Лабораторные водяные бани
Принцип действия водяной бани основан на передаче тепла от нагревателя к объекту нагрева через водную среду. Верхний предел температуры лимитирован физическими свойствами воды. При нормальном давлении кипение воды происходит при +100 o С. Все дополнительное тепло, подаваемое к кипящей жидкости, идет не на повышение ее температуры, а на интенсивность образования пара. Графически изменение температуры жидкости можно представить как линейный график от точки плавления до точки кипения. В точке кипения график переходит в горизонтальную полку, где У = Ткип. Поэтому водяные бани используются для объектов, критично относящихся к перегреву выше +100 o С.
На водяных банях можно задавать температуру нагрева от комнатной до кипения. Это позволяет использовать оборудование по различному назначению. Объекты, критично относящиеся к резким перепадам температуры, лучше помещать в емкость водяной бани при комнатной температуре, и после этого осуществлять нагрев. Благодаря постепенному повышению температуры, внутри нагреваемого объекта не возникают температурные напряжения, которые могут привести к разрушению объекта. Водяные бани получили широкое применение при перегонке летучих легковоспламеняющихся жидкостей. Отсутствие открытого пламени позволяет максимально обезопасить процесс. Применение водяных бань можно условно разделить на три вида:
— выпаривание (процесс происходит при кипящем теплоносителе);
— инкубирование (процесс идет при заданной температуре, отличной от температуры кипения);
— инактивация (температура теплоносителя понижается до заданной, при помещении в ванну объекта, выделяющего тепло).
Возможность устанавливать температуру немного выше окружающей среды, позволяет использовать водяные бани для ускоренного размораживания образцов в щадящем режиме.
Поддержание равномерного распределения температуры по всему объему теплоносителя осуществляется с помощью перемешивания. Благодаря этому водяные бани удобно использовать для проведения ферментативных реакций, а также инкубирования бактерий.
Так же в номенклатуре поставляемого нашей компанией оборудования представлены современные и очень удобные в использовании лабораторные бани сухого нагрева и широкий спектр лабораторного оборудования для нагрева и охлаждения образцов.
Выбираем водяную баню для лаборатории. Обзор основных моделей
Лабораторные водяные бани широко используются при реализации многих методик химического анализа, в процессе научных исследований, в производственных, микробиологических, медицинских лабораториях. Водяные бани применяются для термостатирования образцов в различной лабораторной посуде (пробирках, колба, станах) при постоянной температуре в диапазоне до 100 гр.С. Существуют модели, позволяющие проводить нагрев и до более высоких температур (например, до 200 гр.С), но в данном случае вместо дистиллированной воды используется специальный теплоноситель, например силиконовая жидкость ПМС-100. Такие модели в классификации лабораторного оборудования обозначаются как «масляные бани», или просто «лабораторные бани».
Выбор лабораторной бани. На что обратить внимание
На рынке лабораторного оборудования представлено достаточно много моделей в широком ценовом диапазоне. Все они, в конечном счете, выполняют одну функцию – нагрев теплоносителя и подержание температуры в диапазоне от немного выше комнатной температуры до 95-100 гр (температура кипения воды). Но в линейке даже одного производителя, может быть несколько моделей, кардинально отличающихся друг от друга. Можно выделить основные отличия моделей:
— Температурный диапазон. Как правило для водяной бани он составляет от температуры окружающей среды +5 гр.С до 95-100 гр. Однако, существуют задачи, в которых необходимо термостатировать образцы при температуре ниже окружающей, в таком случае случае необходимо предусмотреть, чтобы в бане был встроен теплообменник, который подключается к водопроводной воде или внешнему охладителю. Также существуют модели для нагрева более 100 гр.С. Необходимо определить какие требования предьявляются к бане нормативной документацией вашей лаборатории, чтобы правильно подобрать модель. Если нагрев будет выше 100 гр, стоит предусмотреть приобретение специального теплоносителя.
— Объем ванны. Это один из основных параметров, на который нужно обратить внимание. Выпускаются модели совсем небольшой емкостью (3-4 литра) и с большой глубокой ванной (25-30 л). Например, для модели LOIP LB-160 полезная глубина составляет 70 мм, при этом номинальный объем — 13 л. Для модели того же производителя LOIP LB-162 — глубина 150 мм, объем — 24 л.
— Количество мест для установки колб. При выборе водяной бани необходимо определиться, что именно планируется термостатировать. Если это колбы или высокие стаканы, то можно остановиться на многоместных моделях со съемными кольцами. Если же необходимо нагревать пробирки в штативе, то стоит предусмотреть возможность его установки в емкость бани. У ряда моделей верхняя крышка снабжена концентрическими кольцами, но при этом она сама также является съемной. Но есть модели, у которых верхняя крышка не снимается, что может затруднить установку больших стаканов или штативов в емкость.
— Тип крышки. Выпускаются модели с крышкой, в которой установлены съемные концетрические кольца (многоместные бани) и модели с глухой крышкой, у некоторых производителей, она двухскатная. Как правило, глубина ванны у моделей с глухой крышкой больше, что позволяет размещать относительно большие емкости и полностью их закрывать сверху крышкой.
— Рабочая глубина ванны. Это один из основных параметров, который стоит учесть при выборе бани. Необходимо определиться какие емкости, какой высоты и в каком количестве будут термостатироваться. Данный параметр напрямую связан с объемом ванны.
