آون
آون (oven) هوای گرم یک وسیله آزمایشگاهی ضروری است که از گرمای خشک (هوای داغ) برای استریل کردن اشیاء و نمونه‌های آزمایشگاهی استفاده می‌کند. این نوع استریلیزاسیون به عنوان استریلیزاسیون با حرارت خشک نیز شناخته می‌شود. آون هوای گرم معمولاً برای نمونه‌هایی استفاده می‌شود که در برابر حرارت مقاوم هستند و در معرض دمای بالا ذوب نمی‌شوند، تغییر شکل نمی‌دهند یا آتش نمی‌گیرند. این آون عموماً میکروارگانیسم‌ها و هاگ‌های باکتریایی را در دمای بسیار بالا طی چند ساعت از بین می‌برد و اقلام را استریل می‌کند. استریل کردن مؤثر تنها زمانی حاصل می‌شود که دما و زمان نگهداری مناسب بسته به نوع میکروارگانیسم مورد نظر و نوع ماده استریل شده انتخاب شود. رایج‌ترین دما و زمان مورد استفاده برای استریل کردن اقلام ۱۷۰ درجه سانتیگراد به مدت ۳۰ دقیقه، ۱۶۰ درجه به مدت ۶۰ دقیقه و ۱۵۰ درجه به مدت ۱۵۰ دقیقه است.
اصل کار آون
آون بر پایه‌ی اصل استریلیزاسیون با هوای خشک از طریق همرفت (convection)، رسانش (conduction) و تابش (radiation) عمل می‌کند. عناصر گرمایشی (المنت‌ها) هوای داخل محفظه را گرم می‌کنند، که این هوا ممکن است با کمک فن‌ها به‌طور یکنواخت درون محفظه گردش داده شود تا سطوح نمونه‌ها در معرض هوای گرم و خشک قرار گیرند. این تماس باعث گرم شدن سطح بیرونی نمونه‌ها شده و از طریق فرایند رسانش، گرما به سمت مرکز نمونه منتقل می‌شود.
به‌طور مشابه، در مورد میکروارگانیسم‌ها، گرما باعث تبخیر آب درون آن‌ها شده، که منجر به آسیب اکسایشی به اجزای سلولی، دناتوره شدن پروتئین‌ها و اثر سمی ناشی از افزایش غلظت الکترولیت‌ها می‌شود و در نهایت، مرگ میکروارگانیسم‌ها را به دنبال دارد.
اجزای مکانیکی و الکتریکی آون
اجزای مکانیکی
پوشش/کابینت: پوشش خارجی از آلومینیوم یا فولاد ضدزنگ ساخته شده است که در برابر شوک‌های مکانیکی و اکسیداسیون مقاوم است. همچنین محیط داخلی را از محیط خارجی عایق کرده و از اتلاف حرارت جلوگیری می‌کند.
الیاف شیشه‌ای: فضای بین کابینت خارجی و محفظه داخلی با عایق ضخیم پشم شیشه پر شده است. دو نوع پشم شیشه وجود دارد: پشم شیشه قهوه‌ای و پشم شیشه زرد. پشم شیشه زرد نسبت به قهوه‌ای خطر کمتری دارد. پشم شیشه قهوه‌ای باعث التهاب سیستم تنفسی می‌شود، در حالی که پشم شیشه زرد باعث حساسیت پوستی می‌گردد. بنابراین توصیه می‌شود هنگام کار با آن از دستکش استفاده شود. این عایق همچنین برای جلوگیری از اتلاف گرما از داخل دستگاه به خارج عمل می‌کند.
محفظه: محفظه‌ای با شکل مستطیلی که از آلومینیوم یا فولاد ضدزنگ ساخته شده و دارای فضاهایی برای قرارگیری طبقات در سطوح موردنظر است.
طبقات (مش): این قطعات نگه‌دارنده صفحات هستند و از آلومینیوم ساخته شده‌اند. تعداد آن‌ها بسته به تعداد و اندازه اجسام، و ظرفیت آون ممکن است متفاوت باشد. هنگام قرارگیری روی ریل‌ها، با بالا بردن برخی نواحی، به حرکت هوا کمک می‌کنند. همچنین برخی طبقات ممکن است دارای سوراخ‌هایی برای تهویه باشند.
فن/دمنده موتوردار: فن توسط یک موتور هدایت می‌شود و برای توزیع یکنواخت هوای گرم درون محفظه استفاده می‌شود.
درب: درب تکی در یک سمت که روی لولاهای سنگین نصب شده است. وجود یک درزگیر آزبستی در کناره‌ها برای کاهش اتلاف گرما در هنگام کار استفاده می‌شود.
