Магнитная мешалка или магнитный миксер — это лабораторное устройство, которое использует вращающееся магнитное поле, чтобы заставить мешалку (или блоху ), погруженную в жидкость, вращаться очень быстро, таким образом перемешивая ее. Вращающееся поле может быть создано либо вращающимся магнитом , либо набором стационарных электромагнитов, помещенных под сосуд с жидкостью. Оно используется в химии и биологии как удобный способ перемешивания небольших объемов и там, где другие формы перемешивания, такие как верхние мешалки и перемешивающие стержни, могут оказаться нецелесообразными.
Первый патент на магнитный смеситель — US 1,242,493, выданный 9 октября 1917 года Ричарду Х. Стрингхэму из Баунтифула, штат Юта . Смеситель Стрингхэма использовал неподвижные электромагниты в основании, а не вращающийся постоянный магнит, чтобы вращать мешалку. [1]
Артур Розингер из Ньюарка, штат Нью-Джерси, получил патент США 2,350,534 под названием «Магнитная мешалка» 6 июня 1944 года, подав заявку 5 октября 1942 года. [2] Патент Розингера включает описание покрытого стержневого магнита, помещенного в сосуд, который приводится в движение вращающимся магнитом в основании под сосудом. Розингер также объясняет в своем патенте, что покрытие магнита пластиком или покрытие его стеклом или фарфором делает его химически инертным.
Покрытый пластиком стержневой магнит был независимо изобретен в конце 1940-х годов Эдвардом Маклафлином из Torpedo Experimental Establishment (TEE), Гринок , Шотландия, который назвал его «блохой» из-за того, как он подпрыгивает, если вращающийся магнит приводится в движение слишком быстро. [ необходима цитата ]
Первая многоточечная магнитная мешалка была разработана и запатентована Сальвадором Бонетом из компании SBS в 1977 году. Он также ввел практику указания номинала мощности перемешивания в «литрах воды», что сегодня является рыночным стандартом. [3]
Магнитная мешалка состоит из магнитного стержня, помещенного в жидкость, которая обеспечивает перемешивающее действие. Движение стержня мешалки приводится в действие другим вращающимся магнитом или сборкой электромагнитов в устройстве мешалки под сосудом, содержащим жидкость. [4] Стержни мешалки обычно покрыты ПТФЭ или, реже, стеклом; покрытия должны быть химически инертными , не загрязняющими и не реагирующими с реакционной смесью, в которой они находятся. [4] Стекло может быть жизнеспособной альтернативой, если ПТФЭ непригоден из-за высокой температуры или химического воздействия. При восстановлении растворяющихся металлов, в которых используется щелочной металл, растворенный в первичном амине, ПТФЭ может быть в некоторой степени подвергнут воздействию. [5] [6] Восстановление березой (обычное восстановление растворяющихся металлов) часто проводится в стеклянном сосуде, что указывает на то, что стеклянный стержень мешалки также будет совместим. Стекло может подвергаться воздействию сильной щелочи (например, щелока) в зависимости от температуры, времени воздействия и концентрации. [7]
Магнитные мешалки имеют форму стержня и обычно восьмиугольные или круглые в поперечном сечении. Остроконечная овальная форма также распространена для использования в круглодонных колбах . Существует множество специальных форм для более стабильного или эффективного перемешивания в различных условиях или для соответствия форме небольших сосудов. Многие мешалки имеют поворотное кольцо вокруг центра, на котором они вращаются. Самые маленькие имеют длину всего несколько миллиметров, а самые большие — несколько сантиметров. Меньшие размеры (менее 10 мм) часто называют «блохами».
Лабораторные нагревательные плиты часто выполняют двойную функцию, объединяя в себе как узел перемешивания, так и нагревательный элемент . Мощность таких нагревательных элементов может варьироваться от нескольких сотен до нескольких тысяч ватт, и они позволяют одновременно нагревать и перемешивать реакционную колбу. Максимально достижимая температура жидкости зависит от размера колбы, количества нагреваемого раствора, мощности нагревательного элемента и количества изоляции, обеспечиваемой системой.
Магнитным материалом внутри стержней чаще всего является альнико или самарий-кобальт , которые могут выдерживать высокие температуры без потери магнитной силы, хотя для низкотемпературных применений может использоваться неодим , а также существуют ферритовые стержни для перемешивания.
Из-за своего небольшого размера мешалка легче очищается и стерилизуется, чем другие перемешивающие устройства. Они не требуют смазочных материалов , которые могут загрязнить реакционный сосуд и продукт.
Извлекатель мешалки представляет собой отдельный магнит на конце длинной палки (также покрытой химически инертным ПТФЭ), который можно использовать для извлечения мешалки из сосуда. [4]
Магнитные мешалки часто используются в химии и биологии , где их можно использовать для перемешивания герметично закрытых сосудов или систем без необходимости использования сложных уплотнений. Они предпочтительнее моторизованных мешалок с зубчатым приводом, поскольку они тише, эффективнее и не имеют движущихся внешних частей, которые могут сломаться или износиться (кроме самого простого стержневого магнита). Магнитные мешалки хорошо работают в стеклянных сосудах, обычно используемых для химических реакций, поскольку стекло не оказывает заметного влияния на магнитное поле .
Ограниченный размер стержня означает, что магнитные мешалки можно использовать только для относительно небольших экспериментов, объемом 4 литра или меньше. Мешалки также испытывают трудности при работе с вязкими жидкостями или густыми суспензиями. Для больших объемов или более вязких жидкостей обычно требуется какой-либо вид механического перемешивания (например, верхняя мешалка).
В синтетической химии комбинированная магнитная мешалка/нагреватель, оснащенная встроенным механизмом контроля температуры и температурным датчиком, обычно используется с нагревательной баней (обычно с маслом, песком или легкоплавким металлом) или охлаждающей баней (обычно с водой, льдом или органической жидкостью, смешанной с жидким азотом или сухим льдом в качестве хладагента), что позволяет поддерживать температуру в реакционных сосудах, помещенных в ванну, в диапазоне приблизительно от -120 до 250 °C (от -184 до 482 °F).
