Att arbeta i en inert atmosfär är det allmänna namnet på ett antal tekniker och metoder som används i kemiska laboratorier för att arbeta med ämnen som är känsliga för luftens inverkan. Arbete i en inert atmosfär förhindrar att ämnen förstörs av luftkomponenter , oftast vatten och syre ; mindre ofta - koldioxid och kväve . Gemensamma egenskaper för alla metoder för att arbeta i en inert atmosfär är avlägsnandet av luft från reaktionsutrymmet med hjälp av ett vakuum, samt användningen av inerta gaser som argon eller kväve .
De vanligaste metoderna för att arbeta i en inert atmosfär är användningen av glavboxar och Schlenk-linjer . I båda fallen måste alla glasvaror (oftast Schlenk-rör ) torkas ordentligt före användning. En gasbrännarlåga används ibland för att avlägsna adsorberat vatten. Den vanligaste tekniken för att torka rätter kallas purge -and- refill . Kärlet placeras under vakuum (för att avlägsna atmosfäriska gaser och spår av vatten) och fylls sedan med torr inert gas. Denna cykel upprepas flera gånger. En av skillnaderna i användningen av glavboxar och Schlenk-linjer är hur delete-refill appliceras . Vid användning av glavboxar torkas disk och utrustning i det så kallade låset - ett speciellt utrymme kopplat både till insidan av glavboxen och till den yttre miljön. När man använder Schlenk-linjen tillämpas borttagning-påfyllningsoperationen endast på insidan av kärlet och utrustningen där den kemiska reaktionen kommer att utföras. [ett]
Den enklaste metoden att arbeta i en inert atmosfär är användningen av glavboxar . När du arbetar i huvudlådan är det möjligt att använda nästan hela arsenalen av laboratoriemetoder och tekniker. De största nackdelarna är den höga kostnaden för själva glavboxen, såväl som ett antal olägenheter som uppstår när man arbetar med tunna och ömtåliga enheter i tjocka handskar .
Vid arbete i huvudlådan kan standard laboratorieutrustning användas. Eftersom glavboxen har en sluten cirkulerande atmosfär måste ytterligare försiktighetsåtgärder vidtas när du arbetar med den. Så, till exempel, finns det en möjlighet för korskontaminering av prover inuti glavboxen när den delas av flera kemister för samtidigt arbete med flyktiga reagenser av olika typer.
Det finns två huvudsakliga tillämpningar av glavbox i preparativ kemi. I en mer konservativ metod används den uteslutande för vägning och öppen hantering av känsliga reagenser. De kemiska reaktionerna i sig utförs utanför glavboxen med Schlenks teknik. Således används glavboxen endast i de mest opålitliga stadierna av experimentet när det gäller att upprätthålla hermeticitet. I en mer liberal metod används glavboxen för alla stadier av experimentet, inklusive lösningsmedelshantering, direkt reaktion , produkthantering och isolering och provberedning för analys.
Vissa reagenser och lösningsmedel är oönskade att använda direkt i glavboxen, även om detta i slutändan beror på det vetenskapliga teamets uppgifter och arbetsstil. Instrumentets inre atmosfär syrefrias kontinuerligt med en kopparkatalysator . Därför kan vissa flyktiga reaktanter , såsom halogenider, såväl som ämnen med stark koordinerande kraft, såsom fosfiner och tioler , orsaka irreversibel förgiftning av kopparkatalysatorn . För experiment med sådana ämnen är det mycket att föredra att använda Schlenk-tekniken.
Reaktionen med fosfiner och tioler är i princip möjlig, även om kopparkatalysatorn kommer att behöva bytas ut oftare. Det senare alternativet är mer acceptabelt när det gäller miljöpåverkan.
