بن ماری آزمایشگاهی
بن‌ماری (Water Bath) به‌جای شعله باز در هنگام گرم‌کردن مواد قابل اشتعال ترجیح داده می‌شود. این وسیله برای امکان‌پذیر کردن برخی واکنش‌های شیمیایی در دماهای بالا به کار می‌رود. یک مخزن بزرگ پر از آب گرم، ساختار اصلی یک بن‌ماری را تشکیل می‌دهد. این دستگاه در ترکیب‌های طراحی، اندازه‌ها و ابعاد مختلف ساخته می‌شود. ظرفیت مخزن یک بن‌ماری آزمایشگاهی برای مدل استاندارد بین ۱۲ تا ۳۲ لیتر و برای مدل بزرگ بین ۵۰ تا ۱۰۰ لیتر است. بیشتر بن‌ماری‌ها دارای رابط دیجیتال یا آنالوگ هستند که کاربر می‌تواند از آن برای تنظیم دمای دلخواه استفاده کند. در مقابل، برخی بن‌ماری‌ها مجهز به حسگری هستند که با استفاده از جریان الکتریکی دما را کنترل می‌کند. ویژگی دیگر برخی بن‌ماری‌ها وجود شیکر است که برای همگن‌سازی محلول آزمایش کاربرد دارد.این وسیله بیشتر در آزمایشگاه‌های بالینی و میکروبیولوژی، آزمایشگاه‌های دانشگاهی، تحقیقات محیط‌زیست و حتی فناوری مواد غذایی برای گرم‌کردن معرف‌ها، ذوب نمونه‌ها، آزمون‌های خوردگی و بررسی‌های باکتریولوژیک و سایر کاربردها مورد استفاده قرار می‌گیرد. بن‌ماری ابزاری است که برای عملکرد خود به تجهیزات پشتیبان نیاز دارد. در آزمایش‌هایی که شامل استفاده از بن‌ماری هستند، معمولاً از دستگاه انکوباتور، میکروپیپت، سانتریفیوژ و آون آزمایشگاهی نیز استفاده می‌شود.
اجزای دستگاه بن ماری
- مخزن (Container)
مخزن یک بن‌ماری آزمایشگاهی از فلز عایق‌دار، مانند استیل ضدزنگ، ساخته می‌شود. نمونه‌های آزمایش به مدت طولانی در آب گرم داخل این مخزن نگهداری می‌شوند. - درب مخزن (Container lid)
عمدتاً از فلز عایق‌دار یا شیشه مقاوم به حرارت ساخته می‌شود. درب، مخزن را پوشانده و از تبخیر آب جلوگیری می‌کند. - هیت ر (Heater)
در یک بن‌ماری آزمایشگاهی، حسگرهای دما به‌عنوان هیتر به کار می‌روند تا گرما ایجاد کنند. - دماسنج (Thermometer)
برای سنجش دمای بن‌ماری استفاده می‌شود. این دماسنج ممکن است به‌صورت داخلی تعبیه شده یا به‌صورت جداگانه اضافه شود. - ترموستات یا رگولاتور (Thermostat or regulator)
به حفظ دمای ثابت در بن‌ماری کمک می‌کند. - پروانه یا دستگاه همز ن (Propeller or stirrer device)
در بن‌ماری‌های گردش‌دهنده آب وجود دارد و به گردش آب در داخل دستگاه کمک می‌کند. - خروجی (Outlet)
به تخلیه آب از مخزن کمک می‌کند. - چراغ نشانگر (Indicator light)
باید در هر بن‌ماری وجود داشته باشد. زمانی که چراغ روشن است، بن‌ماری در حال گرم شدن است. وقتی دستگاه به دمای مورد نظر برسد، چراغ خاموش می‌شود تا آن دما حفظ شود.
روش کار با بن‌ماری
- اطمینان حاصل کنید که دستگاه تمیز است و شاخص دما طبق تاریخ مقرر کالیبره شده است.
- دوشاخه را به منبع برق متصل کنید.
- مطمئن شوید که آب داخل بن‌ماری عمق کافی برای غوطه‌ور شدن المنت گرمایی دارد.
- منبع تغذیه اصلی دستگاه را روشن کنید.
- برای تنظیم دمای دلخواه، کلید SET را فشار دهید. دما را می‌توان با فشار دادن یکی یا هر دو دکمه مربوطه تغییر داد.
- با استفاده از یک دماسنج کالیبره، دما را تأیید کنید.
- حسگر دما هر بار که از بن‌ماری استفاده شود، دمای تنظیم‌شده را حفظ خواهد کرد.
- پس از اتمام کار، منبع تغذیه اصلی و برق دستگاه را خاموش کنید.
