و جنس آن از شیشه بوروسیلیکات است ته آن گرد با حداقل یک گردن در قسمت بالایی است.

بالن های دارای دو یا سه گردن نیز وجود دارد. حجم آن بر روی بدنه درج شده و در حجم های از 5 میلی لیتر تا 5 لیتر عرضه می شوند. قیمت بالن ته گرد زیاد است و هنگام کار یا شستشو باید از افتادن یا ضربه به آن جلوگیری شود. در قسمت بالایی گردن، بخش رداژ دار یا سمباده ای مخروطی شکل (مادگی) وجود دارد که با درپوش شیشه ای مخصوص یا انتهای رداژدار (نرینگی) سایر وسایل شیشه ای مانند کاندانسور (خنک کننده یا مبرد) می توان آن را پوشاند. اصطلاحاً قسمت انتهایی گردن را مادگی و درپوش یا انتهای رداژدار سایر وسایل را نرینگی می گویند و باید اندازه این دو متناسب باشد. در دو قسمت نرینگی و مادگی شیشه شفاف نیست وحالت رداژ وجود دارد.

وجه تمایز این ظرف با بالن جوش و بالن هایی با شکل مشابه در بخش سمباده ای گردن است. با توجه به گرد بودن ته این بالن، برای انجام آزمایش باید از پایه و گیره استفاده شود. گرد بودن ته این ظرف دارای مزایایی است که می توان به توزیع یکنواخت گرما و همچنین جوشیدن مایع و خروج گازها از درون مایع اشاره کرد. بنابراین این ظرف برای آزمایش هایی که محتویات گرم یا جوشانده می شود، مناسب است. از این بالن در دستگاه تقطیر (به عنوان بالن تقطیر و همچنین ظرف جمع کننده)، دستگاه سوکسله ، نوعی پمپ خلاء و در دستگاه هایی که به جوشاندن نیاز است، استفاده می شود.

برای جوشیدن تدریجی و جلوگیری از کف کردن و سر رفتن مواد واکنش گر درون بالن چند سنگ جوش با مقداری چیپس جوش اضافه می شود. از میله مغناطیسی یا سایر وسایل همزدن برای بالن ته گرد می توان استفاده کرد. در آزمایش هایی که جریان مجدد حلال صورت می گیرد.

(مانند سوکسله) یک کاندانسور به گردن وصل می شود. اگر لازم است دما کنترل شود و از همزن مکانیکی استفاده شود، باید از بالن با سه گردن استفاده شود. در این صورت کندانسور به گردن وسط، دماسنج به گردن راست و همزن مکانیکی به گردن چپ وصل می شود. گاهی نیز لازم است مواد واکنش گر قطره قطره وارد بالن شود که به یکی از گردن ها لوله متصل به منبع مربوطه وصل می شود.

انواع شوف الکتریکی یا هیتر بالن در اندازه های مختلف وجود دارد که مناسب برای بالن ته گرد است. ته بالن در بخش کاو یا محدب این وسایل گرمازا قرا می گیرد و محتویات بالن را می توان به راحتی برای تقطیر و انجام واکنش های شیمیایی حرارت داد. از حمام آب گرم، حمام روغن یا حمام شن نیز می توان برای گرم کردن محتویات استفاده کرد. از حمام برودت که با آب سرد، مخلوط یخ و نمک، مخلوط یخ خشک و حلال یا نیتروژن مایع پر شده باشد، می توان برای سرد کردن محتویات استفاده کرد. نوع دیگری از این بالن (از جنس شیشه بوروسیلیکات) وجود دارد که ته آن صاف است و می توان آن را در سطوح صاف قرار دارد. بقیه بخش های این نوع بالن با بالن ته گرد مشابه است. از نوعی بالن ته گرد به عنوان بالن تقطیر در تبخیر کن دوار استفاده می شود. برای این منظور می توان از بالن ته گرد نیز استفاده کرد.

