真空泵是各個實驗室和各種化學應用設備的關鍵部件，使用特定系統來優化工藝和維持樣品完整性時，選擇合適的真空泵，需要考慮多個因素。
藥品開發業務費用巨大，在整個過程中，對於提高工藝可靠性和縮短停頓時間的需求一直在不斷增長。鑒於樣品的完整性是至關重要的，實驗室設備的科學家和製造商都在不斷尋求改進措施，這包含評估工藝各個階段所使用的設備。
真空泵是各個實驗室和各種化學應用設備的關鍵部件，應用包括凝膠乾燥器(geldryer)、旋轉蒸發、真空烘箱、離心濃縮和蒸發、真空過濾、蒸餾和萃取器、冷凍乾燥和質譜分析等。
油封旋片泵（OSRVP）經過多年的實踐驗證，已經在實驗室成功應用了數十年，但作為「濕式」技術，它們要求定期維護和換油，因此具有一定的局限性。最新的開發成果帶來了乾式真空泵，渦旋泵便是其中的一個代表。尤其是那些採用內置波紋管架構，在真空環境中沒有潤滑劑的渦旋泵。這種分化提供了兩項明顯的優勢：首先，真空環境以及工藝本身不會被泵軸承中的油脂污染；其次，軸承不會被工藝污染，從而延長了泵的使用壽命。由於在渦旋泵中沒有使用油，也就不需要在使用后處理廢油，當然也不會有漏油。
這些泵一般稱為初級泵，通常抽速為幾個m3/hr至50m3/hr。它們工作壓力範圍從大約0.01至1000mbar，並且可直排大氣。
渦輪分子泵是二級泵，與初級泵結合使用。這種情況下，初級泵充當前級泵或粗抽泵。
渦輪分子泵在分子流態下運轉，並可得到更好的極限真空，通常為10-8到10-10mbar。然而，在典型的實驗室應用中，它們的工作壓力範圍一般為10-2到10-8mbar，並且抽速範圍從50到500l/s。
當評估真空泵時，關鍵考慮事項應當包括真空性能(速度、壓縮比、功率)、環境影響、維護周期和對油的要求（若有）。本文概述了各種抽空技術，並為科學家提供了選擇最適合其應用的真空泵的指南。
選泵需要考慮的因素
為了解何種真空泵最適合您的應用，需要考慮多種因素：
抽氣能力
這指的是泵的標稱抽速，或更重要的是，在標稱工藝壓力下的目標工藝氣體的抽氣量。
然而，如前所述，像質譜分析等一些應用，要求更高的真空度，在這種情況下，通常使用渦輪分子泵加前級泵的泵組。在某些配置中，幾個相互聯通的腔室需要同時抽空。這可以通過使用多個單獨的渦輪分子泵和/或單個多入口分子泵來實現，而多入口分子泵通常有兩個(或更多)入口且可以同時抽取幾個不同的腔室(採用不同的流量和壓力)。
可靠性、維護和最終用戶服務能力
現代工藝要求泵可以長時間不停頓工作，因為停機代價是非常昂貴的，所以使用可靠的高質量設備是至關重要的。
同時，需要真空泵維護簡單並且可以最大程度延長維護周期。最終用戶能夠簡便且迅速地對泵進行日常維護，實現最長的正常運行時間並減少維護成本。
環境和清潔
實驗室清潔是極為重要的，因為工藝污染會導致昂貴的樣品損耗。因此已開發了乾淨的、無油的泵來解決這些問題。
泵的類型
在下文中將會提到，目前有多種不同類型的高性能真空泵可以被使用。粗初泵如旋片泵和渦旋泵提供了至10-2mbar的極限真空並可在某些應用中單獨使用。它們也可以用作前級(粗抽)泵，與次級泵結合使用，建立用於質譜分析等應用的更高水平真空。
濕泵
採用油封結構的泵，如油封旋片泵，它們使用油來潤滑、冷卻和密封。在任何濕泵中液態油和油蒸汽共存於真空空間內。
油封旋片泵(OSRVP)有許多益處，因為它們可以良好的極限真空、較高的抽速、並且在運轉中相當安靜，它們也相對廉價。然而，因為這類泵含油，需要頻繁的維護(因為油會隨時間而被消耗和變質)，這對於要求設備可以連續運行是極其重要的。換油可能是頻繁的，且必須按照製造商的說明來操作。使用油封式旋片泵，不僅油可能會污染工藝材料，而且工藝材料也會污染油，取決於工藝材料本身的性質，可能使得它難以被處理。這些泵需要進行配置(例如使用氣鎮、油霧過濾器和回油裝置)來最好地配合其抽空。
干泵
相比之下，干泵沒有密封液，而且被抽腔體不會有油污染，因此帶來了數項重要的優勢。因為真空環境下沒有潤滑劑，因此不需定期換油，從而減少了維護需求。渦旋干泵的維護需求極低：根據工藝應用的不同，每12至24個月更換端封，更換時間取決於泵的設計和製造商，基本上在20分鐘到兩個小時之間。大修的周期為四到五年，通常在大修時更換泵的軸承。