- بعد از استفاده، دستگاه را کاملاً خشک کرده و سپس درب آن را جایگزین کنید.
انواع بن‌ماری
- بن‌ماری شیکردار (Shaking Water Bath)
ویژگی شیکردن در این نوع بن‌ماری، جریان مایع را با دقت بیشتری کنترل می‌کند. یک کلید روشن/خاموش عمل شیکردن را کنترل می‌کند. در تکنیک‌های میکروبیولوژی، شیکردن منظم باعث می‌شود کشت‌های سلولی مایع به‌طور مداوم با هوا مخلوط شوند. ویژگی‌های بن‌ماری شیکردار شامل کنترل دمای بسیار دقیق، تنظیم آسان دما، نمایش دقیق و شفاف، و عملکرد عالی و قابل اعتماد است. برای مشاهده آسان‌تر آزمایش‌ها، در بخش کار نورپردازی تعبیه شده است. کابین دارای فن و واحد همرفت اجباری برای پخش یکنواخت‌تر گرما است.
برخی از مزایای اصلی این نوع بن‌ماری شامل کاربری آسان با صفحه‌کلید، تخلیه ساده مخزن، فرکانس‌های شیکردن قابل برنامه‌ریزی و غیره است.
- بن‌ماری گردشی (Circulating Water Bath)
به «بن‌ماری همزن» نیز شناخته می‌شود. در بن‌ماری‌های گردشی، آب به‌طور مداوم در گردش است. همزن‌ها یا بن‌ماری‌های گردشی برای کاربردهایی مناسب‌اند که نمونه‌ها باید دمای یکنواخت و ثابتی داشته باشند. بن‌ماری گردشی با استفاده از جریان پیوسته آب، به‌طور کارآمد و قابل اعتماد دماهای مورد نیاز برای خنک‌سازی یا گرم‌کردن نمونه‌ها و معرف‌ها را به دست آورده و حفظ می‌کند. این ویژگی امکان گرم‌کردن یا خنک‌کردن سریع نمونه‌ها در یک بازه دمایی وسیع را فراهم می‌آورد. آزمایش‌های آنزیمی و سرولوژیکی از جمله کاربردهای آن هستند. گردش مناسب آب در این دستگاه، به پایداری بیشتر دما منجر می‌شود. - بن‌ماری غیرگردشی (Non-circulating Water Bath)
این نوع بن‌ماری‌های آزمایشگاهی به‌جای ایجاد گرمای یکنواخت، بر مکانیسم همرفت طبیعی متکی هستند. در نتیجه، توانایی بن‌ماری در کنترل دما کمتر دقیق است. می‌توان وسایل جانبی برای همزدن آب به آن اضافه کرد تا انتقال حرارت بهبود یابد. بن‌ماری‌ها تا دمای ۹۹٫۹ درجه سانتی‌گراد ایمن هستند. هنگامی که دما بالاتر از ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد باشد، باید از جایگزین‌ها استفاده کرد. - بن‌ماری پلی‌کربنات (Polycarbonate Water Bath)
در داخل این بن‌ماری، یک سیستم گرمایش کنترل‌شده وجود دارد. مخزن از پلی‌کربنات شفاف ساخته شده و دمای آن می‌تواند به ۱۰۰ درجه فارنهایت برسد. اگر بخواهید می‌توانم این متن را به‌صورت جدول مقایسه انواع بن‌ماری با ستون‌های «نوع»، «ویژگی‌ها»، «کاربردها» و «مزایا» آماده کنم تا مطالعه‌اش راحت‌تر شود.
بن‌ماری آنالوگ و دیجیتال
بن‌ماری آنالوگ (Analog water bath)
ساده‌ترین نوع بن‌ماری، نوع آنالوگ آن است. این مدل مقرون‌به‌صرفه و استفاده از آن آسان است، اما چند محدودیت دارد. نخست این‌که دقت بن‌ماری آنالوگ کمتر از بن‌ماری دیجیتال است. علاوه بر این، فاقد صفحه‌نمایش است، بنابراین دمای واقعی آب قابل مشاهده نخواهد بود.
مکانیزم عملکرد بن‌ماری آنالوگ
هنگامی که دستگاه به منبع تغذیه متصل می‌شود، چراغ اصلی روشن می‌شود. سپس جریان برق به ترموستات منتقل می‌شود. از ترموستات، جریان به هیتر غوطه‌ور در آب هدایت می‌شود. اگر دمای آب کمتر از حد تعیین‌شده باشد، ترموستات اجازه عبور جریان از المنت گرمایی را می‌دهد و در نتیجه آب شروع به گرم‌شدن می‌کند. زمانی که دمای آب به حد تعیین‌شده برسد، ترموستات قطع شده و جریان به المنت نمی‌رسد. سپس دمای آب شروع به کاهش می‌کند و چراغ نشانگر گرمایش نیز خاموش می‌شود.
