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Operando a GloveBox

Operating the Glovebox

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Lab Safety

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JoVE Science Education Lab Safety

Operating the Glovebox

6.1: Proper Personal Protective Equipment

6.16: Decontamination for Laboratory Biosafety

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07:57 min

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April 30, 2023

Overview

Robert M Rioux, Ajay Sathe, Zhifeng Chen, Universidade Estadual da Pensilvânia, University Park, PA

Um porta-luvas é um gabinete isolado que é projetado para manter uma atmosfera inerte. A manipulação de produtos químicos ou aparelhos é feita através do uso de luvas, que permitem a operação enquanto ainda mantém uma atmosfera inerte. Uma pressão positiva é utilizada para compensar quaisquer vazamentos passivos. Os objetos podem ser transferidos para dentro e para fora da caixa usando uma antecâmara que age como uma câmara de ar entre a caixa e a atmosfera externa¹. Um porta-luvas pode ter vários pares de luvas associados a ele, dependendo do tamanho da caixa.

Principles

O porta-luvas funciona contendo um laço de circulação fechado que utiliza um soprador, encanamento e um purificador para manter os níveis H₂O e O₂ inferiores a 1 ppm. A atmosfera é purificada pela circulação do ar através de um leito catalisador para remover umidade e oxigênio. Os catalisadores incluem partículas baseadas em cobre para remover O₂ e peneiras moleculares para remover H₂O. Após 3-6 meses de uso, os catalisadores precisam ser regenerados isolando os catalisadores do porta-luvas e expondo-os abaixo de 5% H₂ em N₂ e aquecimento para reduzir o óxido de cobre formado ao cobre metálico. Certos produtos químicos voláteis, como compostos halogenados e espécies fortemente coordenadas (tials) devem ser excluídos do porta-luvas porque têm uma alta propensão para envenenar os catalisadores. Em vez disso, experimentos envolvendo esses tipos de produtos químicos devem ser conduzidos em uma linha Schlenk.

O treinamento inicial e o bom funcionamento são importantes para o uso seguro do porta-luvas. Todos os produtos químicos devem ser desgaseados e secos antes de serem colocados no porta-luvas. Os vasos de vidro ou frascos devem ser evacuados antes da colocação na antecâmara para evitar a explosão devido à diferença de pressão. Os sharps devem ser cuidadosamente manuseados e evitados, se possível, ao trabalhar com o porta-luvas para evitar possíveis danos à luva. Além disso, luvas secundárias de nitrito devem ser usadas para proteger a luva quando se trabalha com solventes. Soluções aquosas, álcoois e acetona não devem ser usados no porta-luvas para garantir que o ambiente do porta-luvas esteja livre de H₂O e O_2,o que pode ajudar a proteger a luva durante sua vida útil. Em comparação com o porta-luvas, há menos requisitos quanto à adequação das amostras para a linha Schlenk. No entanto, há outras preocupações de segurança ao usar a linha schlenk, como garantir que o vidro não seja rachado, a possibilidade de pressurização excessiva da linha de vidro schlenk, e o uso de nitrogênio líquido na armadilha da bomba poderia levar à possível condensação de oxigênio, se houver um vazamento na linha schlenk.

Procedure

1. Transferir objetos para a caixa de luvas

Certifique-se de que ambas as portas estão fechadas (esta deve ser a posição padrão). Se a câmara estiver sob vácuo, encha-a com nitrogênio girando a válvula para encher.
Abra a porta externa e transfira o objeto na câmara. Deslize o objeto o mais fundo possível, o que facilita alcançá-lo de dentro do porta-luvas. Feche a porta isolando a antecâmara do ambiente. NÃO aperte a porta, vá apenas um quarto de volta mais longe.
Uma vez que as portas estejam fechadas, gire a válvula para evacuar a câmara, e espere até que a pressão esteja em um nível de vácuo aceitável. Em seguida, encha a câmara com nitrogênio, girando a válvula para reabastecer. Repita este ciclo pelo menos 3 vezes.
Uma vez que os ciclos de purga e evacuação estejam completos, encha a câmara com nitrogênio e, em seguida, abra a porta interna para o porta-luvas. Remova o objeto da antecâmara e coloque em um local seguro no porta-luvas. Feche prontamente a porta para a antecâmara.
Com as portas fechadas, gire a válvula na antecâmara para aspirar, e deixe-a lá. Esta é a posição padrão da antecâmara quando não está em uso.