اجزای الکتریکی
منبع تغذیه: منبع تغذیه با استفاده از ترانسفورماتور 220V-50Hz و یکسوکننده انجام می‌شود.
المنت حرارتی (Heater): با عبور جریان الکتریکی از یک رسانا، حرارت تولید شده و دمای دستگاه افزایش می‌یابد. عنصر گرمایی دارای سه ویژگی اصلی است: مقاومت بالا، عایق الکتریکی و رسانایی حرارتی بالا. انواع مختلف المنت‌های مورد استفاده در آون‌های هوای گرم عبارت‌اند از:
- المنت دایره‌ای از یک طرف
- المنت U شکل از یک طرف
- المنت موج‌دار از یک طرف
- المنت مربعی از یک طرف
- المنت سه‌طرفه
- المنت چهارطرفه
المنت در دمایی بین 50 تا 300 درجه سانتیگراد عمل می‌کند.
ترموستات: یک حسگر حرارتی است که مستقیماً به المنت متصل است و می‌تواند در برابر گرمای شدید با ضریب دمایی منفی بالا مقاومت کند. این بخش به کاربر اجازه می‌دهد تا به دمای مورد نظر در آون هوای گرم دست یابد و از افزایش بیش از حد دما جلوگیری کند.
نمایشگر دما: برای تعیین دمای داخلی آون از دماسنج یا ترموکوپل استفاده می‌شود.
تایمر: ممکن است دو نوع تایمر وجود داشته باشد: الکتریکی یا مکانیکی، که می‌توانند در بازه 5 تا 60 دقیقه برای زمان‌بندی فرآیند استریلیزاسیون عمل کنند.
فیوز: فیوز برای جلوگیری از آسیب الکتریکی در اثر جریان بیش از حد در زمان اتصال کوتاه یا بار زیاد استفاده می‌شود.
کنترل پنل: ناحیه‌ای است که به کاربر اجازه می‌دهد تنظیمات مختلف مانند دما، زمان و... را کنترل کند. همچنین دارای چراغ نشانگر توان (معمولاً سبز)، چراغ نشانگر المنت (معمولاً قرمز) و کلید روشن/خاموش می‌باشد.
عملکرد آون
- آون به پریز برق متصل و روشن می‌شود.
- آون به مدت 30 دقیقه قبل از قرار دادن وسایل بر روی سینی‌ها یا قفسه‌ها، پیش‌گرم می‌شود.
- دماسنج روی زمان دلخواه تنظیم می‌شود، بسته به حجم محتویاتی که قرار است استریل شوند.
- وسایل روی قفسه‌ها بارگذاری می‌شوند (باید فاصله‌ی مناسب بین اشیاء روی سینی‌ها برای گردش مؤثر گرما رعایت شود).
- درب با بستن پیچ‌های تعبیه‌شده بسته می‌شود و سپس دما شروع به افزایش می‌کند.
- بهتر است دانش دقیقی در مورد زمان نگهداری برای استریلیزاسیون و دمای آون هوای گرم داشته باشید. دماسنج بررسی می‌شود تا مشخص شود آیا دمای مطلوب پس از مدت زمان نگهداری مشخص حاصل شده است یا خیر.
- دستگاه پس از رسیدن به مدت زمان نگهداری دما خاموش می‌شود، اجازه داده می‌شود تا خنک شود، سپس درب باز شده و نمونه‌ها با استفاده از دستکش مقاوم در برابر حرارت یا انبر برداشته می‌شوند.
- پس از خارج کردن نمونه‌ها، درب بسته می‌شود.
انواع آون
آون با همرفت طبیعی / آون با همرفت گرانشی:
این دستگاه بر اساس اصل همرفت طبیعی عمل می‌کند، که در آن هوای گرم در کف دستگاه به سمت سقف بالا می‌رود، در آنجا شروع به خنک شدن می‌کند و دوباره به سمت کف پایین می‌آید، به‌طوری که چرخه‌ی گرم و سرد شدن به‌صورت طبیعی درون دستگاه ادامه می‌یابد. این نوع دستگاه دارای توزیع یکنواخت دما نیست و برای نمونه‌های پودری مناسب است.
آون با همرفت اجباری:
آون با همرفت اجباری از یک فن یا دمنده‌ی موتوردار استفاده می‌کند تا هوای گرم را به‌صورت یکنواخت در تمام فضای داخلی محفظه پخش کند. این فرآیند باعث می‌شود که نمونه‌ها سریع‌تر گرم و خشک شوند، زیرا همواره در تماس با هوای گرم هستند.
