معرفی بوته قوچ و بوته شیشه ای متخلخل ( کروزه شیشه ای فیلتردار)

بوته قوچ(گوچ) و کروزه شیشه ای زینتر شده متخلخل جز لوازم فیلتراسیونی هستند که می توان در آزمایشگاه ها برای فرآیندهای تحلیلی از جمله جداسازی جامد از مایع (حتی از طریق خلا) و تمیز کردن مواد مختلف از آنها استفاده کرد. کروزه قوچ از پرسلن ساخته شده است، در حالی که بوته شیشه زینتر شده از شیشه پیرکس ساخته شده است. تفاوت اصلی بین بوته قوچ و بوته زینتر شده شیشه ای در این است که بوته های قوچ می توانند دماهای بسیار بالا را تحمل کنند در حالی که بوته های شیشه ای زینتر شده نمی توانند دمای بالای 400 درجه سانتیگراد را تحمل کنند. بوته های فیلتر قوچ شبیه قیف های فیلتر بوخنر هستند، اما به جای شکل قیف، ته آنها صاف است که راحت تر روی سطح قرار بگیرند کروزه های شیشه علاوه بر کف شیشه ای دارای یک پایه اضافه تر نیز میباشد. بوته های فیلتر دارای یک کف متخلخل هستند که به عنوان یک محیط فیلتر عمل می کند و نیازی به استفاده از کاغذ فیلتر نیست. امروزه در اصطلاح گاهی این دو کلمه به جای هم استفاده میشوند و نشانگر وسیله فیلتراسیون با دو جنس شیشه ای و سرامیکی است.

بوته یا کروزه قوچ

بوته قوچ به افتخار فرانک آستین قوچ نامگذاری شد. بوته گوچ برای جمع آوری رسوبات به طور مستقیم و خشک کردن رسوبات استفاده میشود حتی در مواردی که برای سوختن استفاده میشود میتوان خاکستر مربوطه را جدا کرد و وزن نمونه آنالیت را از طریق آنالیز وزنی اندازه گیری کرد. در گذشته این وسیله به صورت بوته پلاتین استاندارد در آزمایشگاه ها ساخته می شد و دارای پایه سوراخ دار بود. این بوته می تواند در معرض دمای بالایی برای خشک کردن فیلتر قرار گیرد و همچنین می توان محتویات موجود در بوته را اکسید کرده یا تبدیل به خاکستر خود ماده فیلتر کرد تا حداقل وزن حاصل شود. با این حال، استفاده از پلاتین گران است. بنابراین در سال 1882 مواد بوته گوچ با ظروف چینی جایگزین شد.

قرار دادن خمیر آزبست به عنوان عایق حرارتی در پایه سوراخ دار از خود فیلتر مهم است. پس از اینکه، بوته در یک کوره گرم می شود خمیر آن خشک می شود تا وزن آن ثابتی شده و بتوان آن را اندازه گیری کرد. در برخی از بوته ها، دو لایه آزبست وجود دارد که آنها را از یک صفحه چینی سوراخ دار جدا می کند. علاوه بر این، برخی از بوته های قوچ حاوی الیاف غیر آلی مانند شیشه در محل آزبست هستند. بوته های پلاتین قوچ نیز در کاربردهای مهمی مانند جابجایی مواد خورنده کمک می کنند. در چنین کاربردهایی نمی توان از جنس چینی استفاده کرد. با این حال، یک بوته قوچ ساخته شده از چینی برای خاکستر کردن یک ماده در دمای بالا و بوته های ساخته شده از بوروسیلیکات برای خشک کردن یک ماده مناسب است.

کروزه(بوته) شیشه ای زینتر شده متخلخل

ظروف شیشه ای زینتر شده(کروزه سینتر گلاس) برای فیلتر کردن مایعات و گازها در آزمایشگاه استفاده می شود. این بوته ها زینتر گلس دارای یک دیسک شیشه ای متخلخل بوده که به عنوان فیلتر استفاده می‌شود، خورنده نبوده و قابل استفاده مجدد است. همچنین برای شستشو، پراکندگی و جذب گاز استفاده می شود. دیسک زینتر شده با خرد کردن شیشه، پودر کردن، تمیز کردن، جداسازی در اندازه های مش مختلف و سپس ذوب شدن با یکدیگر به شکل دیسک تولید می شود. دیسک زینتر شده به 5 درجه G1، G2، G3، G4 و G5 درجه بندی می شود. G3 برای اکثر رسوبات مفید است، در حالی که G4 در فیلتر کردن چند نوع رسوب مهم است. این نوع بوته نمی توانند دمای بالای 400 درجه سانتیگراد را تحمل کنند.

