6.17: Komora rękawicowa i czujniki zanieczyszczeń

1. Wnoszenie przedmiotów do schowka

1. Upewnij się, że przynoszone przedmioty zostały wysuszone w piekarniku (jeśli są szklane), a pojemniki są otwarte.
2. Sprawdź dziennik przedsionka, aby upewnić się, że jest pusty.
3. Napełnij przedsionek, ręcznie lub elektronicznie. Po napełnieniu 1 atm gazu obojętnego zamknij zawór wlotowy, aby odizolować komorę.
4. Otwórz przedsionek na zewnątrz i umieść przedmioty w komnacie.
5. Zamknij komorę i opróżnij się (ręcznie lub elektronicznie).
6. Wypełnij dziennik. Zazwyczaj użytkownicy podają swoje inicjały, przedmioty i czasy każdego cyklu.
7. Gdy pokrętło ciśnieniowe osiągnie minimalne ciśnienie, pozostaw przedsionek w próżni dynamicznej na 5 minut dla małego przedsionka i 20 minut dla dużego przedsionka.
8. Napełnij przedsionek gazem obojętnym; Zazwyczaj użytkownicy zasypują do ~ 0,75 atm, ponieważ zawór wlotowy łączy główną komorę z przedsionkiem.
9. Ewakuuj się i zanotuj godzinę.
10. Powtórz kroki 1.8-1.9, tak aby w sumie przedsionek został ewakuowany 3x.
11. Po 3 cyklach napełnić przedsionek gazem obojętnym i zamknąć dopływ gazu z wkładu.
12. Otwórz przedsionek od wewnątrz schowka i wnieś przedmioty do przedsionka.
13. Zamknij drzwi przedsionka i ewakuuj się z komnaty. Gdy komora rękawicowa znajduje się w stanie spoczynku, komory należy pozostawić w warunkach próżni dynamicznej.
14. Zaznacz w dzienniku, że procedura została zakończona, aby inni użytkownicy wiedzieli, że przedsionek jest wolny.

2. Wyjmowanie przedmiotów ze schowka

1. Zajrzyj do dziennika pokładowego, aby zobaczyć stan przedsionka. Upewnij się, że nie jest używany, a ostatnią operacją było wniesienie przedmiotu do przedsionka. Jeśli ostatnia operacja polegała na wyniesieniu przedmiotu, szybko napełnij/opróżnij przedsionek 3x gazem obojętnym. Ma to na celu upewnienie się, że nie ma powietrza resztkowego (Równanie 1) podczas otwierania przedsionka do komory rękawicowej.
2. Napełnij przedsionek gazem obojętnym i zamknij zawór łączący dopływ gazu obojętnego z komorą.
3. Otwórz przedsionek od wewnątrz schowka.
4. Załaduj przedmioty do komory i zamknij drzwi.
5. Od zewnętrznej strony schowka podręcznego otwórz drzwi przedsionka i wyjmij przedmioty.
6. Ewakuuj komorę.
7. Zwróć uwagę, że przedmioty zostały usunięte, a czas znajduje się w dzienniku pokładowym.

