6.5: Praca ze źródłami ciepła i zimna

1. Palnik Bunsena

1. Procedura bezpiecznego obchodzenia się z produktem
   1. Palnik Bunsena powinien być zawsze umieszczony w odległości nie mniejszej niż 12 cali od wszelkich półek górnych, sprzętu lub opraw oświetleniowych.
   2. Wszelkie substancje palne, takie jak papier lub chemikalia, nie powinny być przechowywane w obszarze przylegającym do palnika.
   3. Użytkownik powinien znać lokalizację gaśnicy.
   4. Niezbędna jest odpowiednia odzież. Użytkownik powinien nosić fartuch laboratoryjny, okulary ochronne i rękawice. Wszelkie długie włosy lub biżuterię powinny być związane z tyłu. Zaleca się usunięcie całej biżuterii noszonej podczas pracy z otwartym ogniem.
   5. Przed zapaleniem palnika należy sprawdzić, czy wąż podłączony do źródła gazu nie ma wycieków lub dziur.
   6. Każdy, kto pracuje w pobliżu, powinien zostać powiadomiony, że palnik będzie używany. Należy stosować odpowiednie oznakowanie, które ostrzega użytkowników o pracy palnika.
   7. Do rozpalenia palnika należy użyć zapalniczki z przedłużoną dyszą.
   8. Otwartego ognia nigdy nie należy pozostawiać bez nadzoru. Gaz należy odciąć natychmiast po użyciu.
   9. Palnik należy pozostawić do ostygnięcia przed obsługą lub czyszczeniem, jeśli to konieczne, po użyciu.
   10. W przypadku pożaru lub sytuacji awaryjnej należy natychmiast zadzwonić pod numer 911.

2. Płyty grzejne

1. Cechy płyt grzewczych
   1. Większość płyt grzewczych ma wbudowane mieszadło magnetyczne, które służy do przeprowadzania eksperymentów, które muszą być stale mieszane podczas podgrzewania.
   2. Powierzchnie większości płyt grzejnych są wykonane z aluminium lub ceramiki. Płytę grzejną należy dobrać w oparciu o wymagania temperaturowe i kompatybilność powierzchni z ogrzewanymi materiałami.
   3. Większość płyt grzejnych ma cyfrowy odczyt lub wejście termopary do utrzymywania żądanej temperatury.

1. Procedura bezpiecznego obchodzenia się z produktem
   1. Użytkownik powinien być dobrze zaznajomiony z obsługą płyty grzejnej. Powinien być świadomy funkcji różnych części przełączników włączania i wyłączania płyty grzejnej, regulatora temperatury, regulatora mieszadła i termopary, jeśli są używane. Jeśli wymagane jest mieszanie, wymagana będzie kąpiel o odpowiedniej temperaturze (e.g., olej silikonowy) i mieszadło. Pamiętaj, aby sprawdzić, czy wybrany płyn do kąpieli jest kompatybilny z temperaturami, w których zostanie przeprowadzony eksperyment.
   2. Odpowiedni strój laboratoryjny jest obowiązkowy. Użytkownik powinien nosić fartuch laboratoryjny, okulary ochronne i rękawice. Podczas pracy z gorącymi próbkami należy nosić rękawice chroniące przed wysoką temperaturą.
   3. Użytkownik powinien znać lokalizację gaśnicy. Nigdy nie należy używać ciekłego azotu ani wody do gaszenia ognia z kąpieli olejowej podgrzewanej na gorącej płycie. Woda nie miesza się z olejem i dlatego będzie nieskuteczna w gaszeniu płomieni pochodzących ze spalania oleju. Jeśli ciekły azot zostanie wylany na gorący olej, azot szybko wyparuje, powodując rozpryskiwanie się oleju.
   4. Szkło używane do ogrzewania powinno być odporne na ciepło, takie jak borokrzemian, i przed użyciem sprawdzone pod kątem uszkodzeń lub pęknięć.
   5. Użytkownik powinien być świadomy właściwości fizycznych i chemicznych podgrzewanych chemikaliów. W razie potrzeby należy zastosować skraplacze lub pracę w wentylowanym dygestorium.
   6. Każdy podgrzewany przedmiot musi być mniejszy niż płyta grzejna.
   7. Wszelkie łatwopalne lub palne chemikalia lub materiały należy trzymać z dala od gorących płyt.
   8. Zaleca się stosowanie płyt grzejnych wewnątrz dygestoria, zwłaszcza podczas podgrzewania materiałów lotnych lub potencjalnie toksycznych.
   9. Płyty grzejne nie powinny być używane do podgrzewania rozpuszczalników lub materiałów o bardzo niskiej temperaturze wrzenia, takich jak eter. Substancje te stwarzają znaczne ryzyko pożaru. Do takich materiałów należy stosować kąpiel wodną.
   10. Otwarta zlewka lub kolba z chemikaliami lub rozpuszczalnikami nigdy nie powinna być podgrzewana na gorącej płycie. Należy użyć skraplacza, aby zapobiec sublimacji chemikaliów podczas ogrzewania.
   11. Jeśli konieczne jest dodanie rozpuszczalników, gdy system jest już gorący, zamiast zwykłego lejka należy użyć lejka do zakraplania. Bezpośrednie dodanie rozpuszczalników może spowodować gwałtowny pożar.
   12. Nigdy nie należy umieszczać folii metalowej ani metalowych pojemników na płycie grzejnej. Może to spowodować uszkodzenie blatu i może prowadzić do łatwiejszego poparzenia użytkownika.
   13. Żadna płyta grzejna nie powinna być pozostawiona bez nadzoru. Po użyciu, gdy ogrzewanie jest wyłączone, płytę należy oznaczyć jako gorącą, aż całkowicie ostygnie.