Användningen av Schlenk-linjen gör det möjligt för forskaren att utföra många experiment i en inert gasatmosfär. Huvuddragen i metoden:
Olika delar av enheterna är anslutna till varandra med hjälp av förseglade sektioner. Användningen av speciell glasutrustning, såsom Schlenk-rör och Schlenk-kolvar , ger forskaren möjlighet att använda många standardmetoder för att bearbeta reaktionsblandningar och rena reaktionsprodukter.
Kommersiellt tillgängliga renade inerta gaser ( argon och kväve ) används i laboratoriepraxis utan vidare bearbetning. Innan gaserna används i manipulationer med vatten- och luftkänsliga reagens måste dock gaser utsättas för ytterligare rening och torkning. Sålunda, genom att passera en inert gas genom en uppvärmd kolonn med en kopparkatalysator, kan gasen renas från spår av syre genom att binda den senare i form av kopparoxid. Spår av vatten kan avlägsnas genom att blåsa gas genom en kolonn fylld med ett torkmedel såsom fosforpentoxid eller molekylsilar.
En viktig aspekt av att arbeta i en inert atmosfär är användningen av rena, torra , syrefria lösningsmedel . Vissa kommersiellt tillgängliga lösningsmedel uppfyller dessa krav. Behållare med sådana lösningsmedel är märkta i enlighet därmed. De kan placeras direkt i glaslådan och användas utan ytterligare rengöring. Vid användning av kommersiellt tillgängliga torra lösningsmedel i experiment med Schlenk-linjen är det önskvärt att utföra ytterligare avgasning och torkning.
Det finns två generella metoder för avgasning av lösningsmedlet.
Den första, kännetecknad av sekvensen av åtgärder kyla-pumpning-värme ( frys-pump-tina ) är som följer. Lösningsmedlet kyls med flytande kväve, varefter behållaren som innehåller det evakueras. Därefter separeras kärlet från vakuumledningen (vanligtvis genom att stänga en speciell kran på Schlenk-röret) och placeras i varmt vatten för upptining. I detta fall frigörs luftbubblor som fångas under kristalliseringen av lösningsmedlet [3] . Efter fullständig upptining renas kärlet med en inert gas.
Den andra torkmetoden är att blanda lösningsmedlet och sonikera det. I detta fall evakueras behållaren med lösningsmedlet. Upplösta gasbubblor släpps först. Så snart lösningsmedlet börjar avdunsta fylls kärlet med en inert gas. Operationen upprepas tre gånger.
Typiskt torkas lösningsmedel genom destillation över ett lämpligt torkmedel under en inert atmosfär.
Ett viktigt torkmedel för denna typ av destillation är natrium-bensofenon-tandemen. Förutom den höga torkhastigheten gör dess användning det möjligt att visuellt kontrollera processens framsteg. Förändringen i färg från smutsig gul, genom grön till intensiv blå, på grund av ketylanjonradikalen, är en indikator på frånvaron av vatten och spår av syre i lösningen. [4] [5]
Men eftersom sådana destillationer är brandfarliga ersätts de i allt högre grad av säkrare torkningsmetoder. I synnerhet är det vanligt att filtrera det avgasade lösningsmedlet genom en kolonn packad med aktiverat aluminium . [6]
Båda metoderna för att utföra reaktionen i en inert atmosfär kräver speciell, ibland dyrbar utrustning. I de fall där frånvaron av syre i reaktionsatmosfären inte är ett strikt villkor är det möjligt att använda andra metoder och tekniker. Till exempel, för att erhålla Grignard-reagens , som hydrolyseras av vatten, är det tillräckligt att isolera reaktionsatmosfären från den yttre miljön med ett rör fyllt med kalciumklorid ("kalciumkloridrör").
Ibland används in situ- torkning , såsom genom molekylsiktar eller genom azeotropisk destillation av vatten från reaktionsblandningen.
Perkins triangel : destillation av vätskor utan tillgång till luft
Filtrering i en inert atmosfär
Sublimering i en inert atmosfär
Transfusion: sprutventil
Teflonmunstycke för luftkänsliga NMR-prover