Mieszadło magnetyczne - budowa, działanie i zastosowanie

Powiązane wpisy

Spis treści

Mieszadło magnetyczne - co to za urządzenie?

Mieszadła magnetyczne to laboratoryjne urządzenia przeznaczone do bezkontaktowego mieszania cieczy w kolbach, zlewkach czy probówkach. Działają na zasadzie wirującego pola magnetycznego, które wprawia w ruch umieszczony w próbce obracający się magnes (tzw. mieszadełko lub dipol). Jest to wygodna metoda mieszania, szczególnie gdy potrzebujemy pracować z zamkniętymi naczyniami lub bardzo małymi objętościami cieczy. W praktyce wystarczy wlać roztwór do naczynia, zanurzyć w nim pokryte chemicznie inertną powłoką mieszadełko (np. z PTFE) i umieścić naczynie nad płytą urządzenia – wówczas zmienne pole magnetyczne sprawia, że mieszadełko wiruje wokół własnej osi i mieszanka uzyskuje jednorodną konsystencję.

Krótka lekcja historii

Pierwszy patent na urządzenie wykorzystujące pole magnetyczne do mieszania (opisane jako „elektryczny mikser do napojów”) został udzielony w USA już w 1917 roku Richardowi H. Stringhamowi. W latach 40. XX wieku Arthur Rosinger opatentował mieszadło magnetyczne z powłoką chemicznie obojętną (wspominał o pokrywaniu magnesu plastikiem lub szkłem). Wcześniej, niezależnie w późnych latach 40. – szkocki inżynier Edward McLaughlin nazwą „flea” (co dosłownie oznacza „pchełka”) określił właśnie wirujące małe magnesiki, ponieważ podczas pracy potrafią „skakać” w cieczy przy zbyt szybkiej prędkości obrotowej. W kolejnych dziesięcioleciach mieszadła magnetyczne stały się standardowym wyposażeniem laboratoriów: w latach 50. i 60. pojawiały się ich wersje zintegrowane z płytami grzewczymi umożliwiające jednoczesne podgrzewanie i mieszanie. Dziś spotyka się bardzo zróżnicowane modele. Od prostych stołowych mieszadeł bez grzania po zaawansowane urządzenia cyfrowe mieszające kilkanaście litrów cieczy jednocześnie.

Budowa i zasada działania

Podstawowymi elementami mieszadła magnetycznego są stabilna podstawa (z obrotową płytą lub cewkami generującymi pole magnetyczne), silnik elektryczny oraz wymienne mieszadełko-magnes. Mieszadełko, najczęściej w kształcie małej obrotowej pigułki, jest pokrywane chemicznie obojętnymi materiałami (np. teflonem, szkłem), aby nie reagowało z mieszanym roztworem. W nowszych konstrukcjach steruje się szybkością obrotów (zwykle od kilkudziesięciu do kilkunastu tysięcy obrotów na minutę), co pozwala uzyskać wir odpływowy w ciekłej próbce. Warto zwrócić uwagę, że właściwe dopasowanie rozmiaru mieszadełka do objętości naczynia jest ważne, ponieważ zbyt duże bądź zbyt małe mieszadełko może prowadzić do nierównomiernego mieszania lub przelania cieczy.

W porównaniu z tradycyjnymi mieszadłami mechanicznymi urządzenia magnetyczne mają wiele zalet: nie mają ruchomych części wystających na zewnątrz, dzięki czemu są cichsze i bardziej niezawodne. Mała wielkość samego mieszadełka ułatwia czyszczenie i sterylizację sprzętu, a dodatkowo nie wymaga ono smarowania, co eliminuje ryzyko zanieczyszczenia chemicznego próbki. Mieszadła magnetyczne mogą działać stabilnie w szerokim zakresie temperatur (jeśli są podłączone do płyty grzewczej), a niektóre modele wyposażono w czujniki temperatury i precyzyjne panele sterowania.

Zastosowania w laboratoriach i przemyśle

Na zdjęciu widoczne jest mieszadło magnetyczne wielostanowiskowe

Ze względu na prostotę użycia i skuteczność, mieszadła magnetyczne są powszechnie stosowane w laboratoriach chemicznych, biologicznych, medycznych i analitycznych. Umożliwiają mieszanie reakcji chemicznych w szczelnie zamkniętych kolbach bez konieczności stosowania skomplikowanych uszczelek, co jest często wymagane np. w syntezie chemicznej czy analizach instrumentalnych. Są one szczególnie przydatne przy przygotowywaniu roztworów, titracji, hodowli komórek czy namnażaniu kultur mikrobiologicznych (np. mieszanie podłoży płynnych), ponieważ zapewniają równomierne rozprowadzenie składników i gazów w całej objętości. Specjalne wersje mieszadeł wolnoobrotowych wykorzystywane są także w kulturach komórkowych z mikro-krążkami (microcarriers), gdzie delikatne mieszanie zapobiega zbijaniu się komórek w grudki.

