المبخر الدوار

المبخر الدوراني ^{[ 1 ]} ( rotovap ) هو جهاز يُستخدم في المختبرات الكيميائية لإزالة المذيبات من العينات بكفاءة ولطف عن طريق التبخير . عند الإشارة إليه في أدبيات البحث الكيميائي، قد يتضمن وصف استخدام هذه التقنية والمعدات عبارة "المبخر الدوراني"، على الرغم من أن الاستخدام غالبًا ما يُشار إليه بلغة أخرى (مثل: "تم تبخير العينة تحت ضغط منخفض").

تُستخدم المبخرات الدوارة أيضًا في الطهي الجزيئي لتحضير المقطرات والمستخلصات.

اخترع ليمان سي . كريغ نظامًا بسيطًا للتبخير الدوراني. ^{[ 2 ]} وقد طرحته شركة بوشي السويسرية تجاريًا لأول مرة عام 1957. ^{[ 3 ]} يفصل هذا الجهاز المواد ذات درجات الغليان المختلفة، مما يُسهّل العمل في مختبرات الكيمياء بشكل كبير. في مجال البحث العلمي، يُستخدم الحجم الأكثر شيوعًا في قوارير ذات قاع مستدير سعتها بضعة لترات، بينما تُستخدم نسخ أكبر حجمًا (من 20 إلى 50 لترًا) في محطات تجريبية ضمن العمليات الكيميائية التجارية.

المكونات الرئيسية للمبخر الدوار هي:

1. وحدة محرك تقوم بتدوير قارورة التبخير أو الأنبوب الذي يحتوي على عينة المستخدم.
2. قناة بخارية تمثل محور دوران العينة، وهي عبارة عن قناة محكمة الإغلاق للبخار المسحوب من العينة.
3. نظام فراغي ، لتقليل الضغط بشكل كبير داخل نظام المبخر.
4. حمام سائل ساخن (عادةً ماء) لتسخين العينة.
5. مكثف إما بملف يمرر سائل التبريد، أو " إصبع بارد " توضع فيه مخاليط سائل التبريد مثل الثلج الجاف والأسيتون .
6. قارورة تجميع المكثفات في أسفل المكثف، لالتقاط المذيب المقطر بعد إعادة تكثفه.
7. آلية ميكانيكية أو آلية تعمل بمحرك لرفع قارورة التبخير بسرعة من حمام التسخين.

يمكن أن يكون نظام التفريغ المستخدم مع المبخرات الدوارة بسيطًا كجهاز شفط مائي مزود بمصيدة مغمورة في حمام بارد (للمذيبات غير السامة)، أو معقدًا كمضخة تفريغ ميكانيكية منظمة مزودة بمصيدة مبردة. أما الأواني الزجاجية المستخدمة في تيار البخار والمكثف، فتختلف في بساطتها وتعقيدها، وذلك تبعًا لأهداف التبخير، وأي خصائص قد تُضفيها المركبات المذابة على الخليط (مثل تكوين الرغوة أو "الانتفاخ"). تتوفر أجهزة تجارية تتضمن الميزات الأساسية، كما تُصنع مصائد متنوعة تُركّب بين قارورة التبخير وقناة البخار. غالبًا ما تُضاف إلى المعدات الحديثة ميزات مثل التحكم الرقمي في التفريغ، وعرض رقمي لدرجة الحرارة وسرعة الدوران، واستشعار درجة حرارة البخار.

تُعدّ المبخرات الفراغية من أهمّ الأدوات المستخدمة في هذا المجال، لأنّ خفض الضغط فوق سائل ما يُخفّض درجات غليان السوائل المكوّنة له. وعادةً ما تكون السوائل المكوّنة التي تهمّ تطبيقات التبخير الدوراني هي المذيبات البحثية التي يُراد إزالتها من العينة بعد عملية استخلاص، كما هو الحال بعد عزل منتج طبيعي أو في خطوة من خطوات التخليق العضوي. ويمكن إزالة المذيبات السائلة دون تسخين مفرط لمزيج المذيبات والمذابات الذي غالباً ما يكون معقداً وحساساً.

يُستخدم التبخير الدوراني غالبًا وبسهولة لفصل المذيبات ذات درجة الغليان المنخفضة، مثل الهكسان العادي أو أسيتات الإيثيل، عن المركبات الصلبة في درجة حرارة وضغط الغرفة. مع ذلك، يسمح التطبيق الدقيق أيضًا بإزالة المذيب من عينة تحتوي على مركب سائل، شريطة أن يكون التبخر المشترك ضئيلاً ( سلوك أزيوتروبي )، وأن يكون هناك فرق كافٍ في درجات الغليان عند درجة الحرارة المختارة والضغط المنخفض.

