6.17: Scatola a guanti (Glove Box) e sensori di impurezze

1. Portare oggetti nel Glovebox

1. Assicurarsi che gli articoli da portare siano stati essiccati al forno (se in vetro) e che i contenitori siano aperti.
2. Controllare il registro delle anticamere per assicurarsi che sia vuoto.
3. Riempire l'anticamera, manualmente o elettronicamente. Una volta riempito con 1 atm di gas inerte, chiudere la valvola di ingresso per isolare la camera.
4. Apri l'anticamera verso l'esterno e posiziona gli oggetti nella camera.
5. Chiudere la camera ed evacuare (manualmente o elettronicamente).
6. Compila il registro. In genere, gli utenti includono le iniziali, gli elementi e i tempi di ogni ciclo.
7. Dopo che il quadrante a pressione ha raggiunto la pressione minima, lasciare l'anticamera sotto vuoto dinamico per 5 minuti per una piccola anticamera e 20 minuti per una grande anticamera.
8. Riempire l'anticamera con gas inerte; in genere, gli utenti si riempiono a ~ 0,75 atm, poiché la valvola di ingresso collega la camera principale all'anticamera.
9. Evacuare e annotare l'ora.
10. Ripetere i passaggi 1,8-1,9, in modo che in totale l'anticamera sia stata evacuata 3 volte.
11. Dopo 3 cicli, riempire l'anticamera con gas inerte e chiudere l'alimentazione del gas dell'inserto.
12. Apri l'anticamera dall'interno del vano portaoggetti e porta gli oggetti nell'anticamera.
13. Chiudi la porta dell'anticamera ed evacua la camera. Quando il glovebox è nel suo stato di riposo, le camere devono essere lasciate sotto vuoto dinamico.
14. Si noti sul registro che la procedura è completa, in modo che gli altri utenti sappiano che l'anticamera è gratuita.

2. Rimozione di oggetti dal Glovebox

1. Guarda il giornale di bordo per vedere lo stato dell'anticamera. Assicurati che non sia in uso e che l'ultima operazione sia stata quella di portare un oggetto nell'anticamera. Se l'ultima operazione è stata quella di portare fuori un oggetto, riempire/evacuare rapidamente l'anticamera 3x con gas inerte. Questo per garantire che non sia presente aria residua (Equazione 1) quando si apre l'anticamera al vano portaoggetti.
2. Riempire l'anticamera con gas inerte e chiudere la valvola che collega l'alimentazione di gas inerte alla camera.
3. Aprire l'anticamera dall'interno del vano portaoggetti.
4. Caricare gli oggetti nella camera e chiudere la porta.
5. Dall'esterno del vano portaoggetti, aprire la porta dell'anticamera e rimuovere gli oggetti.
6. Evacuare la camera.
7. Si noti che gli elementi sono stati rimossi e l'ora sul giornale di bordo.

3. Garantire un buon ambiente di lavoro

1. Test dell'ambiente
   1. Spegnere il circolatore.
   2. Spegnere tutte le ventole nella camera principale del glovebox.
   3. Aprire un flacone di soluzione di dietilamzinco in esani (spesso 1,0 M).
   4. Ruotare delicatamente la bottiglia per sostituire l'atmosfera del gas nella bottiglia con l'atmosfera nella scatola. Se il fumo emerge dalla bottiglia, questa è un'indicazione che O₂, acqua o un solvente etere è presente nell'atmosfera. Se l'atmosfera è compromessa, è necessario identificare la fonte di impurità indesiderate.
   5. Accendere lo spurgo per 5 minuti.
   6. Spegnere lo spurgo e accendere il circolatore.
2. Fare l'indicatore radicale
   1. Spegnere il circolatore.
   2. Nel glovebox, pesare 5 mg di benzofenone e trasferirlo in un flaconcino di scintillazione da 20 mL.
   3. Pesare ~ 500-1.000 mg di sodio e trasferirlo al flaconcino di scintillazione. Chiudere il flaconcino.
   4. Aggiungere 20 ml di tetraidrofurano secco (THF) e una barra di agitazione. Chiudere il flaconcino.
   5. Accendere lo spurgo per almeno 15 minuti prima di riaccendere il circolatore.
   6. Lasciare che la reazione si agiti per 48 ore o fino a quando la soluzione si trasforma in una soluzione viola scuro e inchiostrato. La soluzione dovrebbe andare da incolore a blu a viola, e ci dovrebbe essere eccesso di sodio sul fondo della fiala. Questo dovrebbe dare una soluzione con ~ 1,4 mM di radicale.
3. Test del solvente con l'indicatore di-radicale
   Nota: il radicale appena sintetizzato può essere utilizzato per testare l'O₂ e le impurità dell'acqua nei solventi.
   1. Se si testa un solvente etere, spegnere il circolatore. Alcuni gruppi richiedono che il circolatore sia spento prima di aprire qualsiasi sostanza chimica nella scatola.
   2. Aggiungere una goccia della soluzione radicale a 10 ml del solvente di prova. I solventi che possono essere testati utilizzando il radicale includono THF, etere etilico, toluene, benzene, esani e pentano. Il radicale reagirà con solventi clorurati, piridina e altri solventi che reagiscono con metalli alcalini.
   3. Osservare il colore della soluzione per 1-2 minuti. Un solvente secco manterrà il colore del radicale chetilico indefinitamente. Realisticamente, il campione dovrebbe mantenere il colore per almeno 1-2 minuti. I colori positivi del test sono riportati nella Tabella 1 di seguito.
   4. Chiudere tutte le bottiglie di solvente e accendere lo spurgo per almeno 15 minuti. Riaccendere il circolatore.