W przemyśle, mieszaniny o małej objętości mieszane są za pomocą skalowanych modułów mieszadeł magnetycznych. Przykładowo niektóre zaawansowane modele mogą mieszać jednocześnie nawet od kilkunastu do kilkudziesięciu litrów cieczy przy temperaturach grzania rzędu kilkuset stopni. Pomimo ograniczeń objętościowych (przy objętościach powyżej ~4 litrów zwykle stosuje się mechaniczne mieszadła przemysłowe), urządzenia magnetyczne spotyka się także w przetwórstwie chemicznym, farmaceutycznym i spożywczym. Znane są na przykład systemy wielopłaszczyznowe czy płytowe mieszadła do równoczesnego przygotowywania wielu próbek (stacje wielopozycyjne) z zsynchronizowanym mieszaniem kilku zlewek naraz.

Ciekawostki i fakty o mieszadle magnetycznym

  • Globalna skala rynku – Wartość globalnego rynku urządzeń mieszających (w tym mieszadeł magnetycznych) wyniosła ok. 1,9 mld dolarów w 2023 roku, a analitycy prognozują wzrost do 2,5 mld dolarów w 2032 r.. Pokazuje to, jak istotnym narzędziem stały się mieszadła magnetyczne we współczesnych laboratoriach na całym świecie.
  • „Skacząca fasolka” – Doświadczeni technicy często znają zabawne zjawisko gwałtownych skoków mieszadełka w naczyniu. Gdy pole magnetyczne zmienia się zbyt gwałtownie lub ustawiona jest niewłaściwa prędkość, mieszadełko „wyskakuje” ze środka wiru i odbija się o ścianki – przypominając w ruchu „skaczącą fasolkę”. Pokazuje to, że prawidłowe dobranie obrotów i wielkości mieszadełka jest kluczowe przy procesie mieszania.
  • Zastosowanie poza chemią – Choć mieszadła magnetyczne kojarzone są z chemikaliami, używa się ich także w innych dziedzinach np. w biologii molekularnej do utrzymania komórek w zawiesinie lub w technologii fermentacji. Niektórzy mikrobiolodzy hodują drożdże i bakterie na mieszadłach magnetycznych, aby przyspieszyć dotlenianie i wzrost kultur.
  • Materiały magnesów – Wewnątrz mieszadełek stosuje się różne tworzywa magnetyczne. Najczęściej używa się stopów alnico lub samarium-kobaltu, które są odporne na wysokie temperatury. Dla niższych temperatur stosuje się magnesy neodymowe, a dostępne są nawet mieszadełka z ferrytu. Właściwy dobór materiału zapewnia trwałość i niezawodność urządzenia.
  • Oszczędność czasu – Mieszadło magnetyczne pozwala na automatyczne i ciągłe mieszanie próbki bez nadzoru, co zwalnia badacza do innych czynności. Wspomniane urządzenia często mają funkcje timera, co umożliwia zaprogramowanie czasu pracy mieszadła i zabezpiecza przed nadmiernym ogrzaniem lub przesyceniem mieszanek. Dzięki temu eksperymenty stają się bardziej efektywne, a wyniki powtarzalne.

Podsumowanie

Mieszadła magnetyczne to uniwersalny i bezpieczny sposób na mieszanie cieczy w laboratorium. Ich prosta konstrukcja i zasada działania (czyli wirujące pole magnetyczne napędzające pokryte PTFE mieszadełko) sprawiają, że można mieszać chemikalia w szczelnych naczyniach bez ryzyka zanieczyszczenia próbek. Dzięki możliwości regulacji prędkości oraz opcjonalnego podgrzewania roztworów urządzenia te są wszechstronne. Używa się ich przy analizach chemicznych, syntezach organicznych czy kulturach komórkowych. Znajomość specyfiki pracy mieszadeł magnetycznych (takich jak dopasowanie mieszadełka czy prędkości obrotowej) pozwala w pełni wykorzystać ich potencjał i uzyskać powtarzalne, precyzyjne wyniki. W efekcie każdy, kto wesprze swój proces badawczy mieszadłem magnetycznym, może liczyć na wydajną i czystą metodę mieszania, co potwierdzają liczne źródła techniczne i branżowe.

Źródła

Spis treści

Masz pytania?

 Skontaktuj się z nami lub zostaw swoje dane, a oddzwonimy do Ciebie

Kontakt

Kontakt

Envelope Phone Map-marker-alt Clock
11

Email

biuro@jorlab.pl

Telefon

+48 731 900 109

Biuro

ul. Mazowiecka 52-68 budynek 8, 87-100 Toruń

Godziny pracy

Pn-Pt 8:00 - 16:00