لوله آزمایش کوارتز با یک سر بسته برای وسایل شیمیایی آزمایشگاهی

تعریف لوله کوارتز

لوله‌های آزمایشگاهی کوارتز، اجزای ضروری و با عملکرد بالا در آزمایشگاه‌ها و صنایع هستند که از سیلیس ذوب شده با خلوص بالا ساخته می‌شوند و معمولاً دارای محتوای سیلیس ۹۹٫۹ درصد یا بیشتر هستند و انواع برتر آن به خلوص ۹۹٫۹۹ درصد SiO₂ می‌رسند. فرآیند تولید شامل ذوب کریستال‌های طبیعی کوارتز در دمای بسیار بالای حدود ۲۰۰۰ درجه سانتی‌گراد و سپس انجام تکنیک‌های پردازش دقیق مانند کشش و قالب‌دهی برای تضمین ضخامت یکنواخت دیواره و یکپارچگی ساختاری است. این لوله‌ها در مقایسه با شیشه معمولی و انواع بروسیلیکات به دلیل ترکیب استثنایی خواص حرارتی، شیمیایی، نوری و مکانیکی قابل توجه هستند و در بسیاری از کاربردهای پیچیده جایگزین‌ناپذیر محسوب می‌شوند.

فرآیندهای ساخت لوله آزمایش قرنتزی

لوله‌های کوارتز از طریق فرآیندهای ذوب و کشش مداوم تولید می‌شوند. مواد اولیه به داخل کوره دمای بالا تغذیه می‌شوند، جایی که ذوب می‌گردند. سپس کوارتز مذاب روی یک ماندل (قالب داخلی) کشیده می‌شود تا لوله‌ای مداوم با قطر و ضخامت دیواره مشخص تشکیل شود. این فرآیند نیازمند کنترل دقیق است تا از نظر ابعادی دقت لازم حفظ شود و از تشکیل حباب و ناخالصی جلوگیری گردد. مراحل بعدی ممکن است شامل برش، صیقل دادن با شعله در انتهای لوله برای جلوگیری از ترک خوردگی، و عملیات ماشین‌کاری مختلف باشد.

ویژگی‌های لوله آزمایش قرنتزی

1. خواص حرارتی استثنایی
مقاومت در دمای بالا: لوله‌های کوارتز نقطه نرم‌شدن بسیار بالایی دارند و می‌توانند به‌طور مداوم تا دمای 1100 درجه سانتی‌گراد استفاده شوند. این ویژگی آن‌ها را به انتخابی ایده‌آل برای کوره‌ها، فرآیندهای پخش و محافظت از ترموکوپل در دمای بالا تبدیل می‌کند.
مقاومت استثنایی در برابر ضربه حرارتی: این مواد می‌توانند تغییرات سریع و شدید دما را بدون ترک خوردن تحمل کنند، ویژگی‌ای که از ضریب بسیار پایین انبساط حرارتی آن‌ها ناشی می‌شود.

2. شفافیت نوری برتر
لوله‌های کوارتز، به‌ویژه آن‌هایی که از کوارتز ذوب شده با خلوص بالا ساخته شده‌اند، انتقال عالی در طیف وسیعی از نور را فراهم می‌کنند. این لوله‌ها نسبت به نور ماوراء بنفش (UV)، نور مرئی و نور مادون قرمز (IR) بسیار شفاف هستند. این ویژگی آن‌ها را برای کاربردهایی مانند روشنایی UV (مثلاً لامپ‌های بخار جیوه)، فوتولیتوگرافی نیمه‌هادی و ابزارهای نوری مختلف ایده‌آل می‌کند.

3. خلوص بالا و پایداری شیمیایی
کوارتز از خودِ خلوص بالا و پایداری شیمیایی دارد. لوله‌های کوارتز در برابر اکثر اسیدها، نمک‌ها و هالوژن‌ها (مانند کلر و بروم) در دماهای بالا مقاومت بسیار خوبی نشان می‌دهند. این خلوص بالا از آلودگی در فرآیندهای حساسی مانند ساخت ویفرهای نیمه‌هادی و تولید داروهای صنعتی جلوگیری می‌کند.

4. عایق الکتریکی مناسب
با مقاومت الکتریکی بالا و تلفات دی‌الکتریک کم، لوله‌های کوارتز عایقهای الکتریکی بسیار خوبی هستند، حتی در دماهای بسیار بالا. این ویژگی برای کاربردهای روشنایی، سیستم‌های لیزری و عناصر گرمایشی الکتریکی با دمای بالا حیاتی است.