يمكن تبخير المذيبات ذات درجات الغليان المرتفعة، مثل الماء (100 درجة مئوية عند الضغط الجوي القياسي، 760 تور أو 1 بار)، وثنائي ميثيل فورماميد (DMF، 153 درجة مئوية عند نفس الضغط)، وثنائي ميثيل سلفوكسيد (DMSO، 189 درجة مئوية عند نفس الضغط)، إذا كان نظام التفريغ في الجهاز قادرًا على توفير ضغط منخفض بما فيه الكفاية. (على سبيل المثال، يغلي كل من DMF وDMSO عند درجة حرارة أقل من 50 درجة مئوية إذا تم تخفيض التفريغ من 760 تور إلى 5 تور [من 1 بار إلى 6.6 ملي بار]). ومع ذلك، غالبًا ما تُستخدم تقنيات أحدث في هذه الحالات (مثل التبخير أثناء الطرد المركزي أو الخلط الدوامي بسرعات عالية). يُعد التبخير الدوراني للمذيبات ذات درجات الغليان المرتفعة التي تُكوّن روابط هيدروجينية، مثل الماء، خيارًا أخيرًا في كثير من الأحيان، نظرًا لتوافر طرق تبخير أخرى أو التجفيف بالتجميد . يعود ذلك جزئيًا إلى أن هذه المذيبات تزيد من احتمالية حدوث "الارتطام" . وتُعدّ تقنيات التبخير الطرد المركزي الحديثة مفيدةً للغاية عند التعامل مع العديد من العينات بالتوازي، كما هو الحال في عمليات التخليق متوسطة إلى عالية الإنتاجية التي تشهد انتشارًا متزايدًا في الصناعة والأوساط الأكاديمية.

يمكن من حيث المبدأ إجراء التبخير تحت الفراغ باستخدام أدوات التقطير العضوية الزجاجية القياسية ، أي دون تدوير العينة. وتتمثل المزايا الرئيسية لاستخدام المبخر الدوراني فيما يلي:

1. إن قوة الطرد المركزي وقوة الاحتكاك بين جدار القارورة الدوارة وعينة السائل تؤدي إلى تكوين طبقة رقيقة من المذيب الدافئ تنتشر على مساحة كبيرة.
2. تُقلل القوى الناتجة عن الدوران من ظاهرة الفوران . يتيح الجمع بين هذه الخصائص والميزات المُدمجة في أجهزة التبخير الدوراني الحديثة تبخيرًا سريعًا ولطيفًا للمذيبات من معظم العينات، حتى في أيدي المستخدمين الأقل خبرة. يمكن إزالة المذيب المتبقي بعد التبخير الدوراني بتعريض العينة لتفريغ أعمق، باستخدام نظام تفريغ مُحكم الإغلاق، عند درجة حرارة الغرفة أو درجة حرارة أعلى (على سبيل المثال، باستخدام خط شلينك أو في فرن تفريغ ).

من أبرز عيوب التبخير الدوراني، إلى جانب اقتصاره على عينة واحدة، احتمال حدوث فوران لبعض أنواع العينات، مثل الإيثانول والماء، مما قد يؤدي إلى فقدان جزء من المادة المراد الاحتفاظ بها. حتى المحترفون يواجهون حوادث عرضية أثناء التبخير، وخاصة الفوران، مع أن المستخدمين ذوي الخبرة يدركون ميل بعض المخاليط إلى الفوران أو الرغوة، ويتخذون احتياطات تساعد على تجنب معظم هذه الحوادث. على وجه الخصوص، يمكن غالبًا منع الفوران بإدخال أطوار متجانسة في عملية التبخير، أو بضبط قوة الفراغ (أو درجة حرارة الحمام) بدقة لضمان معدل تبخير منتظم، أو في حالات نادرة، باستخدام عوامل مضافة مثل رقائق الغليان (لجعل مرحلة بدء التبخير أكثر تجانسًا). كما يمكن تجهيز المبخرات الدورانية بمصائد خاصة ومصفوفات مكثفات تناسب أنواعًا معينة من العينات الصعبة، بما في ذلك تلك التي تميل إلى تكوين الرغوة أو الفوران.

تشمل المخاطر المحتملة الانفجارات الناتجة عن استخدام أوانٍ زجاجية بها عيوب، مثل الشقوق النجمية . وقد تحدث الانفجارات نتيجة تركيز الشوائب غير المستقرة أثناء التبخير، على سبيل المثال عند استخدام جهاز التبخير الدوراني لمحلول أثيري يحتوي على بيروكسيدات . ويمكن أن يحدث هذا أيضًا عند تجفيف بعض المركبات غير المستقرة، مثل أزيدات وأسيتيليدات عضوية ، ومركبات تحتوي على النيترو، وجزيئات ذات طاقة إجهاد ، وما إلى ذلك .

يجب على مستخدمي أجهزة التبخير الدوراني اتخاذ الاحتياطات اللازمة لتجنب ملامسة الأجزاء الدوارة، وخاصةً تشابك الملابس الفضفاضة أو الشعر أو القلائد. في هذه الحالة، قد يؤدي دوران الأجزاء الدوارة إلى سحب المستخدمين إلى داخل الجهاز، مما قد يتسبب في كسر الأواني الزجاجية، أو الحروق، أو التعرض للمواد الكيميائية. كما يجب توخي الحذر الشديد عند التعامل مع المواد المتفاعلة مع الهواء، وخاصةً عند استخدامها تحت الفراغ. فقد يؤدي أي تسرب للهواء إلى دخوله إلى الجهاز، مما قد يتسبب في حدوث تفاعل عنيف.

• ضغط البخار
• مبخر طرد مركزي