   3. Suchy lód

   1. Procedura bezpiecznego obchodzenia się z produktem
      1. Suchy lód jest ekstremalnie zimny (-78,5 °C). Podczas obchodzenia się z nim należy nosić rękawice ochronne. Krótki dotyk może być nieszkodliwy, ale długotrwały kontakt może spowodować zamrożenie komórek skóry, powodując oparzenie skóry.
      2. Suchy lód należy przechowywać w pojemniku z polistyrenu w zamrażarce o temperaturze -80 °C, aby zminimalizować jego sublimację.
      3. Całkowicie hermetyczny pojemnik nigdy nie powinien być używany do przechowywania suchego lodu, ponieważ jego sublimacja do gazowego dwutlenku węgla może spowodować rozszerzenie się pojemnika, a w skrajnych przypadkach nawet eksplozję.
      4. Miejsce przechowywania powinno być odpowiednio wentylowane. Sublimowany gazowy dwutlenek węgla (który jest toksyczny w wyższych stężeniach) może opadać na niskie obszary i zastępować natlenione powietrze. Może to spowodować uduszenie, jeśli przez dłuższy czas przebywa się w obszarach o wysokim stężeniu CO₂.
      5. Po użyciu suchego lodu nigdy nie należy wyrzucać do zlewu ani kosza na śmieci. Można go pozostawić do odparowania w dygestorii lub przechowywać w zamrażarce.
      6. Suchy lód sublimuje w ilości około 5-10 funtów co 24 godziny (bloki wytrzymują dłużej) w typowej chłodziarce magazynowej¹. Dlatego zaplanuj zakup suchego lodu jak najbliżej czasu, w którym jest on potrzebny.
      7. W przypadku oparzeń suchym lodem obszar należy natychmiast umyć pod zimną wodą przez co najmniej 10 minut. Należy skontaktować się z osobą udzielającą pierwszej pomocy, która może zakryć obszar sterylnym opatrunkiem lub skierować osobę po pomoc medyczną.