2. Transferir objetos para fora da caixa de luvas

Certifique-se de que a antecâmara esteja cheia de nitrogênio. Se você não tem certeza sobre o estado da câmara, evacuar e encher a câmara com nitrogênio pelo menos 3 vezes.
Abra a porta interna e transfira o objeto para a câmara. Se o objeto incluir produtos químicos, certifique-se de que está devidamente selado. Em seguida, feche a porta interna para a antecâmara.
Abra a porta externa e remova o objeto(s).
Feche a porta externa e vire a válvula para evacuar. A condição padrão para a antecâmara é estar sob vácuo.

3. Produtos químicos e aparelhos

Certifique-se de que todos os aparelhos que você transfere para o porta-luvas estão secos.
Qualquer produto químico que seja levado no porta-luvas deve ser seco e desoxigenado. É melhor usar solventes DriSolv. Se estes não estiverem disponíveis, seria preferível usar garrafas de solvente que não foram abertas fora do porta-luvas.
Leve apenas a quantidade necessária de produtos químicos para dentro do porta-luvas, garrafas de reagente completoS NÃO devem ser acolhidas (a menos que o reagente tenha que ser armazenado permanentemente na caixa).
Use frascos de 20 mL para transferir sólidos e líquidos não voláteis. Enrole a parte superior dos frascos com lenços de laboratório e use um elástico para segurar o lenço no lugar. Isso permite que o ar acima do sólido/líquido seja evacuado.
Durante a transferência de líquidos voláteis, use frascos teflon stoppered.
Tenha muito cuidado ao usar agulhas e lâminas no porta-luvas. As luvas são extremamente delicadas, e qualquer punção pode comprometer a atmosfera na caixa.
Depois de terminar seu trabalho, tire todos os aparelhos prontamente e limpe a área.
Armazene quaisquer produtos químicos que tenham sido sintetizados em um local apropriado dentro da caixa e rotule-o adequadamente.
Deixe o responsável pela caixa saber se algum dos materiais de consumo dedicados ao glovebox está ficando sem bateria.

4. Solventes

Ao tomar solventes, certifique-se de usar os frascos de fundo redondo com rolha de Teflon, e use apenas solventes desoxigenados secos a partir dos alambiques solventes ou como ordenados de fornecedores químicos.
Todas as garrafas de solvente armazenadas na caixa devem ser tampadas o tempo todo.
Vapores solventes podem danificar as luvas e, portanto, qualquer derramamento de solvente deve ser prontamente limpo com lenços umedecidos de laboratório e, em seguida, removidos, uma vez que vapores de solventes voláteis permanecerão.
Coloque as garrafas de solvente de volta no local apropriado depois de terminar de usá-las.

5. Descarte de resíduos

Descarte os resíduos em béquers de lixo devidamente rotulados.
Recapitulando as agulhas após o uso antes de descartá-las.
Se o recipiente de resíduo estiver cheio depois de usá-lo, tire-o da caixa e descarte-o corretamente nos resíduos do laboratório e substitua prontamente o recipiente de resíduos no porta-luvas.
Limpe qualquer derramamento no chão do porta-luvas e descarte resíduos no lixo do MISC.
A garrafa de resíduos líquidos DEVE ser tampada o tempo todo.

6. Dicas Gerais

Não insira/remova as mãos das luvas rapidamente. Fazê-lo rapidamente causará uma mudança brusca de pressão na caixa, o que pode levar ao ar ambiente do ambiente externo acessando o porta-luvas através de quaisquer micro poros nas luvas.
Tenha muito cuidado ao usar agulhas e lâminas no porta-luvas. As luvas são extremamente delicadas, e qualquer punção pode comprometer a atmosfera na caixa.
Certifique-se de que as câmaras são sempre deixadas sob vácuo após o uso.
Desligue o soprador usando a tela principal ao manusear aminas, fosfinos ou quaisquer outros voláteis, uma vez que eles podem danificar os catalisadores.
Mantenha um diário de bordo de todas as atividades do porta-luvas, incluindo manutenção realizada no porta-luvas.
Realizar manutenção (troca de óleo da bomba de vácuo, regeneração do sistema de purificação) em um cronograma regular.