بن‌ماری دیجیتال (Digital water bath)
یک نسخه پیشرفته از بن‌ماری آنالوگ است. قیمت آن بسیار بالاتر است، اما استفاده از آن همچنان آسان است. این مدل دقت بیشتری دارد و همچنین مجهز به صفحه‌نمایشی است که به کاربر امکان می‌دهد دمای واقعی آب داخل بن‌ماری را مشاهده کند.
مکانیزم عملکرد بن‌ماری دیجیتال
در این مدل، رله حالت جامد (SSR) و کنترل‌کننده PID با هم، هیتر غوطه‌ور در آب را کنترل می‌کنند. اگر دمای آب کمتر از مقدار تعیین‌شده باشد، کنترل‌کننده ولتاژ DC مشخصی را به رله ارسال می‌کند. رله روشن شده و جریان AC را به المنت گرمایی می‌رساند و در نتیجه هیتر شروع به گرم‌کردن آب می‌کند. زمانی که دمای واقعی آب به مقدار مطلوب نزدیک شود، کنترل‌کننده PID به‌طور مداوم رله را روشن و خاموش می‌کند، بنابراین المنت به‌صورت چرخه‌ای ON و OFF کار می‌کند. به این ترتیب، بن‌ماری نتیجه‌ای با دقت بالا و حداکثر خطای ±۱ درجه سانتی‌گراد ارائه می‌دهد.
سنسور دمای آب را با استفاده از آشکارساز دمای مقاومتی (RTD) اندازه‌گیری کرده و آن را به مقدار مقاومت تبدیل می‌کند. این سیگنال به کنترل‌کننده ارسال شده و کنترل‌کننده آن را با مقدار از پیش تعیین‌شده مقایسه می‌کند.
کنترل‌های یک بن‌ماری آزمایشگاهی
کنترل‌کننده دما (Temperature controller)
کنترل‌کننده دما، چه دیجیتال باشد و چه به‌صورت ولومی (Dial)، یک ویژگی استاندارد در تمام بن‌ماری‌ها است.
کنترل‌کننده ایمنی (Safety controller)
کنترل‌کننده ایمنی معمولاً در بالای کنترل‌کننده دما یا متصل به چراغ نشانگر در بیشتر بن‌ماری‌ها قرار دارد. کنترل‌کننده ایمنی به تعیین بیشترین دمایی که بن‌ماری باید به آن برسد کمک می‌کند. اگر به هر دلیل دمای بن‌ماری به مقداری که کنترل‌کننده ایمنی تعیین کرده برسد، چراغ ایمنی روشن می‌شود. حتی با وجود تنظیم دمای بالاتر، بن‌ماری نمی‌تواند دمایی بیش از مقدار تعیین‌شده توسط کنترل ایمنی را کسب کند.
کنترل‌کننده شیکردن (Shaking controller)
این بخش می‌تواند امکان افزایش، کاهش یا فعال‌کردن عملکرد شیکردن را فراهم کند.
کاربرد بن ماری
- برای گرم‌کردن معرف‌ها، ذوب بستر (سابستریت) یا انکوباسیون کشت سلولی قابل استفاده است.
- بن‌ماری منبع حرارتی ترجیحی برای گرم‌کردن ترکیبات قابل اشتعال است، زیرا امکان انجام برخی واکنش‌های شیمیایی در دماهای بالا را فراهم می‌کند.
- بهبود حلالیت ترکیباتی که حلالیت کمی دارند.
ویژگی بن ماری
- شعله چراغ الکلی ممکن است به دماهای چند صد درجه سانتی‌گراد برسد. در صورتی که ماده به طور مستقیم توسط شعله چراغ الکلی در آزمایش گرم شود، فرآیند ذوب نمی‌تواند به‌خوبی مشاهده یا ثبت شود. نمونه در بن‌ماری آزمایشگاهی به‌صورت یکنواخت گرم می‌شود و از شدت بیش از حد حرارت مستقیم و نوسانات غیرقابل کنترل دما جلوگیری می‌کند.
- بن‌ماری‌ها سطح تماس بزرگ‌تری دارند که اجازه می‌دهد نمونه‌ها سریع‌تر گرم شوند.
- حتی اگر چندین نمونه به طور همزمان گرم شوند، احتمال تغییرات دمایی بسیار کم است زیرا بن‌ماری‌ها ظرفیت حرارتی زیادی دارند و حرارت را به خوبی نگه می‌دارند.