Твердотельные термостаты
Твердотельные термостаты
Твердотельный термостат - это лабораторное оборудование, предназначенное для равномерного нагрева, охлаждения и поддержания стабильной температуры образцов в пробирках. Твердотельные термостаты работают в комплекте с термоблоками, изготовленными из материалов с хорошей теплопроводностью для обеспечения равномерной температуры (например, алюминий). Непосредственно в них располагаются специальные гнезда для помещения пробирок с образцами.Модели твердотельных термостатов отличаются по диапазону контролируемых температур, по видам термоблоков, по объему и виду подходящих для работы пробирок, по точности поддержания нужной температуры и по наличию или отсутствию функции встряхивания. Так диапазон контролируемых температур может варьироваться от 0 до + 150 °С. Существуют также модели со сменными блоками или со специальным гнездом, созданным для размещения термометра. Во многих твердотельных термостатах предусмотрен таймер для удобства в работе.
Твердотельные термостаты отличаются, как правило, их способностью быстро изменять температурные режимы, компактностью, надежностью и безопасностью. Данные приборы активно применяются в медицине, для проведения клинических, биохимических, лабораторных исследований, таких как анализ крови на RH-антитела, процесс коагуляции, инкубация ДНК, ферментативные реакции и т.п. Также твердотельные термостаты актуальны для пищевой промышленности, предприятий.
Смотрите также: испарители влаги, лабораторные термостаты.
Вопрос/Ответ
Твердотельный термостат (dry block heater, сухоблочная баня) — это прибор, в котором термостатирование образцов осуществляется за счёт теплопроводности нагретого (или охлаждённого) металлического блока из алюминия или нержавеющей стали, в котором выфрезерованы гнёзда стандартных размеров для различных форматов пробирок — без использования какого-либо жидкого теплоносителя. Принципиальное отличие от жидкостного термостата состоит в механизме теплопередачи: в жидкостной бане теплообмен осуществляется через конвекцию теплоносителя, омывающего пробирку со всех сторон и обеспечивающего равномерный и точный нагрев (±0,01…±0,05°C), тогда как в твердотельном термостате тепло передаётся через прямой контакт стенок пробирки с металлом гнезда — качество и площадь этого контакта определяют фактическую температуру образца. Твердотельный термостат значительно уступает жидкостному по точности термостатирования (±0,5…±2°C против ±0,01…±0,05°C), однако превосходит его по удобству эксплуатации, компактности, скорости нагрева и полному отсутствию риска разлива жидкого теплоносителя — именно поэтому он является стандартным оборудованием для рутинных инкубаций в молекулярной биологии, клинической диагностике и биохимии.
Сменные блоки необходимо регулярно очищать от остатков образцов, солей буферных растворов и загрязнений внутри гнёзд — накопление загрязнений в зазоре между пробиркой и стенкой гнезда является источником коррозии алюминия, ухудшения теплопередачи и перекрёстной контаминации образцов. Для очистки гнёзд используют тонкие щётки или ватные палочки, смоченные 70% этанолом или водой — абразивные материалы и металлические инструменты для чистки гнёзд категорически недопустимы, так как царапины на стенках гнезда ухудшают плотность контакта с пробирками и снижают равномерность нагрева. Воспроизводимость термостатирования обеспечивается использованием пробирок одного производителя и одной партии (допуски на наружный диаметр варьируют между производителями), одинакового объёма образца, одинаковой глубины погружения пробирки в гнездо и наличия или отсутствия крышки — документирование этих параметров в рабочей процедуре обязательно для задач, где температура является критическим параметром.
Большинство производителей предлагают блоки с универсальными отверстиями различного диаметра (8–25 мм) или блоки с мягкими вставками (силиконовые втулки), которые адаптируются к наружному диаметру нестандартных сосудов — это позволяет термостатировать стеклянные пробирки, флаконы с септой, сцинтилляционные флаконы, кюветы для спектрофотометра и другие нестандартные форматы. Для криопробирок (наружный диаметр 11–12 мм) обычно используют блоки для пробирок 15 мл или специализированные блоки с гнёздами 11–12 мм — контакт между криопробиркой с рифлёными стенками и стенками гнезда хуже, чем у гладкостенных пробирок, что увеличивает разницу между температурой блока и образца. При термостатировании стеклянных кювет для спектрофотометра в сухом блоке необходимо убедиться в отсутствии воздушных прослоек между гранями кюветы и стенками гнезда — для обеспечения хорошего теплового контакта кюветы с нестандартными размерами можно использовать теплопроводящую пасту (термопасту), нанесённую тонким слоем на внешние грани кюветы.
Стандартные твердотельные термостаты только с нагревом обеспечивают диапазон от +5…+20°C выше комнатной температуры до +100…+130°C (ограничено свойствами ПТФЭ-вставок и материала корпуса блока), специализированные высокотемпературные модели — до +150…+200°C для органического синтеза и высокотемпературных инкубаций. При работе вблизи максимальной температуры (выше +100°C) необходимо учитывать интенсивное испарение водных образцов — пробирки с водными растворами при +95…+99°C теряют значительный объём жидкости даже при закрытых крышках из-за давления пара; для длительных инкубаций при таких температурах используют пробирки с плотно завинчивающимися крышками и дополнительно придавливают крышки специальной прижимной планкой или ковриком. При работе ниже комнатной температуры на моделях с Пельтье-охлаждением следует учитывать зависимость холодопроизводительности от температуры окружающей среды — при температуре в лаборатории выше +25°C мощность охлаждения элементов Пельтье снижается и прибор может не достичь заявленной минимальной температуры; для критических задач с охлаждением ниже +10°C предпочтительны компрессорные модели.
Наиболее частые причины отказа твердотельных термостатов: выход из строя нагревательного элемента (ТЭН или плёночный нагреватель) вследствие попадания жидкости из пробирок на нагреватель через зазор блока (характерно при переполненных пробирках или открытых крышках); деградация датчика температуры блока (Pt100 или термопара) — проявляется нестабильностью температуры или её систематическим отклонением от заданного значения; износ или разрушение компрессора или элементов Пельтье в моделях с охлаждением. Блок необходимо регулярно извлекать из термостата и очищать от загрязнений, попавших в зазор между блоком и корпусом нагревателя — остатки буферных растворов, агрессивные реагенты и биологические жидкости, попавшие в этот зазор, вызывают коррозию алюминиевого блока, засорение воздушных каналов охлаждения и деградацию нагревательного элемента. Плановое техническое обслуживание (очистка блока и корпуса, калибровка датчика температуры независимым термометром, проверка равномерности температуры по гнёздам блока, для моделей с охлаждением — проверка работоспособности системы охлаждения) рекомендуется проводить не реже одного раза в год — для приборов в аккредитованных лабораториях и клинической диагностике результаты калибровки и технического обслуживания документируются в паспорте прибора и системе качества лаборатории.