5. خواص مکانیکی و فیزیکی
آنها استحکام مکانیکی و سفتی مناسبی در برابر بارهای فشاری دارند. با این حال، مانند اکثر ظروف شیشه‌ای، شکننده هستند و در صورت عدم رعایت شیوه‌های صحیح دست‌زدن، ممکن است نسبت به ضربه یا آسیب مکانیکی حساس باشند.

کاربرد لوله شیشه کوارتز

1. پژوهش علمی و حوزه آزمایشگاهی (سناریوهای کاربردی اصلی)
ظرف‌های شیمیایی مقاوم به دمای بالا برای آزمایش‌هایی که به دماهای بالا به صورت بلندمدت یا لحظه‌ای نیاز دارند، مانند آزمون فعالیت کاتالیزورها، سنتز مواد معدنی (به عنوان مثال آماده‌سازی کریستال اکسیدها) و واکنش‌های تجزیه حرارتی (به عنوان مثال تجزیه کربنات‌ها در دمای بالا) مناسب هستند. این ظروف می‌توانند دمای پیوسته تا 1200 درجه سانتی‌گراد و دمای کوتاه‌مدت تا 1450 درجه سانتی‌گراد را تحمل کنند و دارای پایداری حرارتی عالی بوده و در برابر تغییرات ناگهانی دما (به عنوان مثال خارج کردن مستقیم از کوره دمای بالا به دمای اتاق) مقاوم هستند و ترک نمی‌خورند.

۲. پیش‌تیمار و تحلیل نمونه
تشخیص فلزات سنگین: این ظروف به عنوان وسیله هضم نمونه در دستگاه‌های جذب اتمی (AAS) و طیف‌سنجی نشری پلاسمای جفت‌شده القایی (ICP-OES) استفاده می‌شوند و قادر به مقاومت در برابر خوردگی ناشی از اسیدهای قوی مانند اسید نیتریک غلیظ و اسید فلوئوریدریک هستند و از آلودگی نمونه جلوگیری کرده و دقت اندازه‌گیری را تضمین می‌کنند.

تصفیه آلی/غیرآلی: در عملیات تقطیر، تقطیر مداوم، برگشت مایع و سایر عملیات به کار می‌رود و به ویژه برای جداسازی و تصفیه نمونه‌های با نقطه جوش بالا و خورنده قوی (به عنوان مثال، تreatment ترکیبات آلی حاوی هالوژن) مناسب است.

ظرف‌های پشتیبانی‌کننده برای آنالیز طیف‌سنجی دارای عبور نور بسیار بالایی (>90%) در محدوده طول موج 190 تا 2500 نانومتر (فرابنفش، مرئی، مادون قرمز نزدیک) هستند. این ظرف‌ها اغلب به عنوان کووت دستگاه طیف‌سنج UV-Vis و سلول‌های نمونه در طیف‌سنجی فلوئورسانس استفاده می‌شوند و امکان مشاهده لحظه‌ای فرآیندهای واکنش را بدون ایجاد تداخل در سیگنال‌های طیفی فراهم می‌کنند.

در تحقیقات بیولوژیکی و دارویی، از این مواد برای استریل‌سازی نمونه‌های بیولوژیکی در دمای بالا (به عنوان مثال، تیمار دمای بالا محیط کشت میکروبی)، آزمون پایداری داروها (شبیه‌سازی شرایط نگهداری در دمای بالا) و تشخیص خلوص واکسن‌ها و عوامل بیولوژیکی (هضم مقاوم به اسید-قلیا جهت جلوگیری از آلودگی پروتئینی/اسید نوکلئیکی) استفاده می‌شود. سطح غیرمتخلخل آن‌ها از جذب میکروبی جلوگیری کرده و مستلزم الزامات استریل بودن است.

3. حوزه‌های نوری و پزشکی
ساخت تجهیزات نوری: در کشش پیش‌ماده فیبرهای نوری و قالب‌گیری دمای بالای لنزهای نوری استفاده می‌شود. عبور بالای نور و پایداری ابعادی بالای آن‌ها، یکنواختی ضریب شکست و دقت تجهیزات نوری را تضمین می‌کند.

  
پارامترهای فنی