درجه  یا مش بندی بر اساس حداکثر اندازه منافذ طبقه بندی می شوند که با اندازه گیری فشاری که در آن اولین حباب هوا تحت شرایط خاص از فیلتر جدا می شود، به دست می آید. سپس از دیفرانسیل فشار برای محاسبه قطر مویرگی معادل بر حسب میکرون استفاده می شود. اندازه منافذ مورد نظر با کنترل مناسب اندازه دانه، زمان پخت، دما و ضخامت دیسک به دست می آید. هر دیسک به صورت جداگانه تست و درجه بندی می شود. قطر منافذ به طور منطقی یکنواخت است، که سرعت جریان مورد نیاز را از طریق فیلتر تضمین می کند. نرخ جریان، بیشتر به اختلاف فشار بین دو طرف دیسک، ناحیه آزاد دیسک، ویسکوزیته سیال در حال فیلتر کردن و غیره بستگی دارد. دیسک ها حداکثر سختی سطحی دارند و از این رو پودر شیشه در حین تمیز کردن یا با مواد شیمیایی خراشیده نمی شود. در حین استفاده از فیلترها ذرات نمی ریزند. دیسک ها بدون انسداد منافذ به لوله مهر و موم می شوند. سپس آنها را به درستی درکوره های کنترل شده به طور خودکار بازپخت می کنند.

 تمامی ظروف شیشه‌ای از بوروسیلیکات آزمایشگاهی با کیفیت بالا ساخته می‌شوند و در نتیجه مقاومت بسیار خوبی در برابر حملات شیمیایی دارند. دیسک‌های متخلخل و ظروف شیشه‌ای که آنها را در خود جای داده‌اند، عمدتاً برای اعمال خلاء یا عبور گازها با فشار نسبتاً کم طراحی شده‌اند.

مقاومت ظروف زینتر شده در برابر شوک حرارتی نسبتاً کمتر از ظروف شیشه ای استاندارد است. بنابراین، اقلام ظروف پخته شده نباید در معرض تغییرات بیش از حد دما و یا شعله های مستقیم قرار گیرند. بوته های پخت بوروسیل مخصوصاً برای خشک کردن تا وزن ثابت مناسب هستند. بوته های پخته(زینتر) شده خشک در دمای اتاق را می توان مستقیماً در کوره خشک کن در دمای 1500 درجه سانتیگراد قرار داد، اگرچه روش معمول خشک کردن در دمای 1100 درجه سانتیگراد است. ظروف زینتر شده را می توان با خیال راحت در کوره تا دمای 5000 درجه سانتیگراد بدون تأثیر منفی گرم کرد، مشروط بر اینکه چرخه گرمایش و سرمایش تدریجی باشد. توصیه می شود که سرعت گرمایش نباید بیشتر از 20 درجه سانتیگراد در دقیقه باشد. این  نکته از فشارهای داخلی ناشی از اختلاف دمای بیش از حد بین ظرف شیشه ای اطراف و دیسک متخلخل شده جلوگیری می کند که می تواند منجر به شکستگی وسیله شود. بنابراین، رسوب موجود در بوته شیشه سینتر شده در دماهای بین 110 تا 120 درجه سانتیگراد در داخل کوره الکتریکی خشک می شود.

ظروف متخلخل با درجه تخلخل 4 و 5 زمانی که سرد و مرطوب هستند هرگز نباید در معرض تغییر دمای ناگهانی قرار گیرند زیرا تکامل بخار ممکن است فشار زیادی را در فیلتر ایجاد کند و موجب ترک خوردگی بوته شود.

وسایل فیلتراسیون باید روی لبه آن (ساقه به سمت بالا) در اجاق گاز یا استریلیزر نگهداری شود. یک پایه نگهدارنده سوراخ شده برای همرفت هوا در مورد فیلترهای با لوله مفید است. باید در استفاده از مواد عایق حرارتی مانند آزبست احتیاط کرد تا از گرم شدن زودرس در نزدیکی قسمت مهر و موم شده بخش فیلتر جلوگیری شود. بوته باید در طول مدت خنک شدن در فر یا استریل کننده بماند تا از سرعت سرد شدن خیلی سریع جلوگیری شود.