3. Zapewnienie dobrego środowiska pracy

1. Testowanie środowiska
   1. Wyłączyć pompę cyrkulacyjną.
   2. Wyłącz wszystkie wentylatory w głównej komorze schowka.
   3. Otwórz butelkę z roztworem dietylcynku w heksanach (często 1,0 M).
   4. Delikatnie zakręć butelką, aby zastąpić atmosferę gazową w butelce atmosferą w pudełku. Jeśli z butelki wydobywa się dym, oznacza to, że w atmosferze znajduje się O₂, woda lub rozpuszczalnik eterowy. Jeśli atmosfera jest zagrożona, należy zidentyfikować źródło niepożądanych zanieczyszczeń.
   5. Włącz czyszczenie na 5 minut.
   6. Wyłącz przedmuchiwanie i włącz pompę cyrkulacyjną.
2. Tworzenie radykalnego wskaźnika
   1. Wyłączyć pompę cyrkulacyjną.
   2. W komorze rękawicowej odważyć 5 mg benzofenonu i przenieść je do fiolki scyntylacyjnej o pojemności 20 ml.
   3. Odważyć ~ 500-1,000 mg sodu i przenieść to do fiolki scyntylacyjnej. Zakręć fiolkę.
   4. Dodaj 20 ml suchego tetrahydrofuranu (THF) i mieszadło. Zakręć fiolkę.
   5. Włącz przedmuchiwanie na co najmniej 15 minut przed ponownym włączeniem pompy cyrkulacyjnej.
   6. Pozwól reakcji mieszać przez 48 godzin lub do momentu, gdy roztwór zamieni się w ciemny, atramentowo-fioletowy roztwór. Roztwór powinien zmienić kolor z bezbarwnego na niebieski do fioletowego, a na dnie fiolki powinien znajdować się nadmiar sodu. Powinno to dać rozwiązanie o radykalnym ~ 1,4 mM.
3. Testowanie rozpuszczalnika ze wskaźnikiem dwurodnikowym
   Uwaga: Nowo zsyntetyzowany rodnik może być użyty do badania O₂ i zanieczyszczeń wodnych w rozpuszczalnikach.
   1. W przypadku testowania rozpuszczalnika eterowego należy wyłączyć pompę cyrkulacyjną. Niektóre grupy wymagają, aby cyrkulator był wyłączony przed otwarciem jakiejkolwiek substancji chemicznej w pudełku.
   2. Dodać jedną kroplę roztworu rodnika do 10 ml badanego rozpuszczalnika. Rozpuszczalniki, które można testować przy użyciu rodnika, to THF, eter dietylowy, toluen, benzen, heksany i pentan. Rodnik będzie reagował z chlorowanymi rozpuszczalnikami, pirydyną i innymi rozpuszczalnikami, które reagują z metalami alkalicznymi.
   3. Obserwuj kolor roztworu przez 1-2 minuty. Suchy rozpuszczalnik utrzyma kolor rodnika ketylowego w nieskończoność. Realistycznie rzecz biorąc, próbka powinna utrzymać kolor przez co najmniej 1-2 minuty. Kolory testu pozytywnego podano w Tabeli 1 poniżej.
   4. Zamknij wszystkie butelki z rozpuszczalnikiem i włącz przedmuchiwanie na co najmniej 15 minut. Ponownie włączyć pompę cyrkulacyjną.

Wrażliwe substancje, takie jak związki litoorganiczne lub metaloorganiczne, mogą gwałtownie reagować pod wpływem tlenu lub wody z powietrza. W związku z tym wymagane jest obojętne środowisko pracy, które można osiągnąć za pomocą komory rękawicowej.

Komora rękawicowa jest ważnym urządzeniem używanym w wielu laboratoriach, które umożliwia obsługę i przechowywanie związków wrażliwych na powietrze i wilgoć.

Ponadto może być używany do pomiaru wrażliwych substancji i przeprowadzania reakcji.

Ten film pokaże, jak obsługiwać komorę podręczną i jak zsyntetyzować wskaźnik do testowania tlenu i wody w suchych rozpuszczalnikach.

Ogólnie rzecz biorąc, schowek rękawicowy składa się z metalowej skrzyni z okienkami z poliwęglanu wyposażonymi w rękawice butylowe umożliwiające manipulację wewnątrz pudełka. Chemikalia i materiały eksploatacyjne są dostarczane do komory rękawicowej przez przedsionki, podczas gdy czujniki i panel sterowania służą do monitorowania i regulacji.

Ponadto funkcjonalność komory rękawicowej można rozszerzyć o dodatkowe wyposażenie, począwszy od przyłączy próżniowych, a skończywszy na zamrażarkach do przechowywania chemikaliów.