Um porta-luvas é um importante dispositivo usado em laboratórios de pesquisa e indústria para trabalhar com compostos sensíveis ao ar e à água, e materiais radioativos e de risco biológico.

Um porta-luvas fornece um ambiente isolado e fechado com uma atmosfera inerte.

As luvas são usadas para trabalhar com os produtos químicos e instrumentos dentro da caixa permitindo o manuseio de materiais muito sensíveis, o que nem sempre é possível com uma linha Schlenk.

Este vídeo ilustrará como funciona um porta-luvas e como gerenciar com segurança o uso de produtos químicos, solventes e resíduos dentro da caixa.

A atmosfera inerte dentro de um porta-luvas é estabelecida por um sistema de circulação fechado usando um soprador, plumagem e um sistema de purificação de gás. O purificador garante que os níveis de água e oxigênio sejam mantidos abaixo de 1 ppm circulando pela atmosfera. O catalisador contendo cobre presente no purificador converte oxigênio em óxido de cobre. Enquanto peneiras moleculares são usadas para absorver e remover as moléculas de água.

Além disso, bombas de vácuo e gás inerte garantem que nenhuma contaminação seja introduzida ao passar produtos químicos ou instrumentos através da antecâmara para o porta-luvas.

Para introduzir materiais e objetos no porta-luvas, primeiro verifique se ambas as portas da antecâmara estão fechadas. Encha a câmara com nitrogênio girando a válvula para encher, se a câmara estiver inicialmente sob vácuo.

Abra a porta externa e transfira o objeto desejado na câmara, certificando-se de deslizar a bandeja o mais fundo possível para facilitar o alcance do interior do porta-luvas. Em seguida, feche a porta externa da antecâmara cuidadosamente e gire a válvula para evacuar.

Espere até que a pressão atinja um nível de vácuo aceitável e, em seguida, gire a válvula para reabastecer, para que a câmara seja purgada com nitrogênio à pressão atmosférica normal.

Use luvas de algodão ou nitrito e entre lentamente nas luvas do porta-luvas. Tenha cuidado ao inserir as mãos nas luvas, pois um movimento muito repentino pode causar uma rápida mudança de pressão levando ao vazamento de ar de fora da caixa através de qualquer micro poros. Além disso, use luvas de nitrito sobre as luvas do porta-luvas para protegê-las contra solventes e produtos químicos.

Agora abra a porta interna do porta-luvas e remova os objetos da antecâmara e coloque-os em um local seguro no porta-luvas, em seguida, feche prontamente a porta.

Com ambas as portas fechadas, gire a válvula para o vácuo, que é a posição padrão da antecâmara quando não estiver em uso.

Rotule e armazene quaisquer produtos químicos sintetizados em um local apropriado dentro do porta-luvas. Remova qualquer outro objeto assim que terminar e limpe a área.

Certifique-se sempre de que todos os produtos químicos e recipientes estejam devidamente lacrados antes da transferência. Certifique-se de que a antecâmara esteja cheia de nitrogênio antes de ejetar seus materiais. Se você não tiver certeza, repita o ciclo de evacuação três vezes.

Abra a porta interna, coloque os objetos dentro da antecâmara e feche a porta. Em seguida, abra a porta externa e remova seus objetos. Feche a porta e gire a válvula para evacuar e deixe-a nesta condição padrão.

Manter a atmosfera inerte do porta-luvas é essencial para um ambiente de trabalho seguro. Portanto, é preciso assegurar-se o manuseio especial de produtos químicos, solventes e equipamentos.

Certifique-se de sempre transferir apenas objetos secos e reagentes para o porta-luvas para manter a atmosfera inerte e baixos níveis de oxigênio e água.

