Однією з найбільш часто проводяться в лабораторіях операцій є нагрівання. В сучасних лабораторіях для цієї мети найчастіше використовуються прилади з електричним обігрівом, а носієм тепла є рідина або повітря.
До електронагрівальним приладів відносяться різного роду плити, печі, колбонагреватели, пісочні і водяні бані, термостати, сушильні шафи та пристрої.
У цьому розділі ми не будемо торкатися звичайних плит і плиток, різного роду печей, колбонагревательных пристроїв, призначення та принцип користування якими добре відомі і опис яких докладно зроблено в ряді популярних посібників [7, 13, 50], а також термостатирующей апаратури спеціального призначення, яка описується в розділі II.
У деяких випадках при підготовці для роботи лабораторного посуду, піпеток та іншого лабораторного скла термічна обробка сухожаровым способом, тобто використання сухого нагрітого повітря, у багато разів ефективніше, ніж стерилізація в автоклавах, у яких температура значно нижче. Крім того, після автоклавування вбиті мікробні клітини, що залишилися на лабораторному посуді, можуть при наступних мікроскопічних дослідженнях призвести до помилок. Тому повне згоряння органічних речовин, зокрема клітин, може бути досягнуто найбільш ефективно при використанні сухожарового способу стерилізації, при якому температура може бути піднята до +200, +500°С.
У найбільш поширених конструкціях сушильних шаф надходить ззовні повітря прогрівається електронагрівачами, розташованими в стінках або на дні шафи, і виходить через отвір у верхній частині шафи (величину отвору можна регулювати) або циркулює по калорифера (системі труб, що забезпечує рівномірний розподіл гарячого повітря). Шафи забезпечуються термометрами і терморегулюючі пристроями, за допомогою яких можна регулювати в широких межах температуру всередині шафи.
Існує величезна кількість найрізноманітніших конструкцій і форм високотемпературних сушильних шаф, які випускаються вітчизняної промисловістю, так і багатьма закордонними фірмами. Для підтримки температури в заданих межах ці прилади оснащені терморегуляторами.
Терморегулятори, пристрої для автоматичного підтримання температури на заданому рівні, що застосовуються в термостатах, сушильних шафах, водяних банях. Найпростішим терморегулятором є біметалічний терморегулятор двохпозиційного типу, в якому чутливим елементом є вигнута біметалева пластинка або спіраль, закріплена в утримувачі. При зміні температури кінець пластинки (спіралі) переміщується, замикаючи контакти електричного кола виконавчого механізму.
Більш складним є об'ємний терморегулятор - ртутний контактний термометр, в якому ртуть при досягненні заданої температури замикає або розмикає контактний пристрій терморегулятора. Встановлення контактів на необхідну температуру проводиться за допомогою магніту, встановленого у верхній частині терморегулятора.
У деяких приладах застосовуються об'ємні терморегулятори, з чутливою системою, що складається з сильфона, врівноваженого пружиною, що містить рідина з низькою температурою кипіння. При зміні температури змінюється тиск в сильфоне, що викликає його подовження або вкорочення і відхилення виконавчого органу, наприклад клапана вентиля або повзунка з контактами, ковзаючими по опору, включеному в плече моста. При цьому порушується його баланс і нульове реле, що управляє виконавчим механізмом, що приводить в дію регулюючу систему.
Нижче описуються деякі найбільш поширені й перспективні моделі сушильних шаф, термостатів та ін апаратури, технічні характеристики яких наведені в табл. 1.
Сушильна шафа прямокутний електричний ШС-40М [43]. Шафа може встановлюватися на столі або на підставці з ніжками. Робоча камера шафи обігрівається чотирма основними нагрівальними елементами, розташованими на дні камери, і двома додатковими, що знаходяться на задній стінці камери. Всередині робочої камери шафи встановлюються три знімних лотка, на яких містяться коробки-сітки для посуду. Для автоматичного регулювання температури шафа має терморегулятор.
Сушильна шафа електричний круглий 2В-151 [42] складається з циліндричного корпусу, підставки, робочої камери. Всередині робочої камери встановлюється полку, а вище і нижче її - дві скриньки, на які укладається посуд.
Промисловість країн народної демократії випускає різні варіанти сушильних шаф та термостатів. Добре відома в нашій країні продукція чеського народного підприємства Хирана.
Шафа сушильна лабораторна типу СУШ 9/II фірми «Хирана» [63]. Сушильна шафа підлогового типу з двома дверцятами. Робоча камера розділена всередині на дві частини, в кожній з яких на бічних стінках є напрямні планки. На планках поміщаються металеві сітки для укладання матеріалів для сушіння або суховоздушной стерилізації. Робоча камера полірованої сталі вбудована в корпус шафи. Корпус сталевий, покритий емаллю. Вентилятор, поміщений під нагрівальними елементами, всмоктує повітря через верхнє отвір в робочій камері, простягає його через нагрівальні елементи, де він прогрівається і надходить у камеру.
