Työskentely inertissä ilmakehässä on yleinen nimi useille tekniikoille ja menetelmille, joita kemian laboratorioissa käytetään ilman vaikutukselle herkkien aineiden kanssa työskentelyyn. Työskentely inertissä ilmakehässä estää aineiden tuhoutumisen ilman komponenttien , useimmiten veden ja hapen , vaikutuksesta ; harvemmin - hiilidioksidi ja typpi . Kaikille inertissä ilmakehässä työskentelymenetelmille yhteisiä piirteitä ovat ilman poistaminen reaktiotilasta tyhjiön avulla sekä inerttien kaasujen, kuten argonin tai typen , käyttö .
Yleisimmät työskentelytavat inertissä ilmakehässä ovat lasilaatikoiden ja Schlenk-linjojen käyttö . Molemmissa tapauksissa kaikki lasitavarat (useimmiten Schlenk-putket ) on kuivattava perusteellisesti ennen käyttöä. Adsorboituneen veden poistamiseen käytetään joskus kaasupolttimen liekkiä. Yleisimmin käytetty astioiden kuivaustekniikka on huuhtelu ja täyttö . Astia asetetaan tyhjiöön (ilmakehän kaasujen ja vesijäämien poistamiseksi) ja täytetään sitten kuivalla inertillä kaasulla. Tämä sykli toistetaan useita kertoja. Yksi eroista glavboxien ja Schlenk-linjojen käytössä on tapa, jolla poista-täyttöä käytetään . Lasilaatikoita käytettäessä astiat ja välineet kuivataan ns. lukossa - erityisessä tilassa, joka on yhdistetty sekä lasilaatikon sisäpuolelle että ulkoiseen ympäristöön. Schlenk-linjaa käytettäessä poisto-täyttötoiminto kohdistuu vain astian sisäpuolelle ja laitteistoon, jossa kemiallinen reaktio suoritetaan. [yksi]
Yksinkertaisin tapa työskennellä inertissä ilmakehässä on lasilaatikoiden käyttö . Päälaatikossa työskennellessä on mahdollista käyttää lähes koko laboratoriomenetelmien ja -tekniikoiden arsenaalia. Tärkeimmät haitat ovat itse glavboxin korkeat kustannukset sekä monet haitat, joita syntyy, kun työskentelet ohuiden ja hauraiden laitteiden kanssa paksuissa käsineissä .
Päälaatikossa työskennellessä voidaan käyttää tavallisia laboratoriolaitteita. Koska lasilaatikossa on suljettu kiertoilma, sen kanssa työskennellessä on noudatettava joitain lisävarotoimia. Joten esimerkiksi lasilaatikon sisällä olevien näytteiden ristikontaminaatio on mahdollista, kun useat kemistit jakavat sen samanaikaista työtä varten erityyppisten haihtuvien reagenssien kanssa.
Glavboxilla on kaksi pääsovellusta preparatiivisessa kemiassa. Konservatiivisessa menetelmässä sitä käytetään yksinomaan herkkien reagenssien punnitsemiseen ja avoimeen käsittelyyn. Itse kemialliset reaktiot suoritetaan lasilaatikon ulkopuolella Schlenk-tekniikalla. Näin ollen glavboxia käytetään vain kokeen epäluotettavimmissa vaiheissa hermeettisyyden säilyttämisen kannalta. Vapaammassa menetelmässä glavboxia käytetään kaikissa kokeen vaiheissa, mukaan lukien liuottimen käsittely, suora reaktio , tuotteen käsittely ja eristäminen sekä näytteen valmistelu analyysiä varten.
Joitakin reagensseja ja liuottimia ei suositella käytettäväksi suoraan glavboxissa, vaikka tämä riippuu viime kädessä tieteellisen tiimin tehtävistä ja työtyylistä. Laitteen sisäilmakehästä poistetaan jatkuvasti happi käyttämällä kuparikatalysaattoria . Siksi jotkin haihtuvat lähtöaineet , kuten halogenidit, sekä aineet, joilla on vahva koordinointikyky, kuten fosfiinit ja tiolit , voivat aiheuttaa kuparikatalysaattorin peruuttamatonta myrkytystapaa . Tällaisilla aineilla tehtävissä kokeissa on paljon parempi käyttää Schlenk-tekniikkaa.
Reaktio fosfiinien ja tiolien kanssa on periaatteessa mahdollista, vaikka kuparikatalyytti on vaihdettava useammin. Jälkimmäinen vaihtoehto on ympäristövaikutusten kannalta hyväksyttävämpi.