Sostanze sensibili come l'organolitio o i composti organometallici possono reagire violentemente se esposte all'ossigeno o all'acqua dall'aria. Pertanto, è necessario un ambiente di lavoro inerte, che può essere ottenuto utilizzando un vano portaoggetti.

La glovebox è un dispositivo importante utilizzato in molti laboratori, che consente la manipolazione e lo stoccaggio di composti sensibili all'aria e all'umidità.

Inoltre, può essere utilizzato per misurare sostanze sensibili ed eseguire reazioni.

Questo video illustra come utilizzare il vano portaoggetti e come sintetizzare un indicatore per verificare la presenza di ossigeno e acqua all'interno di solventi secchi.

In generale, un vano portaoggetti è costituito da una scatola metallica con finestre in policarbonato dotate di guanti in butile che consentono la manipolazione all'interno della scatola. I prodotti chimici e le forniture vengono portati nel vano portaoggetti attraverso le anticamere, mentre i sensori e un pannello di controllo vengono utilizzati per il monitoraggio e la regolazione.

Inoltre, la funzionalità di un vano portaoggetti può essere ampliata con attrezzature aggiuntive, che vanno dai collegamenti per il vuoto ai congelatori per la conservazione dei prodotti chimici.

L'atmosfera del vano portaoggetti è ottenuta utilizzando gas inerte come l'azoto. La scatola è a tenuta di gas e funziona a pressione positiva, che viene controllata regolando elettronicamente il flusso di gas nel sistema.

L'atmosfera inerte viene fatta circolare attraverso un letto catalizzatore, che si trova sotto la scatola a guanti.

Il catalizzatore è composto da setacci molecolari e rame, che vengono utilizzati per mantenere un basso livello di ossigeno e umidità. Il rame reagisce con l'ossigeno presente nell'atmosfera, mentre i setacci molecolari assorbono l'acqua. Il catalizzatore deve essere rigenerato regolarmente riscaldandolo sotto un flusso di idrogeno e azoto gassoso per garantirne l'attività.

Oltre all'umidità e all'ossigeno, vari solventi possono contaminare il catalizzatore. Per evitare ciò, la camera del cassetto portaoggetti viene isolata, quando si lavora con sostanze chimiche incompatibili.

Inoltre, la contaminazione può essere introdotta attraverso l'anticamera, che deve essere sottoposta a più cicli di evacuazione e spurgo per rimuovere quanta più aria possibile. La frazione di aria rimanente può essere calcolata utilizzando questa equazione.

Il contenuto di umidità e ossigeno all'interno della scatola o di qualsiasi solvente secco può essere testato utilizzando sensori chimici. Il dietilzinco viene utilizzato per verificare la contaminazione all'interno della scatola, mentre il benzofenone di sodio viene utilizzato per i solventi.

Ora che hai familiarità con le basi, diamo un'occhiata a come utilizzare il vano portaoggetti e testare l'ossigeno e l'acqua.

Prima di iniziare, familiarizzare con lo strumento. Per istruzioni dettagliate sull'uso del vano portaoggetti, guarda il nostro video nella collezione di sicurezza in laboratorio. Assicurarsi che la vetreria da portare sia stata asciugata in forno e che i contenitori vuoti siano aperti.

Controllare il registro dell'anticamera per assicurarsi che sia vuoto. Quindi, riempire l'anticamera con gas inerte fino a 1 atm e chiudere la valvola di ingresso per isolare la camera.

Una volta spurgata la camera, aprila dall'esterno e posiziona gli oggetti all'interno della camera. Chiudere la camera ed evacuarla.