Os produtos químicos, incluindo solventes, devem ser secos e desoxigenados. Use uma nova garrafa do produto químico desejado para evitar produtos químicos que contenham uma maior quantidade de contaminantes absorvidos do ar.

Certos produtos químicos voláteis, como tiais, aminas ou halógenos podem envenenar o catalisador tornando-o menos eficiente. Portanto, use uma linha Schlenk para compostos como estes, se possível. Desligue o soprador, se um porta-luvas tiver que ser usado, para minimizar o envenenamento por catalisadores.

Além disso, evite introduzir soluções aquosas e álcoois no porta-luvas para manter baixos níveis de água e oxigênio.

Use apenas a quantidade necessária de reagentes e nunca transfira garrafas completas de reagente para o porta-luvas, a menos que esses reagentes sejam armazenados permanentemente na caixa. Frascos podem ser usados para a transferência de sólidos e líquidos não voláteis dentro do porta-luvas.

Todos os reagentes precisam passar pelo ciclo de limpeza de evacuação, por isso enrolar o topo dos frascos com lenços de laboratório e proteger com um elástico.

Além disso, os vasos de vidro precisam ser evacuados antes da inserção na antecâmara para evitar explosões devido à diferença de pressão. E objetos afiados, como agulhas e lâminas de barbear, devem ser manuseados com cuidado extra para evitar perfurar as luvas do porta-luvas.

Uma vez no porta-luvas, as garrafas de solvente e química devem ser sempre tampadas e colocadas de volta no local apropriado para armazenamento. Os derramamentos devem ser prontamente apagados e absorventes como lenços de laboratório removidos para evitar danos às luvas dos vapores.

Rotule corretamente todos os recipientes de resíduos designados dentro do porta-luvas. As garrafas de resíduos líquidos devem ser tampadas o tempo todo e as agulhas recapeadas após o uso antes de descartá-las, e em caso de derramamento qualquer material de limpeza deve ser descartado nos resíduos sólidos.

Se o recipiente estiver cheio, transfira-o para fora do porta-luvas e descarte os resíduos adequadamente nos resíduos de laboratório. Substitua o recipiente de resíduos no porta-luvas prontamente.

A manutenção deve ser realizada para garantir a longevidade do porta-luvas. Altere regularmente o óleo da bomba de vácuo, 5% de hidrogênio em nitrogênio e aquecimento para reduzir o óxido de cobre formado.

Além disso, certifique-se de que as câmaras são sempre deixadas sob vácuo.

Você acabou de assistir a introdução de JoVE para trabalhar com um porta-luvas. Agora você deve entender como um porta-luvas funciona, como transferir objetos com segurança dentro e fora da caixa, e como lidar com produtos químicos, solventes e resíduos. Obrigado por assistir!

Applications and Summary

Luvas são essencialmente dispositivos no laboratório de pesquisa para manipulação de produtos químicos sensíveis ao ar e à água que não são facilmente trabalhados em uma linha Schlenk. Luvas são particularmente úteis para a transferência de produtos químicos para vasos incompatíveis com os conjuntos da linha Schlenk. O bom funcionamento, a boa limpeza e a manutenção de um porta-luvas de laboratório garantem que experimentos sensíveis possam ser realizados sem exposição a oxigênio e água.

References

Ashby and R. D. Schwartz J. Chem. Educ., 1974, 51 (1), p 65
Glovebox Use Guidelines, University of Houston, 2009.
Standard Operating Procedures, Bartlett Group, University of Michigan, 2016.

Transcript

A glove box is an important device used in research laboratories and industry to work with air- and water sensitive compounds, and radioactive and biohazardous materials.

A glove box provides an isolated and enclosed environment with an inert atmosphere.

The gloves are used to work with the chemicals and instruments inside the box allowing for handling of very sensitive materials, which is not always possible with a Schlenk line.

This video will illustrate how a glove box works and how to safely manage the use of chemicals, solvents, and waste inside the box.

The inert atmosphere inside a glove box is established by a closed circulating system using a blower, pluming, and a gas purification system. The purifier ensures that the water and oxygen levels are kept below 1 ppm by circulating the atmosphere. The copper containing catalyst present in the purifier converts oxygen to copper oxide. While molecular sieves are used to absorb and remove the water molecules.