Спеціальним важелем можна змінювати циркуляцію гарячого повітря: при сушінні вологих предметів вологе повітря може виводитися назовні. Підігрів до заданої температури досягається приблизно через 30 хв.
У верхній частині камери знаходиться регулятор температури, який, включаючи або вимикаючи ту чи іншу фазу нагріву, підтримує задану температуру. Регулятор температури включає нагрівачі на повну потужність при розігріві шафи або на знижену - для підтримання сталої температури.
Зручну модель великого сушильного скляної шафи типу OW-880 випускає фірма «Gallenkamp» [58]. Дверцята шафи засклені термостійким склом і дозволяють контролювати процес сушіння посуду, не відкриваючи шафи. Шафа забезпечений калорифером, завдяки чому циркулююче повітря рівномірно розподіляється всередині шафи. Зовнішній вигляд і внутрішній устрій шафи OW-800 показано на рис. 9.
Рис. 9. Великий скляний сушильна шафа OW-880.
Апарати, з допомогою яких проводиться висушування вимитої лабораторного посуду, обов'язково входять в комплект обладнання будь-якої, навіть самої маленької лабораторії.
Однією з різновидів таких пристроїв, зручних для невеликих лабораторій, є настільний двенадцатирожковый сушильний апарат WD-215, випускається фірмою «Gallenkamp» [59]. Апарат являє собою посудину циліндричної форми, всередині якого знаходиться калорифер з феном. В кришку апарату вмонтовані дванадцять рожков з дрібними отворами на кінцях, через які подається гаряче повітря. На підставі апарату є вимикач і регулятор подачі гарячого повітря. Як видно з рис. 10, з допомогою цього апарату можна сушити різноманітну лабораторну посуд - пробірки, колби, циліндри, склянки і т.п.
Рис. 10. Сушильний настільний апарат WD-215.
У число допоміжних операцій при виконанні бактеріологічних, гематологічних і гістологічних досліджень входить ряд маніпуляцій, таких, як фіксування мазків, їх фарбування, сушка, розправлення гістологічних зрізів, які займають багато часу у лаборанта.
Пристосування для розправлення і сушіння парафінових зрізів на предметних стеклах, що випускається в СРСР, являє собою простий пристрій з електронагрівачем, забезпечує і підтримує температуру, необхідну для сушіння зрізів на предметних стеклах.
Фірмою «Feinmechanik - Optik» (НДР) випускається спеціальна сушильна плита типу WP-1, для швидкої сушки мазків на предметних стеклах [18]. Сушильна плита має під робочою поверхнею резервуар, який заповнюється водою і нагрівається електронагрівниками. Об'єм резервуара - 8 л.
Значну питому вагу в лабораторному обладнанні займають термостати, в тому числі водяні, в яких необхідна температура підтримується автоматично. Найпростішим представником цього типу апаратів є термостат МТ 1,2, розроблений в Ленінградському філії науково-дослідного інституту медичного приладобудування [38] і випускається медичної промисловістю.
В робочій камері термостата можуть бути встановлені 2 штативи для пробірок (160X20 мм). При необхідності инкубируемые суміші можуть бути закриті відкидною кришкою термостата, укріпленої у верхній частині корпусу приладу.
Термостат зручний для виконання різних біологічних і біохімічних досліджень, зокрема для визначення активності ферментів.
Микротермостат МТ-03 (СРСР) призначений для термостатування малих кількостей речовин в прозорому скляному посуді циліндричної форми, ємністю 300 мл В якості нагрівального елемента в микротермостате використовується струмопровідна плівка, яка нанесена на зовнішню поверхню
скляного стакана. Струмопровідна плівка механічно міцна, стійка до вологи і органічних речовин. Загальний вигляд микротермостата МТ-03 наведено на рис. 11.
Безсумнівний інтерес представляють сучасні універсальні багатоцільові термостати (ультратермостаты), в яких температура підтримується з високою точністю. Рідинні циркуляційні термостати мають порівняно невеликі розміри, широкий робочий діапазон температур і високу точність термостатування. У більшості типів ультратермостатов терморегулювання забезпечується наявністю датчиків температури, нагрівачів різної ємності, включаються автоматично.
Рис. 11. Микротермостат МТ-03.
Ультратермостат УТ-15 являє собою циліндричний двостінний посудину з внутрішнім резервуаром на 15 л [40]. Зверху термостата закріплена панель, на якій змонтовані циркуляційний насос, електронагрівачі, трубопровід для заповнення та зливу води. Тут же розташовані отвори, в яких закріплюються термометри (контрольний і контактний) і горловина (0 160 мм) з набором кришок, дозволяють поміщати в термостат судини різних діаметрів.