Compila il registro includendo iniziali, articoli e tempi di ogni ciclo, mentre la camera sta evacuando. Al raggiungimento della pressione minima, lasciare l'anticamera sotto vuoto dinamico tra 5-20 minuti.

Quindi, utilizzando la valvola di ingresso, spurgare nuovamente l'anticamera, attendere fino al raggiungimento di 1 atmā ed evacuare nuovamente. Annotare l'ora e ripetere il ciclo. Infine, riempire la camera con N2 e chiudere l'alimentazione del gas inerte, al termine del processo di spurgo.

Ora sei pronto per aprire l'anticamera dall'interno del vano portaoggetti per portare gli oggetti all'interno. Chiudi la porta dell'anticamera quando hai finito, evacuala e compila il registro.

Controllare il registro per l'ultimo stato dell'anticamera e per verificare che non sia in uso. Ripetere il processo di spurgo se l'anticamera è stata utilizzata per estrarre gli oggetti come ultima operazione. Quindi, chiudere la valvola che collega l'alimentazione del gas inerte, una volta riempita l'anticamera.

Apri la porta dall'interno, carica gli oggetti nella camera e chiudi la porta. Quindi aprire la camera dall'esterno e rimuovere gli oggetti. Evacuare la camera e compilare il registro.

Ora che hai familiarità con l'uso corretto di un vano portaoggetti, esaminiamo come i sensori di impurità possono essere utilizzati per testare l'ossigeno e l'acqua nell'atmosfera del vano portaoggetti e vari solventi.

Per testare l'atmosfera del vano portaoggetti per i livelli di ossigeno e acqua, spegnere prima il circolatore. Quindi, aprire un flacone di soluzione di dietilzinco in esani all'interno del vano portaoggetti.

Agitare delicatamente la soluzione per sostituire l'atmosfera del gas con l'atmosfera del vano portaoggetti all'interno della bottiglia. L'emergere di fumo e residui bianchi indica ossigeno, acqua o un solvente etereo presente nell'atmosfera. Quindi, spurgare il vano portaoggetti per 5 minuti, spegnere lo spurgo e riaccendere il circolatore al termine.

Oltre a testare l'atmosfera del vano portaoggetti, gli indicatori possono essere utilizzati per testare vari solventi per verificare la presenza di impurità di ossigeno e acqua. Innanzitutto, spegni il circolatore. Quindi, aprire il flacone del solvente desiderato e trasferire 10 mL in un flaconcino di scintillazione. Aggiungere una goccia della soluzione di radicale chetilico per testare il solvente e osservare il colore per 1-2 minuti.

Se il solvente è asciutto, manterrà il colore viola del radicale chetilico a tempo indeterminato. Se il colore cambia in blu e poi in incolore, il solvente presenta impurità. Per finire, chiudere tutti i flaconi di solvente, spurgare il vano portaoggetti e riaccendere il circolatore.

La glovebox è ampiamente utilizzata per gestire materiali sensibili all'aria e all'umidità per eseguire reazioni, analisi spettroscopiche o per immagazzinare composti in condizioni prive di aria.

Ad esempio, il radicale chetilico, che viene utilizzato per testare i solventi per l'acqua e l'ossigeno, viene sintetizzato utilizzando una scatola a guanti. Per effettuare la sintesi iniziare con lo spegnimento del circolatore. Pesare 5 mg di benzofenone in un flaconcino di scintillazione da 20 mL. Quindi, pesare 0,5-1 g di sodio e trasferirlo nella stessa fiala di scintillazione insieme a una barra di agitazione. Aggiungere 20 ml di THF secco e tappare il flaconcino.

Riaccendere il circolatore, dopo aver spurgato il vano portaoggetti per 15 minuti. Mescolare la reazione per 48 ore o fino a quando il colore cambia da incolore a blu a viola. Una volta raggiunto il viola, il radicale chetilico è pronto per l'uso.

Oltre agli indicatori chimici, la scatola a guanti può essere utilizzata per la sintesi di composti sensibili all'aria, come le 1,2-azaborine.

In questo esempio N-H-B-etil-1,2-azaborina viene sintetizzato a partire da N-TBS-B-Cl-1,2-azaborina utilizzando un glovebox e una linea di Schlenk. Il composto isolato viene quindi utilizzato per preparare un complesso cristallino proteina-ligando con mutanti del lisozima purificati e le interazioni proteina-legame vengono studiate utilizzando l'analisi di diffrazione a raggi X.

Hai appena visto l'introduzione di JoVE al vano portaoggetti e ai sensori chimici. A questo punto è necessario comprendere come utilizzare un vano portaoggetti, come verificare la presenza di contaminazione da acqua e ossigeno e come sintetizzare composti sensibili all'aria e all'umidità. Grazie per l'attenzione!