— Точность поддержания температуры. Водяные бани используются в лабораториях для поддержания температуры теплоносителя с относительно невысокой точность. Как правило неравномерность температуры воды в бане составляет +/- 1 гр.С. Если требуется более высокая точность поддержания температуры, например 0,1 или даже 0,01 гр.С используются циркуляционные термостаты. Ранее в качестве примера были рассмотрены жидкостные термостаты производства Термэкс и ЛОИП. Стоит отметить, что в линейке оборудования производства ЛОИП присутствуют водяные бани позволяющие поддерживать температуру с точность 0,1 гр.С. Такие модели получили название «Бани термостатирующие прецизионные». Они оснащены микропроцессорным терморегулятором, обеспечивающим точное поддержание температуры, и лопастной мешалкой для интенсивного перемешивания рабочей жидкости.
— Комплектация. Для некоторых моделей многоместных бань предусмотрена комплектация специальным штативом с зажимами для удобного крепления колб. Такие, к примеру, предлагаются в каталогах производителей «Термэкс» и «Экросхим». Также некоторые модели бань можно доукомплектовать дополнительными штативами для пробирок.
— Специализированные водяные бани. Для решения некоторых лабораторных задач, удобнее использовать специализированные водяные бани. Например, для определения качества молока используются специальные бани-термостаты, так называемые «редуктазники». Они применяются для реализации методик определения жира (выдерживание бутирометров в водяной бане в течение 5 минут при температуре 65 гр.С), а также при проведении редуктазной пробы для выявления бактериального заражения непастеризованного молока (термостатирование пробирок при температуре 37 гр.С. в течение 1,5 часа). В качестве специализированной бани можно выделить, например, БВР-18 (Таглер, Россия) или ЛТР-24 (Сибагроприбор, Россия).
К специализированным водяным баням можно также отнести серологические бани для термостатирования пробирок флоринского. Среди приборов российского производства можно выделить модели БАЛС-55/4.1, БСА-400 и LOIP LB-164. Каждая из моделей обладает своей особенностью, но основная функция у них одинаковая — термостатирования штативов с пробирками Флоринского. Все указанные модели специализированных бань поставляются в комплекте с необходимыми штативами и могут быть использованы для обычных общелабораторных работ.
— Наличие дополнительных специфических функций. К таким баням можно отнести, например, модель ЛБ‑57164 в которой предусмотрены две ванны. В данной модели в одной из ванн установлен охлаждающий теплообменник, к которому может быть подключена водопроводная вода (или другой охладитель), позволяющая охладить емкость до температуры ниже окружающей среды.
Такая конструкция бани позволяет использовать ее для термостатирования проб природной и питьевой воды при органолептической оценке интенсивности запаха в соответствии с ГОСТ Р 57164. Данная модель может использоваться и как универсальная лабораторная баня с двумя рабочими ваннами, у которой одна из ванн способна поддерживать температуру ниже температуры окружающей среды.
В качестве еще одного примера водяной бани с дополнительной функцией можно рассмотреть модели со встроенным шейкером (встряхивателем). Такой функцией обладает, например, модель «СИНУС 03» и Stegler SB-22. Одновременное термостатирование и встряхивание требуется во многих процессах лабораторного анализа, для культивирования клеток, во время микробиологических и генетических исследований.
Подбор лабораторной водяной бани
В лаборатории очень часто возникает потребность нагрева и хранения образцов при определенной температуре, например при температуре 37 °С. Так какую водяную баню выбрать для вашей задачи: общего назначения, с циркуляцией или встроенным шейкером?
Все водяные бани предназначены для хранения образцов при заданной температуре. Самое простое устройство водяной бани это нагревательный элемент и емкость (ванна) с водой. Таким образом, идеальный тип ванны зависит от того, должны ли ваши образцы просто оттаивать или требуют встряхивания, чтобы поддерживать их эмульгирование, или требуют высокую однородность по температуре в ванне.
Водяные ванны используются для обработки большого количества образцов в ряде исследований, включая химические, биологические и микробиологических, а также в производственных лабораториях пищевой и фармацевтической промышленности. Некоторые методики имеют конкретные требования, будь то однородность температуры воды или однородность температуры образца. Важно понимать особенности конкретной методики исследования для выбора идеального типа ванны. 
Водяные бани общего назначения оснащаются ваннами от 2 до 28 литров для удовлетворения различных требований к объему. Эксплуатационные компоненты, такие как нагреватели и датчики, устанавливаются в нижней части камеры ванны, что позволяет полностью использовать весь объем чаши и легко производить чистку всей площади ванны. Обычно, водяные бани общего назначения спроектированы имеют высокий уровень шума и не требуют специального технического обслуживания.
Циркуляционные водяные бани-термостаты предназначены для поддержания высокой однородности температуры, по сравнению с водяными банями общего назначения. Данный тип подойдет для образцов, которые требуют точного контроля температуры воды по всему объему ванны. Однородность температуры поддерживается циркуляционным насосом или магнитным перемешивающим элементом (например в бане Biosan WB-4MS) за счет встроенной магнитной мешалки, как в Biosan WB-4MS.
Встряхивающие водяные бани предназначены для предотвращения разделения компонентов исследуемого образца благодаря непрерывному перемешиванию (встряхиванию), а также для обеспечения однородности образца. Такие приборы имеют встроенный механизм, который осуществляет возвратно-поступательное движение платформы с образцами.