   4. Ciekły azot

   1. Zagrożenia podstawowe
      1. Ciekły azot ma temperaturę wrzenia −195,79 °C, co w kontakcie może spowodować oparzenia skóry, a narażenie oczu może prowadzić do trwałego uszkodzenia oczu nawet przy krótkim narażeniu.
      2. Uduszenie to stan niedoboru tlenu. Ciekły azot może zwiększyć swoją objętość 695 razy, a po odparowaniu może powodować ekstremalny niedobór tlenu w otaczającym powietrzu, prowadząc do uduszenia, utraty przytomności i śmierci w ekstremalnych okolicznościach.
      3. Podczas przesyłania ciekłego azotu tlen w powietrzu otaczającym system hermetyzacji kriogenu może się rozpuścić i stworzyć środowisko wzbogacone w tlen. Podczas przenoszenia ciekłego azotu z dewara do innego naczynia należy zwrócić uwagę na zmniejszenie ekspozycji ciekłego azotu na otaczające powietrze ze względu na skraplanie tlenu. Temperatura wrzenia azotu jest niższa niż tlenu, co prowadzi do szybszego parowania tlenu, a następnie wzrostu stężenia cieczy O₂ w N₂. Oprócz powodowania oparzeń (jak każdy inny kriogen), płynny O₂ jest łatwopalny i należy się z nim odpowiednio obchodzić. Urządzenia wymagające chłodzenia kriogenicznego powinny być wolne od materiałów palnych, aby ograniczyć występowanie pożarów i wybuchów. Skondensowany tlen w zimnej wymrażarce może łączyć się z materiałem organicznym w pułapce, tworząc mieszaninę wybuchową².
   2. Procedury bezpiecznego obchodzenia się z produktem
      1. Stosowanie ciekłego azotu powinno odbywać się w dobrze wentylowanych pomieszczeniach.
      2. Specjalne pojemniki zamknięte próżniowo, zwane dewarami, mogą wytrzymać niskie temperatury kriogenów i powinny być używane do przechowywania i transportu. Kriogeny nigdy nie powinny być przechowywane w szczelnie zamkniętych pojemnikach.
      3. Ciekły azot nie powinien być przechowywany w odkrytych pojemnikach przez dłuższy czas.
      4. Butle do przechowywania lub kolby Dewara nie powinny być wypełnione w więcej niż 80%.
      5. Pojemników z ciekłym azotem nigdy nie należy dotykać gołymi rękami. Ekstremalne zimno może spowodować, że skóra przyklei się do ścianek pojemnika.
      6. Odpowiednia odzież podczas pracy z ciekłym azotem jest obowiązkowa. Należy nosić fartuchy laboratoryjne, okulary ochronne, buty z zakrytymi palcami i rękawice termiczne. Podczas wylewania ciekłego azotu z dużych pojemników należy również nosić maski/przyłbice na twarz, ponieważ płyn ma tendencję do dużego rozpryskiwania się, zwłaszcza po wlaniu do dużego naczynia.
      7. W przypadku zagrożeń lub sytuacji awaryjnych osoba dotknięta chorobą powinna zostać przeniesiona do bardzo dobrze wentylowanego pomieszczenia i należy wezwać lekarza.

Stosowanie technik ekstremalnych temperatur jest istotną częścią badań naukowych i procesów przemysłowych. Dlatego odpowiednie szkolenie w zakresie bezpieczeństwa jest warunkiem wstępnym, aby uniknąć obrażeń.

Wysokie temperatury są często wymagane do reakcji chemicznych lub destylacji. Otwarty ogień jest często używany do sterylizacji i modyfikacji sprzętu laboratoryjnego i medycznego.

Z drugiej strony, bardzo niskie temperatury są często niezbędne do kontrolowania wysoce egzotermicznych reakcji i chłodzenia instrumentów, takich jak spektrometr magnetycznego rezonansu jądrowego lub linia Schlenka.

Płyty grzejne i palniki Bunsena są powszechnie używane do pracy w wysokich temperaturach, podczas gdy suchy lód lub ciekły azot są stosowane do ekstremalnego chłodzenia. Jednak wszystkie te źródła mogą stanowić poważne zagrożenia, jeśli nie będą traktowane ostrożnie.

Ten film zilustruje niebezpieczny charakter technik ekstremalnych temperatur, jak bezpiecznie obsługiwać i pracować z tymi źródłami oraz co robić w sytuacji awaryjnej.

Palnik Bunsena wykorzystuje metan, propan lub butan do wytworzenia otwartego płomienia. Temperaturę tego płomienia można z grubsza regulować w zakresie 250-1200 stopni Celsjusza.

Dla porównania, płyta grzejna składa się z płaskiej powierzchni wykonanej z aluminium lub ceramiki i wykorzystuje energię elektryczną do wytwarzania ciepła. Płyty grzejne nie mają otwartego ognia i mogą być dokładniej sterowane w zakresie temperatur w zakresie 50-350?C.

W razie potrzeby wyższe temperatury można osiągnąć za pomocą specjalnych płyt grzewczych sięgających do 1250?C. Aby uniknąć zagrożenia pożarowego, z otwartym ogniem i wysokimi temperaturami gorących źródeł należy obchodzić się bardzo ostrożnie.