نحوه تمیز کردن ظروف زینتر شده

1. فیلترهای زینتر شده جدید باید به دقت با اسید کلریدریک داغ شسته شوند و سپس با مقطر شسته شوند. استفاده از آب قبل از استفاده این روش باعث می شود که تمام ذرات سست از فیلتر حذف شوند.
2. توصیه می شود که تمام فیلترهای سینتر شده پس از استفاده “فورا” به طور کامل تمیز شوند. این زمان مناسب‌ترین زمان برای سهولت تمیز کردن است و خطر آلودگی کمتر را در استفاده بعدی تضمین می‌کند.
3. بسیاری از رسوبات را می توان با شستشوی معکوس با آب از فیلتر خارج کرد. با این حال، باید در مورد قطرهای بزرگ و فیلترهای ظریف دقت زیادی کرد، زیرا فشارهای مثبت در سمت عقب ممکن است فیلتر را بشکند.
4. تحت هیچ شرایطی، دستگاه سینتر شده نباید در هنگام شستشوی معکوس تحت فشار آب مستقیم و اصلی قرار گیرد زیرا در بیشتر موارد این امر منجر به شکستگی فیلترها می شود.
5. کشیدن آب از طریق فیلتر از سمت معکوس با پمپ خلاء نیز موثر است.
6. فیلترهای مسدود شده توسط گرد و غبار و کثیفی در طی فیلتراسیون گاز را می توان با روش محلول شوینده گرم و سپس دمیدن هوای تمیز از سمت تمیز فیلتر بازیابی کرد. ذرات کثیف توسط فوم به سطح آورده شده و توسط شستشو با آب از بین می روند.
7. برخی از رسوباتی ممکن است فیلتر را مسدود کند نیاز است با تمیز کردن شیمیایی طبق مواردی که در ادامه برای هر ماده ذکر شده است حذف شود:

• چربی و گریس: تتراکلرید کربن یا حلال آلی مناسب.
• آلبومن، گلوکز: آمونیاک داغ یا اسید هیدروکلریک، مخلوطی از اسیدهای سولفوریک و نیتریک غلیظ داغ.
• مواد آلی: محلول پاک کننده اسید کرومیک یا اسید سولفوریک غلیظ حاوی کمی نیترات پتاسیم یا پرکلرات (0.5%) (احتمالاً نیاز به خیس خوردن یک شبه)
• اکسید مس یا آهن: اسید هیدروکلریک غلیظ داغ با کلرات پتاسیم.
• سولفات باریم: اسید سولفوریک غلیظ داغ
• بقایای جیوه: اسید نیتریک کنسانتره داغ
• سولفید جیوه: آب داغ
• کلرید نقره: آمونیاک یا هیپوسولفیت سدیم اکسید استانیک
• باقیمانده آلومینا یا سیلیس: 2٪ اسید هیدروفلوئوریک و سپس اسید سولفوریک غلیظ. بلافاصله با آب مقطر و سپس با استون شستشو دهید. به شستشو ادامه دهید تا اثری از اسید باقی نماند.

غلظت های بالای اسید هیدروفلوئوریک، اسید فسفریک داغ یا محلول های قلیایی سوزاننده هرگز نباید برای تمیز کردن استفاده شود. استفاده از آنها باعث خراب شدن سریع فیلتر و افزایش اندازه منافذ می شود.

برای کارهای باکتریولوژیکی، دارویی و بیولوژیکی، باید از محلول پاک کننده اسید کرومیک به دلیل اثر بیولوژیکی یون های کروم اجتناب شود.

با استفاده از اسید سولفریک در حال جوش ممکن است کرنش حرارتی نامناسب ایجاد کند. بنابراین توصیه می شود که ماده را در اسید بگذارید تا خنک شود.

لطفاً پس از شستشوی شیمیایی از شستشوی طولانی مدت با آب اطمینان حاصل کنید.

از جدول زیر در هنگام خرید کروزه شیشه ای فیلتر دار( قوچ) جهت ازاطلاع از مشخصات میتوان استفاده کرد.

منابع

1. “Sintered Glass Crucible.” Scribd, Available here.
2. “Gooch-crucible” By Alex Charles Cumming and Sydney Alexander Kay – Page 113 of A Text-book of Quantitative Chemical Analysis (Public Domain) via Commons Wikimedia
3. https://www.differencebetween.com
4. http://bjscientific.com