干泵還可將環境影響減到最低，且用戶不存在處理廢油的成本。
Edwards創新的XDS為渦旋干泵，其設計採用波紋管將軸承與真空隔離開，因而軸承、軸承吹掃、油脂或油不會與真空環境接觸。軸承防塵圈(波紋管)也保護軸承免受任何工藝材料的污染。
應用：離心濃縮機中的真空
真空泵對於許多科學應用是至關重要的。例如，在藥品研究的前期開發和發現階段，科學家使用離心濃縮機從化合物中去除溶劑。真空泵是這一製程的組成部分，因為它降低了製程壓力，因此降低了溶劑沸點，從而提高了製程的效率。真空泵也用於安全地去除溶劑——溶劑蒸汽被抽走，傳送至冷阱中，進行安全的冷凝和處理。
可調節的氣鎮可以處理可凝性蒸汽，使得渦旋泵的應用擴展至許多先前不適合傳統渦旋泵的應用範圍。XDS泵設計用於可抽取可凝結的蒸汽，並已在涉及腐蝕性化學品的實驗室應用中證明了它的性能。即使在充滿溶劑的環境中，它也可提供可靠的性能，是各類濕化學法實驗室應用的理想之選。在XDS產品系列中，XDS35i具有高達35m3/hr的速度，XDS10提供的抽速高達10m3/hr，較小的XDS5提供最高為5m3/hr的速度。在離心濃縮機和旋轉蒸發儀等設備中，這些產品實現了溶劑的高抽氣量和快速蒸發。最近，XDS46i泵和XDS100B渦旋增壓泵已經加入到產品組合中，後者與另一渦旋泵(XDS46i或XDS35i)結合使用，可提供最高100m3/hr的抽速。而且，這些堅固的泵在運轉期間安靜，散熱也相對較低。
超高真空泵
在某些應用中(包括電子顯微鏡分析和質譜分析)必須具有高於10-7mbar的真空。常用來實現高/超高真空的泵包括渦輪分子泵、低溫泵、離子泵和升華泵。渦輪分子泵是達到這些壓力水平的理想抽空設備，因為它們的結構意味著其在這些壓力範圍之內通常具有更高的效率，超過其它的超高真空(UHV)泵。
Edwards在此領域中的最近創新成果是nEXT渦輪分子泵，可以提供高和超高真空性能，並提供最高至400l/s（N2）的抽速。
nEXT渦輪分子泵在緊湊的體積內使用創新技術來提供高性能、高可靠性以及簡便的維護。該泵同時具有綠色模式，可幫助用戶減少其碳排放量並節約能源成本。nEXT泵的重要創新是新穎的緊湊式金屬彈簧減震器來支持泵下端的軸承。這顯著減少了來自轉子葉片傳送至泵殼體上的振動，因而泵在生產或維護后無需動平衡。它也使得用戶能夠不將泵從設備上拆下來便可以進行維護，把停機時間縮減到最短並顯著降低運營成本。這是nEXT泵提供的主要優勢，而其它的渦輪分子泵通常需要送回到服務中心來維護。
Edwards的nEXT泵也可提供選配型款，適合于敏感的電子顯微鏡應用。對於這些應用，L選配型泵具有更低的振動特徵和較少的磁場輻射水平。
該泵尺寸緊湊且殼體採用幾乎為正方形的外截面設計，允許以極近距離放置多個泵。nEXT系列可集成一個再生級的增壓抽氣口，並可獲取額外的抽氣能力。
可以按兩種截然不同的方法使用增壓抽氣功能，有時也可結合使用。首先，機構可耐受較高的前級壓力，因此可以使用較小容量的前級泵。其次，可以使用增壓抽氣口來抽取工藝室，而該腔室先前必須使用一個單獨的粗初泵。因此，可以使用一台12m3/hr泵來替換先前必需的30m3/hr的前級泵，從而減少整個真空系統的尺寸、功率和成本。對於典型的前級泵，節能可達400W水平。這項節能顯著減少了直接運行設備的使用成本，例如，使用較低的功率來驅動它，並減少前級泵的散熱量，從而減少空調系統對於泵冷卻的運營成本。
結論
真空泵是設備至關重要的部分，在許多科學應用中，使用特定系統來優化工藝和維持樣品完整性時，選擇合適的真空泵，需要考慮多個因素。
在決定何種真空泵是最佳解決方案之前，最重要的是應該全面考慮工藝應用要求並且尋求專家的建議。尤其在抽取易燃和其它危險材料時，這一點更加重要。
Edwards是研發和製造真空泵、真空測量和系統的領導廠商，產品經專門設計以應對不斷演進的實驗室和科學應用的挑戰。Edwards公司在科學應用領域裡擁有超過30年的豐富經驗，對於真空在每個階段所扮演的角色有著深入了解。這些經驗結合創新的技術與協作的製造，能夠幫助客戶降低成本同時增強性能。
本文作者是Edwards公司全球應用經理AndrewChew博士和科學儀器部全球市場經理IanOlsen。