نوعی بالن با بدنه گلابی شکل وجود دارد که کاربردی مشابه بالن ته گرد دارد و بسیار مناسب برای حرارت دادن یا تقطیر مایعات در حجم کم است. جنس بالن گلابی شکل از شیشه بوروسیلیکات است و در گردن رداژ دارد. در حجم های 10 ، 25، 50 و 100 میلی لیتر عرضه می شود. این نوع بالن را نیز می توان در تبخیر کن دوار به عنوان بالن تقطیر استفاده کرد.

بالن ته صاف

بالن ته صاف برای نگهداری مایعات استفاده میشود. جنس شیشه از نوع بوروسیلیکات نیست و بر اثر گرما می شکند. بنابراین نباید از آن برای گرم کردن مایعات استفاده شود. ته این نوع بالن صاف است و بدون نیاز به حلقه نگهدارنده یا گیره در سطح سکو یا کابینت قرار می گیرد. دارای فقط یک گردن است و در قسمت بالایی گردن بخش سمباده ای وجود ندارد. بالن ته صاف معمولا دارای درجه بندی در بدنه یا خط گردن نیست و صرفا برای نگهداری مایعات استفاده می شود. قیمت آن ارزان است و برای نگهداری محلول ها و مواد معرف ظرف مناسبی است.

بالن کلدال

بالنی است گرد با گردن بلند که برای تعیین مقدار نیتروژن به روش کلدال (روش دستی) استاندارد است. جنس آن از نوع بوروسیلیکات و مقاوم به گرما است.

بالن بوخنر

بالن بوخنر اسم دیگر آن ارلن تخلیه ، بالن خلاء ، بالن صافی ، بالن دسته دار یا بالن کیتاساتو است. در اصل این ظرف ارلن مایری با دیواره ضخیم و یک لوله شیشه ای کوتاه در گردن (به طول دو و نیم سانتی متر) است. لوله شیشه ای کوتاه به عنوان آداپتور (محل اتصال به شلنگ) عمل می کند.

با استفاده از شلنگ و از طریق لوله شیشه ای کوتاه، بالن بوخنر به منبع خلاء مانند خرطوم آبی یا پمپ خلاء وصل می شود. بین بالن بوخنر و منبع خلاء معمولا ظرفی (یک بالن بوخنر) قرار می دهند تا از ورود احتمالی آب به پمپ خلاء و بالعکس جلوگیری شود.

ضخیم بودن دیواره بالن بوخنر آن را در مقابل تفاوت فشار درون و بیرون مقاوم می کند. بالن بوخنر و قیف را با یک حلقه لاستیک (به آن واشر یا حلقه صافی نیز می گویند)، به هم متصل و همراه با صافی برای صاف کردن مایعات استفاده می کنند. با این روش بخش مایع از بخش جامد با سرعت بیشتری جدا می شود. طی صاف کردن، مایع صاف شده به بالن وارد می شود و ذرات جامد روی کاغذ صافی در قیف باقی می ماند. از بالن بوخنر همچنین به عنوان ظرف جمع کننده مایع که بین بالن بوخنر و پمپ خلاء قرار می گیرد، استفاده می شود. از طرف مذکور در مسیر یا لوله خلاء برای اطمینان از این که مایعات از پمپ خلاء وارد وسایل متصل شده به خلاء و بالعکس نشود استفاده می کنند. نام این ظرف به افتخار برنده جایزه نوبل ادوارد بوخنر است، ولیکن این نام پس از درگذشت بنیانگذار شیمی صنعتی، ارنست بوخنر رایج شد. همچنین به افتخار شیباسابورو کیتاساتو به این ظرف بالن کیتاساتو گفته شده است.

بالن فلورنس

اسم دیگر آن بالن جوش است و در آزمایشگاه برای نگهداری محلول ها و جوشاندن مایعات استفاده می شود. بدنه این ظرف دایره ای با گردن بلند و کف صاف یا گرد است. بالن فلورنس با کف صاف به راحتی در سطوح صاف قرار می گیرد و برای نگهداری محلول ها مناسب است. بالن با کف گرد را نمی توان در سطح صاف قرار داد و نیاز به پایه و گیره دارد.