Schlenk-linjan käyttö antaa tutkijalle mahdollisuuden suorittaa monia kokeita inertissä kaasukehässä. Menetelmän tärkeimmät ominaisuudet:
Laitteiden eri osat liitetään toisiinsa tiivistetyillä osilla. Erikoislasilaitteiden, kuten Schlenk-putkien ja Schlenk-pullojen käyttö antaa tutkijalle mahdollisuuden käyttää monia vakiomenetelmiä reaktioseosten käsittelyyn ja reaktiotuotteiden puhdistamiseen.
Kaupallisesti saatavilla olevia puhdistettuja inerttejä kaasuja ( argon ja typpi ) käytetään laboratoriokäytännössä ilman jatkokäsittelyä. Ennen kuin niitä käytetään käsittelyssä vesi- ja ilmaherkillä reagensseilla, kaasut on kuitenkin puhdistettava ja kuivattava. Siten johtamalla inerttiä kaasua kuparikatalyytillä varustetun kuumennetun kolonnin läpi kaasu voidaan puhdistaa happijäämistä sitomalla jälkimmäinen kuparioksidin muodossa. Vesijäämät voidaan poistaa puhaltamalla kaasua kuivausaineella, kuten fosforipentoksidilla, tai molekyyliseuloilla täytetyn kolonnin läpi.
Tärkeä osa inertissä ilmakehässä työskentelyä on puhtaiden, kuivien , hapettomien liuottimien käyttö . Jotkut kaupallisesti saatavilla olevat liuottimet täyttävät nämä vaatimukset. Tällaisia liuottimia sisältävät säiliöt on merkitty vastaavasti. Ne voidaan laittaa suoraan lasilaatikkoon ja käyttää ilman lisäpuhdistusta. Käytettäessä kaupallisesti saatavia kuivia liuottimia Schlenk-linjan kokeissa, on toivottavaa suorittaa lisäkaasunpoisto ja kuivaus.
Liuottimen kaasunpoistoon on olemassa kaksi yleistä menetelmää .
Ensimmäinen, jolle on tunnusomaista toimintosarja jäähdytys-pumppaus-lämmitys ( jäädytys-pumppu-sulatus ), on seuraava. Liuotin jäähdytetään nestetypellä, minkä jälkeen sitä sisältävä säiliö tyhjennetään. Seuraavaksi astia erotetaan tyhjiölinjasta (yleensä sulkemalla erityinen hana Schlenk-putkessa) ja asetetaan lämpimään veteen sulatusta varten. Tässä tapauksessa vapautuu ilmakuplia, jotka jäävät kiinni liuottimen kiteytymisen aikana [3] . Täydellisen sulatuksen jälkeen astia huuhdellaan inertillä kaasulla.
Toinen kuivausmenetelmä on sekoittaa liuotin ja sonikoida se. Tässä tapauksessa liuottimen sisältävä säiliö tyhjennetään. Liuenneet kaasukuplat vapautuvat ensin. Heti kun liuotin alkaa haihtua, astia täytetään inertillä kaasulla. Toimenpide toistetaan kolme kertaa.
Tyypillisesti liuottimet kuivataan tislaamalla sopivan kuivausaineen päällä inertissä ilmakehässä.
Tärkeä kuivausaine tällaisessa tislauksessa on natriumbentsofenoni tandem. Suuren kuivausnopeuden lisäksi sen käyttö mahdollistaa prosessin etenemisen visuaalisen ohjauksen. Ketyylianioniradikaalin aiheuttama värin muutos likaisesta keltaisesta vihreästä voimakkaan siniseksi on osoitus veden ja happijäämien puuttumisesta liuoksessa. [4] [5]
Koska tällaiset tislaukset ovat kuitenkin syttyviä, ne korvataan yhä useammin turvallisemmilla kuivausmenetelmillä. Erityisesti on yleistä suodattaa liuotin, josta on poistettu kaasut, aktivoidulla alumiinilla täytetyn kolonnin läpi . [6]
Molemmat menetelmät reaktion suorittamiseksi inertissä atmosfäärissä vaativat erityisiä, joskus kalliita laitteita. Tapauksissa, joissa hapen puuttuminen reaktioilmakehässä ei ole tiukka ehto, on mahdollista käyttää muita menetelmiä ja tekniikoita. Esimerkiksi veden hydrolysoimien Grignard-reagenssien saamiseksi riittää, että reaktioilmakehä eristetään ulkoisesta ympäristöstä putkella, joka on täytetty kalsiumkloridilla ("kalsiumkloridiputki").
Joskus käytetään in situ -kuivausta , kuten molekyyliseuloilla tai atseotrooppisella veden tislauksella reaktioseoksesta.
Perkinin kolmio : nesteiden tislaus ilman pääsyä ilmaan
Suodatus inertissä ilmakehässä
Sublimaatio inertissä ilmakehässä
Verensiirto: ruiskuventtiili
Teflon-suutin ilmaherkille NMR-näytteille