Atmosferę komory rękawicowej uzyskuje się za pomocą gazu obojętnego, takiego jak azot. Skrzynka jest gazoszczelna i pracuje pod nadciśnieniem, które jest kontrolowane przez elektroniczną regulację przepływu gazu do układu.

Obojętna atmosfera krąży w łożu katalizatora, które znajduje się poniżej komory rękawicowej.

Katalizator składa się z sit molekularnych i miedzi, które służą do utrzymania niskiego poziomu tlenu i wilgoci. Miedź reaguje z tlenem obecnym w atmosferze, podczas gdy sita molekularne absorbują wodę. Katalizator musi być regularnie regenerowany poprzez podgrzewanie go pod strumieniem wodoru i azotu, aby zapewnić jego aktywność.

Oprócz wilgoci i tlenu, katalizator mogą zostać zanieczyszczone przez różne rozpuszczalniki. Aby tego uniknąć, komora rękawicowa jest odizolowana podczas pracy z niekompatybilnymi chemikaliami.

Dodatkowo zanieczyszczenia mogą być wprowadzane przez przedsionek, który musi przejść wiele cykli opróżniania i przedmuchiwania, aby usunąć jak najwięcej powietrza. Za pomocą tego równania można obliczyć frakcję pozostałego powietrza.

Zawartość wilgoci i tlenu wewnątrz pudełka lub dowolnego suchego rozpuszczalnika można sprawdzić za pomocą czujników chemicznych. Dietylocynk służy do testowania pod kątem zanieczyszczeń wewnątrz pudełka, podczas gdy benzofenon sodu jest używany do rozpuszczalników.

Teraz, gdy znasz już podstawy, przyjrzyjmy się, jak obsługiwać schowek podręczny i testować tlen i wodę.

Zanim zaczniesz, zapoznaj się z instrumentem. Aby uzyskać szczegółową instrukcję użytkowania komory rękawicowej, obejrzyj nasz film w kolekcji bezpieczeństwa laboratoryjnego. Upewnij się, że szklane naczynia, które mają być wniesione, zostały wysuszone w piekarniku, a puste pojemniki są otwarte.

Sprawdź dziennik przedsionka, aby upewnić się, że jest pusty. Następnie napełnij przedsionek gazem obojętnym do 1 atm i zamknij zawór wlotowy, aby odizolować komorę.

Po oczyszczeniu komory otwórz ją z zewnątrz i umieść przedmioty w komorze. Zamknij komorę i ewakuuj ją.

Wypełnij dziennik, w tym inicjały, elementy i czasy każdego cyklu, podczas gdy komora się ewakuuje. Po osiągnięciu minimalnego ciśnienia pozostaw przedsionek pod dynamiczną próżnią między 5-20 minut.

Następnie za pomocą zaworu wlotowego ponownie przepłucz przedsionek, poczekaj, aż zostanie osiągnięty 1 atm i ponownie się opróżnij. Zanotuj godzinę i powtórz cykl. Na koniec napełnij komorę N2 i zamknij dopływ gazu obojętnego, gdy proces przedmuchiwania zostanie zakończony.

Teraz jesteś gotowy, aby otworzyć przedsionek z wnętrza schowka, aby wprowadzić przedmioty do środka. Po zakończeniu zamknij drzwi przedsionka, ewakuuj je i wypełnij dziennik.?

Sprawdź w dzienniku pokładowym, aby dowiedzieć się, jaki jest ostatni stan przedsionka i czy nie jest on używany. Powtórz proces oczyszczania, jeśli przedsionek był używany do wynoszenia przedmiotów jako ostatnia operacja. Następnie należy zamknąć zawór łączący dopływ gazu obojętnego, po napełnieniu przedsionka.

Otwórz drzwi od wewnątrz, załaduj przedmioty do komory i zamknij drzwi. Następnie otwórz komorę z zewnątrz i wyjmij przedmioty. Ewakuuj się z komory i wypełnij dziennik pokładowy.