از این نوع بالن برای گرم کردن مایعات استفاده می شود و کف گرد آن گرما را به طور یکنواخت به مایع توزیع می کند و به راحتی می توان مایع درون آن را تکان داد. فرق آن با بالن ته گرد در این است که گردن این بالن بلندتر و گشادتر است و فقط یک گردن دارد. در ضمن در گردن بالن فلورنس رداژ وجود ندارد. جنس بالن فلورنس از شیشه بوروسیلیکات است. ضخامت شیشه در این نوع بالن بسته به نوع کاربرد متفاوت است. این بالن بعد از فلورنس ایتالیا به این اسم نامیده شد. معمولا بالن فلورنس را در حجم های 250 ، 500 میلی لیتر و یک لیتر عرضه می کنند.

بالن اسچنک

از این ظرف برای انجام واکنش هایی که به وجود هوا حساس است، استفاده می شود و توسط ویلیام اسچنک طراحی و ساخته شد. این نوع بالن دارای یک بازوی جانبی مجهز به شیر شیشه ای یا تفلونی است که امکان وصل کردن ظرف را به خلاء یا منبع گاز خنثی (مانند نیتروژن یا آرگون) فراهم می کند. جنس بالن اسچنک از شیشه بوروسیلیکات است.

ظرف دیگری با نام لوله اسچنک وجود دارد که با بالن اسچنک فرق دارد.

قبل از ریختن حلال یا مواد واکنش گر به درون بالن اسچنک، بالن را کاملا خشک و هوای داخل آن را با گاز بی اثر جایگزین می کنند. برای این کار لوله گاز بی اثر را به بازوی جانبی بالن وصل می کنند. فشار گاز سبب خارج شدن هوا از طریق گردن بالن می شود. برای جلوگیری از خروج گاز از درون بالن لازم است شیر و محل اتصال شیشه ها گریس زده شود. اگر شیر از جنس تفلون است بهتر است از روغن استفاده شود.

انواع بالن اسچنک وجود دارد که می توان به بالن استاندارد اسچنک، بمب اسچنک ، بالن استراوس و پات حلال اشاره کرد.

بالن اسچنک استاندارد

بالن اسچنک استاندارد دارای ته گرد، بدنه گلابی شکل با گردن رداژ دار است و یک طرف آن بازوی لوله ای مجهز به شیر دارد. در بعضی آزمایش ها لازم است موادی از درون گلوباکس به بیرون انتقال داده شود و بدون نیاز به تعویض ظرف چند عملیات دیگر روی مواد یا محتویات درون بالن صورت گیرد. این ظرف این ویژگی را دارد و می توان درون گلوباکس مواد مورد نیاز واکنش را از دهانه به درون ظرف وارد و با درپوش لاستیکی در آن را پوشاند. سپس آن را از گلوباکس خارج و از بازو به خلاء یا گاز بی اثر وصل کرد. یا دهانه را برداشت و به کاندانسور متصل کرد. برای خشک کردن نمونه می توان بازوی آن را به خلاء یا به دستگاه انجماد خشک وصل و با باز کردن شیر عملیات را اجرا کرد و در پایان با بستن شیر، ظرف را به گلوباکس برگرداند یا محتویات آن را در مکان مناسب نگهداری کرد.

بمب اسچنک

بمب اسچنک در اصل نوعی بالن است که در دهانه آن یک درپوش لاستیکی و در قسمت ورودی شیر تفلونی نصب شده است. انواع مختلفی از این نوع بالن وجود دارد که می توان به نوع لوله ای با دیواره ضخیم و کف گرد اشاره کرد. از این ظرف برای انجام آزمایش هایی که به سیستم بسته و به فشار و دمای زیاد نیاز است، استفاده می شود.

بسیاری از وظایف بالن استاندارد اسچنک را می توان با بمب اسچنک انجام داد. در مواقعی که لازم است موادی به درون بالن وارد شود می توان درپوش را از دهانه خارج کرد و پس از ریختن مواد به درون ظرف آن را در جای خود قرار داد. البته در مواردی که لازم است بالن به ظرف ها دیگر وصل شود نمی توان از بمب به جای بالن استاندارد استفاده کرد، زیرا در قسمت دهانه رداژ یا همان مادگی را ندارد.