Źródła zimna również mogą być niebezpieczne. Suchy lód, który jest stałą formą dwutlenku węgla, zapewnia temperaturę do -78°C. Oprócz oparzeń zimnem, nadmierna sublimacja suchego lodu może prowadzić do nagromadzenia się gazowego dwutlenku węgla w bardzo krótkim czasie, stwarzając niebezpieczeństwo hiperkapnii.

Wreszcie, ciekły azot - płyn kriogeniczny - jest używany, gdy konieczne są jeszcze niższe temperatury. Może zapewnić temperaturę kąpieli tak niską jak -196?C.

Ciekły azot może zwiększyć swoją objętość 695 razy, a po odparowaniu może powodować ekstremalny niedobór tlenu w otaczającym powietrzu, prowadząc do uduszenia, utraty przytomności i śmierci w ekstremalnych warunkach.

Ponadto długotrwałe narażenie na skórę może szybko doprowadzić do odmrożeń. Krótka ekspozycja na płyny do oczu może trwale uszkodzić oczy.

Teraz, gdy wiesz już o właściwościach i zagrożeniach związanych ze źródłami ciepła i zimna, przyjrzyjmy się, jak bezpiecznie pracować z tymi komponentami.

Przed użyciem jakiegokolwiek gorącego źródła zapoznaj się z lokalizacją gaśnicy i koca gaśniczego. Zdejmij biżuterię i zwiąż długie włosy. Zawsze noś fartuch laboratoryjny, okulary ochronne, buty z zakrytymi palcami i rękawice. Należy również rozważyć użycie rękawic termoochronnych, które skutecznie izolują do 650 °C.

Oczyść obszar z wszelkich substancji palnych, takich jak papier czy chemikalia. Umieść palnik Bunsena z dala od urządzeń napowietrznych lub opraw oświetleniowych na co najmniej 12 cali. Sprawdź połączenie węża ze źródłem gazu pod kątem wycieków i użyj odpowiedniego oznakowania, aby powiadomić, że palnik pracuje. Do rozpalenia palnika użyj zapalniczki z przedłużoną dyszą.

Po uruchomieniu palnika Bunsena nigdy nie pozostawiaj otwartego ognia bez nadzoru. Kiedy skończysz, zamknij zawór na palniku Bunsena, natychmiast odetnij gaz i zamknij połączenie ze źródłem gazu, pozwalając palnikowi ostygnąć przed obsługą lub czyszczeniem po użyciu.

Wiele płyt grzewczych jest wyposażonych we wbudowane mieszadło magnetyczne, cyfrowy odczyt i wejście termopary do regulacji i utrzymywania temperatury.

Podobnie jak w przypadku palnika Bunsena, poznaj lokalizację gaśnicy i jej typ. Nigdy nie używaj wody ani ciekłego azotu do gaszenia pożaru w kąpieli olejowej, ale zamiast tego gaśnicy klasy B.

Zawsze noś środki ochrony osobistej podczas pracy z płytą grzejną. Podczas podgrzewania substancji lotnych i niebezpiecznych należy usunąć materiały łatwopalne lub palne z okolic płyty grzejnej i umieścić płytę grzejną w okapie.

Po zapoznaniu się z właściwościami i skalą eksperymentu wybierz odpowiednią wielkość płyty grzejnej, żaroodporne i pozbawione pęknięć szkło wykonane z borokrzemianu oraz kąpiel olejową.

Upewnij się, że temperatura eksperymentu jest niższa od temperatury zapłonu kąpieli olejowej. Zawsze używaj skraplacza podczas podgrzewania lotnych rozpuszczalników lub substancji.

Jeśli do podgrzanego eksperymentu konieczne jest dodanie rozpuszczalnika, należy użyć wkraplacza wyrównującego ciśnienie. Nie dodawaj rozpuszczalnika bezpośrednio, ponieważ może to spowodować gwałtowny pożar. Podobnie jak w przypadku palnika Bunsena, nie pozostawiaj płyty grzejnej bez nadzoru.

Materiały o bardzo niskiej temperaturze wrzenia, takie jak eter dietylowy, powinny być podgrzewane przy użyciu łaźni wodnej zamiast kąpieli olejowej, aby uniknąć znacznego ryzyka pożaru.

Jeśli do ogrzewania używana jest folia metalowa lub metalowe pojemniki, takie jak bloki aluminiowe, należy zachować szczególną ostrożność i ostrożność. W porównaniu do kąpieli olejowej nie można sprawdzić, czy jest gorąco czy zimno, dlatego zawsze sprawdzaj temperaturę termometrem i używaj rękawic żaroodpornych.

