Pompa alimentazione acqua standard

In un primo momento `e stata utilizzata una pompa peristaltica prodotta dall’a- zienda Ismatec (modello REGLO Digital MS-4/12) collegata ad un circuito chiuso come riportato in figura 7.13:

S S S S S N2 Esterno PICARRO 1 2 3 4 5 Pompa ext. Pompa peristaltica Vaporiz. Purge Unità equil. _D ri e rit e Pompa aria D ri e rit e

Figura 7.13: Rappresentazione schematica del circuito complessivo dell’apparato. Si pu`o notare nella parte bassa il circuito chiuso che collega la riserva di acqua, la pompa peristaltica, la tee ed il capillare.

Il circuito prevede l’utilizzo di una tee in PEEK (polietere-etere-chetone) prodotta dall’azienda VICI, con codice CTPK. Alle tre vie della tee sono collegati: il capil- lare in silice (diametro interno 0.1mm) e 2 tubi in PTFE (politetrafluoroetilene), uno con diametro interno 0.38mm e l’altro 0.25mm.

Si utilizza il polimero del tatrafluoroetilene perch´e possiede caratteristiche chimico- fisiche particolari tra le quali l’estrema inerzia chimica, l’eccellente resistenza al calore, la resistenza ai solventi e nessuna igroscopicit`a. Con questo circuito, sfruttando la differenza di diametro interno dei 3 tubi collegati alla tee, si `e ipo- tizzato di riuscire a fornire un flusso costante di acqua tramite il capillare in silice

O O O n F F F F n

7.3 Ottimizzazione delle componenti 49

al fornello di vaporizzazione.

Si presentava per`o la necessit`a di avere a disposizione un “serbatoio” di standard isolato dall’aria ambiente per evitare fenomeni di scambio ma che risultasse fa- cilmente rabboccabile nel caso di questa evenienza. Inizialmente si era optato per l’utilizzo di una sacca stagna, del tipo in figura 7.15, che, con gli opportuni colle- gamenti, permettesse con buona approssimazione di ottenere un sistema chiuso senza scambi con l’esterno. Dalle prove effettuate si era osservato per`o che il flusso al capillare in silice non era propriamente costante. Si erano ipotizzate come cause:

• l’incostanza del flusso generato dalla pompa stessa, • i numerosi raccordi tra i diversi tubi di alimentazione,

• la possibilit`a che non vi fosse una sufficiente differenza di diametro tra i tubi tale da convogliare l’acqua lungo il capillare,

• il flusso minimo generato dalla pompa fosse comunque sovradimensionato rispetto ai nostri bisogni.

Figura 7.15: Immagine della sacca originale e del sistema complessivo costituito da sacca, pompa peristaltica e drierite.

Si `e quindi tentato un approccio differente prendendo spunto sia dal sistema svi- luppato da Picarro Inc. per l’alimentazione degli standard nel modello pi`u recente dello strumento, sia dalla pubblicazione di Bastrikov (Bastrikov et al., 2014), sia dalla possibilit`a di usare una pompa a siringa adatta a questo scopo che si era resa disponibile in laboratorio.

Con il nuovo sistema, utilizzando cio`e una pompa a siringa prodotta dalla Cole- Parmer (modello 74950-05), si `e riusciti con successo a mettere a punto un cir- cuito chiuso con la possibilit`a di regolare in maniera precisa il flusso a partire da 0,1mL/h ovvero 1.67µL/min. Inoltre si `e dimostrato possibile, semplicemente cambiando siringa, l’utilizzo di diversi standard da vaporizzare in continuo se-

7.3 Ottimizzazione delle componenti 50 condo necessit`a. S S S S S N2 Esterno PICARRO 1 2 3 4 5 Pompa ext. Pompa a siringa Vaporiz. Purge Unità equil. P_2 P_1

Figura 7.16: Rappresentazione schematica del circuito complessivo dell’apparato con l’utilizzo di pompa a siringa e linea azoto.

Come descritto in precedenza ci sono due modalit`a per collegare il circuito con l’acqua standard e la tee Valco dell’unit`a di vaporizzazione: tramite capillare in silice (prodotto da Supelco, rif. 25715, diametro interno 0.10mm) con un’appo- sita ferula prodotta dalla Valco stessa (codice FS1.4-5) oppure tramite capillare in acciaio (prodotto da Supelco, rif. 56711, diametro interno 0.005” pari a cir- ca 0.127mm) e ferula in acciaio da 1/16”. Sono state effettuate numerose prove eluendo i diversi standard a disposizione e si `e notato come, con la maggior parte di questi, dopo un periodo di tempo variabile tra i 10 minuti e le 2 ore, il capillare in silice tendesse ad otturarsi, probabilmente a causa di possibili residui presenti negli standard o al deposito di alcuni sali all’interno del capillare stesso. Inol-

tre si `e rilevato come, mantenendo temperature attorno ai 170◦_{C nel sistema a}

sandwich per l’unit`a di vaporizzazione, si arrivi a carbonizzare la ferula e in un caso a renderla filamentosa andando cos`ı ad ostruire la via di accesso al flusso di standard.

Questo aspetto ha influenzato le misurazioni in quanto, lavorando a tempera-

ture pi`u basse, quindi nell’ordine dei 120-140◦_{C, il segnale registrato risultava}

poco stabile. Le ferule utilizzate (modello FS1.3-5, prodotte dalla VICI) sono de- scritte come ferule di riduzione, raccomandate per un uso continuativo senza la necessit`a di sostituire la ferula stessa anche in caso di sostituzione del tubo o, nel nostro caso, del capillare interno. Esse sono costituite da “Valcon Polyimide” che `e un composto brevettato rinforzato in grafite, dichiarato resistente a tempera-

7.3 Ottimizzazione delle componenti 51

a 170◦_C.

Nella figura 7.17 sono presenti 3 foto: nella prima si nota la formazione di alcuni cristalli all’estremit`a del capillare e nelle altre 2, effettuate in controluce, sono evidenti, all’interno del capillare, i cristalli che ne hanno probabilmente causato l’occlusione.

Figura 7.17: Fotografie del capillare intasato.

Figura 7.18: Ferula VICI FS1.3-5.

Sono state effettuate prove anche con un capillare in acciaio tuttavia il suo uti- lizzo `e stato difficoltoso gi`a in fase di preparazione poich`e, anche chiedendo la consulenza dell’officina del Campus, non si `e riusciti a mettere a punto un sistema efficace per tagliare a misura il capillare senza ostruire anche solo parzialmente lo stretto orifizio. Il prototipo realizzato con il capillare in acciaio infatti, ha fun- zionato poche ore prima di tapparsi irreversibilmente.

Analizzando gli andamenti ottenuti con il prototipo realizzato, al variare della concentrazione d’acqua si pu`o notare come ad un determinato valore di con- centrazione esista un periodo di ripetizione nel tempo. Questo `e probabilmente dovuto ai movimenti della pompa a siringa il cui meccanismo fa compiere del- le piccole rotazioni ad una vite senza fine in maniera discontinua, senza quindi imprimere una spinta uniforme ed omogenea allo stantuffo della siringa (figura 7.19).

7.3 Ottimizzazione delle componenti 52 12:40 12:45 12:50 12:55 13:00 15000 15250 15500 15750 16000 H 2 O ( p p m v ) T IME (hh:mm) Prova in data 12/09/2016

Figura 7.19: Andamento della concentrazione di acqua in funzione del tempo, utilizzando una pompa a siringa, si pu`o notare come il segnale non sia stabile nel tempo.