Furthermore, vacuum pumps and inert gas ensure that no contamination is introduced when passing chemicals or instruments through the antechamber into the glove box.

To introduce materials and objects into the glove box, first check if both doors of the antechamber are closed. Fill the chamber with nitrogen by turning the valve to fill, if the chamber is initially under vacuum.

Open the outer door, and transfer the desired object in the chamber, making sure to slide the tray as deep as possible to facilitate easier reach from the inside of the glove box. Then close the outer antechamber door carefully and turn the valve to evacuate.

Wait until the pressure reaches an acceptable vacuum level and then turn the valve to refill, so the chamber will be purged with nitrogen to normal atmospheric pressure.

Wear cotton or nitrile gloves and enter the gloves of the glove box slowly. Be careful when inserting hands into the gloves, because a too sudden movement can cause a rapid pressure change leading to air leakage from outside inside the box through any micro pores. Also, wear nitrile gloves over the glove box gloves to protect them against solvents and chemicals.

Now open the inner door to the glove box and remove the objects from the antechamber and place them in a safe location in the glove box, then promptly close the door.

With both doors closed, turn the valve to vacuum, which is the default position of the antechamber when not in use.

Label and store any synthesized chemicals in an appropriate location within the glove box. Remove any other objects as soon as you are done and clean the area.

Always make sure that all chemicals and containers are properly sealed before the transfer. Make sure the antechamber is filled with nitrogen before ejecting your materials. If you are unsure, repeat the evacuation-purging cycle three times.

Open the inner door, place the objects inside the antechamber, and close the door. Then, open the outer door and remove your objects. Close the door and turn the valve to evacuate and leave it at this default condition.

Maintaining the glove box’s inert atmosphere is essential for a safe working environment. Therefore special handling of chemicals, solvents, and equipment has to be assured.

Make sure to always transfer only dry objects and reagents into the glove box to maintain the inert atmosphere and low levels of oxygen and water.

Chemicals, including solvents, have to be dry and deoxygenated. Use a new bottle of the desired chemical to avoid chemicals containing a higher amount of contaminants absorbed from the air.

Certain volatile chemicals such as thiols, amines, or halogens can poison the catalyst making it less efficient. Therefore use a Schlenk line for compounds like these, if possible. Shut off the blower, if a glove box has to be used, to minimize catalyst poisoning.

Furthermore, avoid introducing aqueous solutions and alcohols into the glove box to maintain low levels of water and oxygen.

Use only the required amount of reagents and never transfer full reagent bottles into the glove box, unless these reagents will be permanently stored in the box. Vials can be used for the transfer of solids and non-volatile liquids inside the glove box.

All reagents need to undergo the evacuation-purging cycle, therefore wrap the top of the vials with lab wipes and secure with a rubber band.

Additionally, glass vessels need to be evacuated before insertion into the antechamber to prevent explosions due to the pressure difference. And sharp objects such as needles and razor blades should be handled with extra care to avoid puncturing the gloves of the glove box.

Once in the glove box, solvent and chemical bottles should always be capped and placed back in the appropriate location for storage. Spills must be promptly wiped off and absorbents such as lab wipes removed to avoid damage to the gloves from vapors.

Properly label all designated waste containers inside the glove box. Liquid waste bottles must be capped at all times and needles recapped after use before disposing of them, and in case of a spill any clean up material should be disposed in the solid waste.

If the waste container is full, transfer it out of the glove box and dispose of the waste appropriately in the laboratory waste. Replace the waste container in the glove box promptly.

Maintenance should be performed to ensure longevity of the glove box. Regularly change the vacuum pump oil, 5% hydrogen in nitrogen and heating to reduce the formed copper oxide.

Furthermore, make sure the chambers are always left under vacuum.

You’ve just watched JoVE’s introduction to working with a glove box. You should now understand how a glove box operates, how to safely transfer objects inside and outside the box, and how to handle chemicals, solvents, and waste. Thanks for watching!

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