2.5: 동결 펌프 해동 사이클링으로 액체 를 탈기

1. 먼저, 원하는 용매 또는 용액을 슐렌크 플라스크에 넣고 스톱콕(도2a)을닫습니다. 슐렌크 플라스크의 다른 모든 구멍을 봉인합니다. 주의: 플라스크 의 부피의 50% 이상을 사용하지 말고 플라스크에서 균열이나 골절을 검사하지 마십시오.  과부하 또는 파손된 플라스크는 이 과정에서 산산조각날 수 있습니다.
2. 플라스크를 슐렌크 라인에 부착하고 슐렌크 라인의 해당 밸브를 닫아 두십시오. 플라스크를 액체 질소 또는 드라이 아이스 슬러리를 함유한 드와르에 잠급니다. (그림2b). 주의: 동결하기 전에 슐렌크 플라스크를 질소 가스로 플러시하여 환경이 산소가 완전히 없는지 확인합니다.
3. 용매가 고정되면 슐렌크 플라스크의 스톱콕과 슐렌크 라인의 밸브를진공(그림 2c)으로엽니다. 플라스크를 진공 상태와 냉각 욕조 내부에 약 10분 동안 보관하십시오.  스톱콕(그림2d)을닫아 플라스크를 밀봉합니다.
4. 용매가 따뜻한 수조를 사용하여 녹을 때까지 해동합니다. 이 절차 동안 가스 기포는 용매(그림 2e, 2f)에서눈에 띄게 진화한다. 냉동 용매가 자체적으로 천천히 해동되도록 하고 액체를 방해하지 마십시오.
5. 용매가 해동되면 따뜻한 수조를 냉각 욕조로 교체하고 용매를 재고정하십시오.
6. 3-5단계를 반복하면 더 이상 가스의 진화를 용액해로 볼 수 없을때까지(도 2g). 용해 가스의 비율을 최소화하기 위해 최소 3 사이클을 권장합니다.
7. 3주기의 완료 후, 슐렌크 플라스크는 사용하기 전에 질소하에서 밀봉되어야한다(도 2h). 슐렌크 라인의 질소 가스 밸브를 열고 플라스크의 스톱콕을 열어 용매를 질소 대기에 노출시니다. 슐렌크 플라스크가 질소로 채워지면 마침내 밸브를 플라스크로 닫습니다.
8. 용매가 탈퇴되어 사용할 준비가 되었습니다.

그림 2. 무료 펌프 해동 단계의 세부 사진: (a) 단계 1, 플라스크에 용매를 배치; (b) 2단계, 용매를 드라이 아이스(또는 액체 질소로 동결) (c) 3단계, 진공을 도입; (d) 4단계, 진공 상태에서 플라스크를 밀봉; (e), (f), 단계 5, 용매를 해동하고 가스 기포의 진화를 관찰; (g) 7단계 반복 동결 해동 공정(3주기 권장); (h) 8 단계, 질소 하에서 용매를 밀봉한다.

액체의 탈기는 유기 화학의 많은 화학 합성 기술에 필수적입니다. 탈기는 액체에서 용해된 가스를 제거하는 과정을 말합니다. 가스 제거는 화학 종이 산소와의 원치 않는 반응에 취약한 경우에 중요합니다. 동결 펌프-해동 사이클링은 액체의 소규모 탈기에 사용되는 일반적인 방법입니다. 이 기술은 Schlenk 라인 또는 진공/불활성 가스 이중 매니폴드를 사용하여 감압 하에서 수행됩니다. 이 비디오는 실험실에서 동결 펌프-해동을 수행하는 원리를 간략하게 설명합니다.

동결 펌프-해동 탈기는 액체에 대한 가스 용해도의 압력 의존성을 활용합니다. 이것이 소다를 열었을 때 거품이 나는 이유이며, 이는 헨리의 법칙을 나타냅니다. 헨리의 법칙에 따르면 액체에 용해된 기체의 몰 분율은 액체 위의 증기상에서 기체의 분압에 정비례합니다. 따라서 기체의 압력을 액체 위로 낮추면 용존 기체의 용해도가 감소하고 기포로 방출됩니다.

동결 펌프-해동 가스 제거는 먼저 액체 질소 또는 드라이 아이스의 듀어를 사용하여 용매를 동결하는 것을 포함합니다. 그런 다음 진공이 적용되고 동결된 용매 위의 헤드 스페이스가 비워집니다. 이것은 액체 위의 헤드 스페이스의 압력을 감소시켜 용해 된 가스의 용해도를 낮춥니다.

그런 다음 플라스크를 밀봉하고 용매를 해동하여 용해된 기체 종을 헤드 스페이스로 방출할 수 있습니다. 그런 다음 액체를 다시 동결하고 필요한 만큼 프로세스를 반복합니다.

동결 펌프-해동 가스 제거는 일반적으로 Schlenk 라인 설정으로 수행되며, 이는 진공 적용과 불활성 가스 도입을 포함하기 때문입니다. Schlenk 라인은 여러 포트가 있는 이중 유리 매니폴드로 구성됩니다. Schlenk 라인에 대한 이 컬렉션의 비디오는 이 장치에 대해 더 자세히 설명합니다. 이제 동결 펌프-해동 기술의 기본 사항을 설명했으므로 실험실에서 절차를 시연할 것입니다.

먼저 깨끗하고 건조한 슐렌크 플라스크를 구합니다. 플라스크에 균열이나 균열이 있는지 검사하여 프로세스 중에 플라스크가 부서질 수 있습니다.