Teraz, gdy dowiedziałeś się już o korzystaniu z gorących źródeł, przyjrzyjmy się drugiej skrajności - zimnym źródłom.

Suchy lód należy przechowywać w pojemniku styropianowym i jeśli to możliwe w chłodni, aby zminimalizować sublimację. Przechowuj suchy lód w odpowiednio wentylowanych pomieszczeniach, aby uniknąć hiperkapnii. Nie używaj całkowicie hermetycznego pojemnika, aby uniknąć rozszerzania się pojemnika i możliwej eksplozji spowodowanej sublimacją suchego lodu.

Podczas obchodzenia się z suchym lodem należy nosić ochronny sprzęt osobisty. Dla dodatkowej ochrony możesz założyć rękawice kriogeniczne, które zawierają wielowarstwową izolację przed niskimi temperaturami. Ponadto, aby uzyskać i przetransportować niewielkie ilości suchego lodu, należy użyć dużej plastikowej szufelki i styropianowego wiadra.

Po zakończeniu włóż czysty suchy lód z powrotem do pojemnika do przechowywania lub pozwól mu się uszlachetnić. Jeśli kąpiel chłodząca została wykonana przy użyciu suchego lodu, należy go wyrzucić do pojemnika na odpady niebezpieczne. Nigdy nie wyrzucaj suchego lodu bezpośrednio do zlewu lub kosza na śmieci.

Ciekły azot jest przechowywany i przetwarzany za pomocą Dewarsa, który jest rodzajem dwuściennych pojemników z próżnią między ściankami.

Zawsze noś ochronny sprzęt osobisty podczas pracy z ciekłym azotem. Obejmuje to rękawice izolacyjne i maskę na twarz, zwłaszcza podczas nalewania ciekłego azotu, ponieważ płyn ma tendencję do rozpryskiwania się.

Upewnij się, że wszystkie pomieszczenia są dobrze wentylowane. Podczas przenoszenia ciekłego azotu nigdy nie napełniaj Dewara więcej niż 80% i nigdy nie zamykaj szczelnie pojemnika, aby zapobiec wzrostowi ciśnienia. Ponadto należy zachować dodatkowe środki ostrożności podczas korzystania z linii Schlenk. Jeśli wymrażarka jest zanurzona w ciekłym azocie i zasysane jest powietrze, może skraplać tlen w pułapce chłodzącej, tworząc wybuchowe mieszaniny ciekłego tlenu z materiałami organicznymi w odwadniaczu.

Pamiętaj, że gorące i zimne źródła mogą stanowić zagrożenie i zagrożenie dla zdrowia.

W przypadku małego pożaru użyj odpowiedniej gaśnicy. Jeśli pożar jest zbyt duży, włącz alarm przeciwpożarowy lub zadzwoń pod numer 911. Ewakuuj się z budynku zgodnie z instrukcjami awaryjnymi swojej instytucji.

W przypadku oparzenia skóry spowodowanego gorącym źródłem, trzymaj dotknięty obszar pod zimną wodą przez co najmniej 10 minut. W przypadku zimnego oparzenia trzymaj dotknięty obszar pod letnią, a nie gorącą wodą przez co najmniej 10 minut. Nie należy pocierać dotkniętego obszaru, nałożyć sterylny opatrunek i zwrócić się o dalszą pomoc lekarską.

W przypadku rozpryskiwania się bardzo gorących lub zimnych substancji w oczach, natychmiast przepłukać je dużą ilością wody za pomocą płynu do płukania oczu i zasięgnąć porady lekarza.

W przypadku zawrotów głowy lub utraty przytomności, podczas pracy z ciekłym azotem lub suchym lodem, należy przenieść osobę dotkniętą chorobą do dobrze wentylowanego pomieszczenia i w razie potrzeby zwrócić się o dalszą pomoc lekarską.

Właśnie obejrzałeś wprowadzenie JoVE do pracy z gorącymi i zimnymi źródłami. Powinieneś teraz zrozumieć zagrożenia związane z tymi materiałami, jak bezpiecznie z nimi pracować i co robić w przypadku sytuacji awaryjnej, takiej jak pożar lub oparzenie. Jak zawsze, dziękujemy za oglądanie!