При необхідності отримання температури в діапазоні від температури навколишнього середовища до 0°С використовують охолоджувач, який представляє собою теплоізольований посудину зі змійовиком, через який циркулює термостатирующая рідина. Тонке регулювання температури здійснюється завдяки наявності в приладі контактного термометра з магнітною налаштуванням.
В залежності від потреб термостат може працювати у п'яти режимах і їх комбінаціях: «на себе», всередині основного посудини, на роботу з охолоджувачем, на роботу з виносним посудиною, так званим «зовнішнім люнгуром», на роботу з охолодженням від водопровідної мережі і як занурювальний термостат. В останньому випадку панель від'єднується від електромонтажного блоку і встановлюється в іншій посудині на трьох стійках, які додаються до термостата. Зібрану на стійках панель поміщають в підготовлену ємність, яку заповнюють відповідною рідиною (вода, гліцерин, суміш води з гліцерином).
Термостатувальне занурювальне пристрій УТП-1 випускається вітчизняною промисловістю. Прилад УТП-1 має плавне регулювання температури і призначений для отримання стабільної температури при дослідженнях біологічних, хімічних, фізичних та інших процесів.
Прилад може бути використаний для забезпечення циркуляції води з постійною температурою у зовнішніх контурах. Прилад складається з блоку управління і блоку нагріву. Останній може бути легко встановлений в судинах різних форм і розмірів (рис. 12).
Рис. 12. Термостатувальне пристрій УТП-1.
Принцип дії приладу заснований на безконтактному регулювання температури за допомогою перетворювача струму і мостової схеми, розташованих у блоці управління.
Проточні водяні термостати, в тому числі комбінований термостат MLW [31], випускає фірма «Прюфгерете-Верк Мединген» (НДР). Прилад обслуговується і регулюється від одного блоку управління. До основного блоку додаються три ванни на обсяги 2,5; 7,5 та 15 л. На рис. 13 зображені всі три ванни (1, 2, 3), основний блок, змонтований на опорній плиті (4) і підставці, а також блок управління (5).
Наявність основного блоку і блоку управління, не пов'язаних безпосередньо між собою, що дозволяє використовувати термостат в будь-якій апаратурі. Для цього основний блок вставляється у відповідний отвір, закріплюється за допомогою блокувального пристрою і приєднується до блоку управління. При необхідності використовувати апарат як занурювальний, основний блок на підставці опускається у відповідну ємність.
Рис. 13. Проточні водяні термостати MLW. Пояснення в тексті.
Фірма «Massgerate Werk Lauda» [53] випускає ультратермостаты U-1 і NBE. В табл. 2 наводяться дані ультратермостатов.
Термостати сухоповітряні знаходять широке застосування при проведенні бактеріологічних, серологічних, біохімічних та багатьох інших видів досліджень. Термостати сухоповітряні, як і термостати з водяною сорочкою, випускаються рядом заводів медичної промисловості СРСР.
Термостат Ц-1281М (36] має електропідігрів, рівномірність якого забезпечується водяною сорочкою. Цей тип термостата використовується для заливки в парафін препаратів, призначених для приготування зрізів при мікроскопірованіі тканин у патологоанатомічних лабораторіях.
Термостат встановлюється на ніжках (рис. 14). Внутрішня скляні дверцята дозволяє здійснювати контроль за поміщеними в термостат препаратами, не змінюючи істотно температуру робочої камери.
Рис. 14. Сухоповітряною термостат Ц-1281.
У моделі термостата ТС-80 всі вузли розміщені і закріплені на корпусі приладу. Робоча камера виконана з листової, полірованої латуні. Термостат має двоє дверцят: внутрішню засклену і зовнішню металеву. Засклена внутрішня дверцята дозволяє проводити візуальне спостереження за ходом дослідження, суттєво не змінюючи температурний режим. В робочій камері можуть бути встановлені три полки. Датчик температури розташований у робочій камері.
Фірма «Галенкамп» (Англія) випускає універсальні большеобъемные
термостати декількох моделей. Всі вони мають високочутливі терморегулятори з малою інерційністю. Завдяки наявній вентиляційній системі всередині камери термостата здійснена рівномірна циркуляція повітря, за рахунок чого досягається незначний розкид температур в різних точках камери. Термостати забезпечені спеціальної повітряної сорочкою, через яку, в залежності від температурних умов зовнішнього середовища, може пропускатися теплий або охолоджене повітря. Такий пристрій у термостата оберігає його від перегріву при роботі в тропічних умовах. Крім того, у термостаті передбачено пристрій для подачі і рівномірної циркуляції CO2 і повітря при використанні кімнатного термостата для зростання як аеробних, так і анаеробних мікробів.
Основні характеристики водяних і повітряних термостатів, водяних бань, сушильних шаф, апаратів для сушіння посуду та препаратів систематизовані в табл. 1.
