実験用ガラスが割れるのを防ぐためには、0.1℃という精度が鍵です。
高価な実験用ガラス器具を何時間もかけて準備したのに、切断や温度上昇の際に壊れてしまった経験がある方なら、その悔しさが分かるでしょう。これは通常、冷却過程が適切でないためにガラス内に微細な応力が生じるからです。
このような状況を防ぐために、私たちは高精度な赤外線センサーを利用します。
なぜ0.1℃が重要なのか
アニーリングというのは、単にガラスを熱するだけではありません。正確な温度を維持し、温度が変動しないようにすることが重要です。数度の温度変動でも、フラスコの内壁に残留応力が残ってしまいます。
ホウケイ酸ガラスは頑固な素材です。そのため、許容されるエラー範囲はごくわずかです。
だからこそ、0.1℃の精度を保つことができる赤外線センサーを使用するのです。短波長の赤外線を使えば、ガラスの内部を直接加熱できます。そうすれば、表面が焼けることなく、均一な加熱が可能になります。
ハードウェアの側面
この目的のために、私たちは石英・ハロゲン技術を利用しています。なぜかというと、反応速度が速いからです。
精密なPID制御を行うには、このような迅速な反応が必要です。抵抗線式のヒーターでは追いつけません。反応が遅すぎるからです。
しかし、問題点もあります。このような高密度の熱は、電源に大きな負担をかけます。電圧が不安定になると、精度が失われてしまいます。安定した電源が必要です。私たちは、不適切な配線によって「幽霊のような」温度変動が起こり、結果として精度が台無しになってしまう例をたくさん見てきました。
応力を取り除く方法
私たちは、主に精密な切断やアニーリングのためにこのヒーターを使用しています。目的は、一定の温度を保ちながらゆっくりと温度を下げることです。そうすることで、ガラスが過渡領域を通過する際に割れることがありません。
これが、長期間使用できる容器と、真空ポンプに触れた瞬間に割れてしまう容器の違いです。