Schlenk 플라스크를 cl로 고정합니다.amp, 원하는 용매 또는 용액을 추가합니다. 일부 용제는 동결 시 팽창하여 플라스크가 깨질 수 있으므로 부피의 50% 이상을 사용하지 마십시오. 마개를 닫고 모든 구멍이 밀봉되어 있는지 확인하십시오. 유연한 튜브를 사용하여 Schlenk 플라스크의 측면 암을 Schlenk 라인에 연결하고 Schlenk 라인의 해당 밸브를 닫은 상태로 유지합니다. 플라스크의 마개와 진공 라인에 연결된 밸브를 열어 플라스크를 배출합니다. 진공이 설정되면 밸브를 닫으십시오. 불활성 가스 라인의 밸브를 열어 플라스크를 채웁니다. 불활성 가스가 채워지면 플라스크의 마개를 닫은 다음 라인에서 마개를 닫습니다.

액체를 얼리기 위해 액체 질소가 들어있는 Dewar에 플라스크를 담그십시오. 용매가 얼면 Schlenk 플라스크의 스톱콕과 Schlenk 라인의 밸브를 열어 플라스크의 진공을 당깁니다. 플라스크를 진공 상태로 유지하고 액체 질소 Dewar 내부에 약 10분 동안 보관합니다.

액체 질소 Dewar에서 플라스크를 제거합니다. 다음으로 마개를 닫아 밀봉합니다.

용매를 완전히 녹이기 위해 플라스크를 따뜻한 수조에 담그십시오. 이 과정에서 가스 기포가 용매에서 눈에 띄게 진화합니다. 액체를 방해하지 말고 용제가 저절로 해동되도록 하십시오.

용매가 완전히 해동되면 따뜻한 수조를 액체 질소 Dewar로 교체하고 용매를 다시 동결합니다.

용매가 얼면 Schlenk 플라스크와 Schlenk 라인의 스톱콕을 열어 플라스크의 진공을 당깁니다. 10분 후 플라스크와 슐렌크 라인의 마개를 닫은 다음 액체 질소 듀어를 제거합니다. 따뜻한 수조에서 용액을 다시 해동하십시오. 가스 기포가 용매에서 더 이상 발생하지 않을 때까지 이 과정을 반복합니다.

이 사이클이 완료되면 Schlenk 플라스크를 불활성 가스 아래에 밀봉합니다. 이렇게하려면 Schlenk 라인의 불활성 가스에 대한 밸브를 연 다음 플라스크의 스톱 콕을 열어 용매를 불활성 분위기에 노출시킵니다.

Schlenk 플라스크에 가스가 채워지면 Schlenk 플라스크와 Schlenk 라인 밸브를 닫습니다. 이제 솔루션의 가스가 제거되어 사용할 준비가 되었습니다.

탈기 기술은 특정 가스의 존재가 위험하거나 실험을 오염시킬 수 있는 응용 분야에서 매우 중요합니다.

유기 합성을 위한 용액의 가스 제거는 Schlenk 라인 시스템의 핵심 응용 분야입니다. 이 실험에서는 산소가 반응에 해로운 카드뮴 셀레나이드 나노 결정이 합성되었습니다. 먼저, 분자 전구체를 준비하고 가열했습니다. 혼합물을 진공 상태에서 가스를 제거한 다음 플라스크를 아르곤으로 플러시했습니다. 그런 다음 아르곤 분위기 하에서 반응을 완료했습니다.

밀러-유리(Miller-Urey) 실험은 생명의 기원에 초점을 맞춘 선구적인 연구이다. 이 실험은 원시 대기에 있는 가스들만 존재한다는 것을 요구한다. 먼저, 바다를 시뮬레이션하기 위해 물이 들어있는 밀폐된 둥근 바닥 플라스크에서 원시 대기를 재현했습니다. 번개를 시뮬레이션하는 전극이 장착되었습니다. 액체는 암모니아 및 메탄과 같은 원시 가스를 도입하기 전에 Schlenk 라인을 사용하여 가스를 제거했습니다.

가스가 들어있는 밀폐 된 플라스크를 시스템에서 제거했습니다. 그런 다음 원시 수프에서 번개를 시뮬레이션하기 위해 스파크를 수행했습니다. 많은 아미노산과 다른 작은 유기 분자가 생성되었습니다.

가스 제거는 주변 공기가 용액을 오염시키지 않는 경우 진공 챔버를 사용하여 수행할 수도 있습니다. 이 예에서 폴리디메틸실록산 기둥은 미리 준비된 금형에서 성형되었습니다. microfluidic 장치로 알려진 성형 장치는 소량의 액체를 미세하게 제어하는 데 사용됩니다. 이를 위해 PDMS 염기와 경화제의 10:1 질량비를 격렬하게 혼합했습니다. 그런 다음 용액을 진공 챔버에서 가스를 제거하여 모든 기포를 제거했습니다. 그런 다음 탈기된 폴리머를 주형 위에 붓고 오븐에서 경화시켰습니다. 그런 다음 장치를 금형에서 분리하여 액체의 표면 장력 특성을 연구하는 데 사용했습니다.

방금 동결-펌프-해동 기술을 사용한 용매 탈기에 대한 JoVE의 소개를 시청했습니다. 이제 Schlenk 라인 시스템에서 이 기술을 사용하는 방법을 더 잘 이해했을 것입니다.

시청해 주셔서 감사합니다!