Teraz, gdy jesteś już zaznajomiony z prawidłowym użytkowaniem komory rękawicowej, przyjrzyjmy się, w jaki sposób czujniki zanieczyszczeń mogą być używane do testowania tlenu i wody w atmosferze komory rękawicowej oraz różnych rozpuszczalników.

Aby przetestować atmosferę komory rękawicowej pod kątem poziomu tlenu i wody, najpierw wyłącz pompę cyrkulacyjną. Następnie otwórz butelkę z roztworem dietylcynku w heksanach wewnątrz schowka podręcznego.

Delikatnie zamieszać roztwór, aby zastąpić atmosferę gazową atmosferą komory rękawicowej wewnątrz butelki. Pojawiający się dym i biały osad wskazują na obecność tlenu, wody lub rozpuszczalnika eterowego w atmosferze. Następnie wyczyść schowek podręczny przez 5 minut, wyłącz przedmuchiwanie i ponownie włącz pompę cyrkulacyjną po zakończeniu.

Oprócz badania atmosfery w komorze rękawicowej, wskaźniki mogą być używane do testowania różnych rozpuszczalników pod kątem zanieczyszczeń tlenem i wodą. Najpierw wyłącz pompę cyrkulacyjną. Następnie otwórz butelkę z żądanym rozpuszczalnikiem i przenieś 10 ml do fiolki scyntylacyjnej. Dodaj jedną kroplę roztworu rodnika ketylowego, aby przetestować rozpuszczalnik i obserwować kolor przez 1-2 minut.

Jeśli rozpuszczalnik jest suchy, utrzyma fioletowy kolor rodnika ketylu w nieskończoność. Jeśli kolor zmieni się na niebieski, a następnie na bezbarwny, oznacza to, że rozpuszczalnik zawiera zanieczyszczenia. Na zakończenie zamknij wszystkie butelki z rozpuszczalnikiem, wyczyść schowek podręczny i ponownie włącz pompę cyrkulacyjną.

Komora rękawicowa jest szeroko stosowana do przenoszenia materiałów wrażliwych na powietrze i wilgoć w celu przeprowadzania reakcji, analiz spektroskopowych lub przechowywania związków w warunkach bezpowietrznych.

Na przykład rodnik ketylowy, który jest używany do testowania rozpuszczalników na obecność wody i tlenu, jest syntetyzowany przy użyciu komory rękawicowej. Aby przeprowadzić syntezę, zacznij od wyłączenia cyrkulatora. Odważyć 5 mg benzofenonu do 20 ml fiolki scyntylacyjnej. Następnie odważyć 0,5-1 g sodu i przenieść go do tej samej fiolki scyntylacyjnej wraz z mieszadłem. Dodać 20 ml suchego THF i zakręcić fiolkę.

Ponownie włączyć pompę cyrkulacyjną po opróżnieniu komory rękawicowej przez 15 minut. Mieszaj reakcję przez 48 godzin lub do momentu, gdy kolor zmieni się z bezbarwnego na niebieski do fioletowego. Po osiągnięciu koloru fioletowego rodnik ketylowy jest gotowy do użycia.

Oprócz wskaźników chemicznych, komora rękawicowa może być używana do syntezy związków wrażliwych na powietrze, takich jak 1,2-azaboryny.

W tym przykładzie N-H-B-etylo-1,2-azaboryna jest syntetyzowana począwszy od N-TBS-B-Cl-1,2-azaboryny przy użyciu komory rękawicowej i linii Schlenka. Wyizolowany związek jest następnie wykorzystywany do przygotowania kompleksu krystalicznego białko-ligand z oczyszczonymi mutantami lizozymu, a interakcje wiążące białka są badane za pomocą analizy dyfrakcji rentgenowskiej.

Właśnie obejrzeliście wprowadzenie JoVE do schowka rękawicowego i czujników chemicznych. Powinieneś teraz zrozumieć, jak obsługiwać komorę rękawicową, jak testować zanieczyszczenie wodą i tlenem oraz jak syntetyzować związki wrażliwe na powietrze i wilgoć. Dzięki za oglądanie!