کلمه بمب به ظرف یا محفظه هایی گفته می شود که تحت فشار قرار دارند، برای مثال می توان به بمب کالریمتر اشاره کرد. بمب اسچنگ را از شیشه بوروسیلیکات می سازند. هرچند شیشه نسبت به فلز تحمل فشار و مقاومت مکانیکی کمتری دارد، ولیکن دارای مزایایی است. از جمله مزایای شیشه می توان به توانایی مشاهده مقدار پیشرفت واکنش، بی اثر بودن در دامنه وسیعی از مواد و شرایط واکنش ها، سازگاری ظرف ساخته شده از آن با دیگر ظرف های شیشه ای (برای اتصال) و آسانی تمیز کردن اشاره کرد.

بالن استراوس

بالن استراوس نوعی بمب است که شرکت کانتز گلاس آن را تکمیل و بهینه سازی کرد و برای نگهداری حلال های گاز زدائی و آب گیری شده استفاده می شود. گاهی به این نوع ظرفها بمب های حلال گفته می شود، نامی که برای بمب اسچنک ویژه نگهداری و ذخیره حلال استفاده می شود.

بالن استراوس از سایر ظروف که نام بمب دارند، با توجه به ساختار گردن آن متمایز است. این ظرف دارای دو گردن است و یکی از آن ها از دیگری بزرگتر است. گردن بزرگتر دارای دهانه رداژ دار است و مسیر آن به محفظه ظرف با یک قطعه شیشه مسدود شده است به گونه ای که دسترسی مستقیم به محتویات از این مجرا ممکن نیست.

گردن کوچک تر دارای پیچ و به وسیله در پوش به عنوان مهره بسته می شود. به درپوش یک قطعه تفلونی وصل شده است و به طور کامل مجرای گردن کوچک را می بندد. از محل قطعه شیشه ای که گردن بزرگ را بسته، لوله ای به گردن کوچک وصل شده است. مجرای ورودی این لوله به گردن کوچک به وسیله درپوش تفلونی مسدود می شود و با پیچاندن درپوش قابل باز شدن است. از قسمت مادگی در و گردن بزرگ می توان بالن را به طور مستقیم به چندراهی یا آداپتور وصل کرد.

پس از اتصال، درپوش پیچانده می شود تا توپی مسیر لوله اتصال دهنده دو گردن را باز کند و حلال از طریق خلاء (باید از طریق چند راهی به خلاء وصل شود) به ظروف دیگر منتقل شود. روش دیگر قرار دادن به گردن بزرگ در شرایط فشار مثبت گاز خنثی و خارج کردن درپوش و توپی متصل به آن و دسترسی مستقیم به حلال است.

پات حلال

در اصل پات حلال بمب نیست و در تعریف کلاسیک جزء بالن اسچنک به حساب نمی آید. این ظرف از یک بالن ته گرد و آداپتوری با یک یا چند شیر دارای زاویه 180 درجه تشکیل شده است. این ظرف را می توان به چند راهی وصل کرد و محتویات را تقطیر یا با خلاء بخش حلال را به ظروف دیگر منتقل کرد، بدون این که عوامل خشک کننده، آب، اکسیژن یا نیتروژن انتقال یابد. در بالن استراوس فقط حلال، ولیکن در پات حلال علاوه بر حلال مواد خشک کننده وجود دارد. برای مثال می توان به دی بوتیل اتر به عنوان حلال و سدیم و بنزوفنون به عنوان ماده خشک کننده اشاره کرد.

بالن کشت بافت

بالن کشت بافت ظرفی است با کف و دیواره های صاف که در بالا به مجرای پیچدار محدود شده است. این ظرف مناسب برای رشد سلول ها است. جنس بالن از موادی با ویژگی اپتیکی است و به راحتی می توان سلول های رشد کرده درون ظرف را مشاهده کرد.

مجرای خروجی به اندازه ای است که امکان خارج کردن سلول های رشد یافته وجود دارد. درپوش این نوع بالن معمولا دارای صافی است. جنس آن از پلی استر و با اشعه گاما استریل شده است. بالن کشت بافت در حجم های 25، 75، 100، 175 ، 225 میلی لیتری و بیشتر وجود دارد.