آون با جریان جانبی هوا (Side draught oven):
این دستگاه دارای جریان یک‌طرفه هوا از یک سمت به سمت دیگر است به‌گونه‌ای که نمونه‌ها در زمان کوتاهی حداکثر جذب حرارت را داشته باشند. این نوع آون برای پیش‌گرم کردن لباس‌های پلاستیکی در بیمارستان‌ها یا ورق‌ها و صفحات صاف ایده‌آل است.
کاربردهای آون
- برای استریلیزاسیون تجهیزات آزمایشگاهی مانند ظروف شیشه‌ای (ارلن، پیپت، پلیت پتری و لوله‌های آزمایش)، محیط‌های کشت، اقلام فلزی (پنس، کاردک، اسکالپل، قیچی)، ترکیبات غیر فرار (پودر روی و نشاسته، سولفونامید) و سایر موادی که حاوی روغن هستند استفاده می‌شود.
- می‌توان از آن برای آزمون مواد غذایی، محصولات دارویی و سایر مواد مصرفی استفاده کرد تا پایداری دمایی آن‌ها در طول مدت ماندگاری بررسی شود.
- می‌توان از آن در محیط‌های تحقیقاتی در حوزه‌های زیست‌شناسی، شیمی و علم مواد استفاده کرد.
- برای عملیات حرارتی و خشک‌کردن نمونه‌ها مانند فلزات، آلیاژها، خاک و سایر مواد نیز قابل استفاده است.
ویژگی آون
- برخلاف اتوکلاو، برای اهداف استریلیزاسیون به آب نیاز ندارد.
- اقتصادی و آسان برای استفاده است.
- می‌تواند در دماهای بالاتر و سریع‌تر از اتوکلاو عمل کند.
- اندازه کوچک آون نیاز به فضای کمتری دارد و فرآیند نصب آسان‌تری دارد.
- گرمای خشک باعث خوردگی یا زنگ‌زدگی فلزات یا سایر اقلام تیز نمی‌شود.
- اندازه کوچک‌تری دارد و کار با آن راحت‌تر است.
- فشار کمتر در آن باعث ایمنی بیشتر هنگام کار می‌شود.
- غیر سمی است. هیچ‌گونه باقی‌مانده شیمیایی مضری دفع نمی‌شود.
- گرمای خشک می‌تواند به عمق اشیای ضخیم نفوذ کند، به‌طوری‌که استریلیزاسیون عمیق‌تری حاصل می‌شود.
نکاتی در حین استفاده از آون باید رعایت کرد
- فقط باید از موادی استفاده شود که با استریلیزاسیون با گرمای خشک سازگار باشند. اقلام قابل اشتعال به‌طور جدی از استریلیزاسیون در آون هوای گرم ممنوع هستند.
- اقلام باید در کاغذ یا روزنامه پیچیده شوند و در یک ظرف مقوایی یا فلزی قرار گیرند. از پنبه نیز می‌توان برای مسدود کردن لوله‌های آزمایش، بالن‌ها و پیپت‌ها استفاده کرد.
- فرد باید قبل از باز کردن درب، منتظر بماند تا دمای آون تا ۴۰ درجه سانتیگراد خنک شود. این کار از شکستن شیشه‌آلات جلوگیری می‌کند.
- باید از دستکش حرارتی یا انبر برای بیرون آوردن اقلام از آون استفاده شود.
- آون نباید بیش از حد بارگذاری شود.
- اقلام باید با فاصله مناسب روی قفسه‌ها قرار گیرند تا گردش هوای گرم بدون مانع صورت گیرد.
مشخصات کلی آون
- بدنه ساخته شده با ورق فولادی و رنگ الکترواستاتیک اپوکسی
- محفظه داخلی از جنس استینلس استیل
- دارای طبقات (سینی‌های) متحرک
- سیستم گردش هوا برای یکنواختی تمام زوایای داخلی محفظه
- دارای سیستم محافظ که در صورت اشکال در سیستم کنترلر، دستگاه را خاموش می‌کند تا آسیبی به نمونه و دستگاه وارد نشود
- دمای کاری از محیط تا ۲۰۰ درجه سانتیگراد و مدل سفارشی تا بالای ۲۰۰ درجه سانتیگراد
- شروع کار مجدد خودکار پس از قطع برق
- دارای تایمر قابل تنظیم
- دقت دمای ±۰.۵ درجه سانتیگراد
- کنترلر دما و زمان تک حافظه‌ای قابل تنظیم (برای دستگاه‌های معمولی)
- شیب و ۱۲ حافظه قابل تنظیم (برای دستگاه‌های قابل برنامه‌ریزی) جهت استفاده در دما و زمان‌های مختلف