2.5: Dondurarak Pompa-Çözdürme Döngüsü ile Sıvıların Gazdan Arındırılması

1. İlk olarak, istenen çözücüyü veya çözeltiyi bir Schlenk şişesine yerleştirin ve vanayı kapatın (Şekil 2a). Schlenk şişesindeki diğer tüm açıklıkları kapatın. Dikkat: Şişenin hacminin P'sinden fazlasını kullanmayın ve şişede çatlak veya kırık olup olmadığını kontrol edin. Aşırı doldurulmuş veya kırılmış bir şişe, işlem sırasında parçalanabilir.
2. Şişeyi bir Schlenk hattına takın ve Schlenk hattındaki ilgili vanayı kapalı tutun. Şişeyi sıvı nitrojen veya kuru buz bulamacı içeren bir Dewar'a daldırarak sıvıyı tamamen dondurun. (Şekil 2b). Dikkat: Dondurmadan önce, ortamın tamamen oksijensiz olduğundan emin olmak için Schlenk şişesini nitrojen gazıyla yıkayın.
3. Çözücü donduğunda, vakumlamak için Schlenk şişesindeki vanayı ve Schlenk hattındaki valfi açın (Şekil 2c). Şişeyi vakum altında ve soğutma banyosunun içinde yaklaşık 10 dakika tutun. Musluku kapatarak şişeyi kapatın (Şekil 2d).
4. Çözücüyü ılık su banyosu kullanarak eriyene kadar çözdürün. Bu prosedür sırasında gaz kabarcıkları çözücüden gözle görülür şekilde gelişir (Şekil 2e, 2f). Donmuş çözücünün kendi kendine yavaşça çözülmesine izin verin ve sıvıyı rahatsız etmeyin.
5. Çözücü çözüldükten sonra, ılık su banyosunu soğutma banyosuyla değiştirin ve çözücüyü yeniden dondurun.
6. Çözelti çözülürken gazın evrimini artık görmeyene kadar 3-5 arasındaki adımları tekrarlayın (Şekil 2g). Mevcut çözünmüş gaz yüzdesini en aza indirmek için en az üç döngü önerilir.
7. Üç döngünün tamamlanmasından sonra, Schlenk şişesi kullanılmadan önce nitrojen altında kapatılmalıdır (Şekil 2h). Schlenk hattındaki nitrojen gazı vanasını açın ve solventi bir nitrojen atmosferine maruz bırakmak için şişenin vanasını açın. Schlenk şişesi nitrojenle doldurulduktan sonra, son olarak şişeye giden valfi kapatın.
8. Solvent artık gazdan arındırılmıştır ve kullanıma hazırdır.

Şekil 2. Serbest pompa-çözdürme adımlarının detay fotoğrafları: (a) adım 1, çözücüyü şişeye yerleştirin; (b) Adım 2, çözücüyü kuru buzda (veya alternatif olarak sıvı nitrojen ile) dondurun; (c) adım 3, vakumu tanıtın; (d) adım 4, şişeyi vakum altında kapatın; (e), (f), adım 5, çözücüyü çözün ve gaz kabarcıklarının gelişimini gözlemleyin; (g) adım 7: Dondurma, çözme işlemini tekrarlayın (üç döngü önerilir); (h) Adım 8, çözücüyü nitrojen altında kapatın.

Sıvıların gazdan arındırılması, organik kimyadaki birçok kimyasal sentez tekniği için zorunludur. Gaz giderme, çözünmüş gazların bir sıvıdan uzaklaştırıldığı işlemi ifade eder. Gaz giderme, kimyasal türlerin oksijenle istenmeyen reaksiyonlara duyarlı olduğu durumlarda önemlidir. Donma-pompa-çözülme döngüsü, sıvıların küçük ölçekli gazdan arındırılması için kullanılan yaygın bir yöntemdir. Teknik, bir Schlenk hattı veya vakum/inert gaz çift manifoldu kullanılarak düşük basınç altında gerçekleştirilir. Bu video, laboratuvarda dondurarak pompalayarak çözdürme gaz giderme işleminin ilkelerini özetleyecektir.

Dondurarak pompalayarak çözdürme gaz giderme, gazın bir sıvıdaki çözünürlüğünün basınca bağımlılığından yararlanır. Bu yüzden açıldığında soda köpüğü köpürür, bu da Henry yasasının bir göstergesidir. Henry Yasasına göre, bir sıvı içinde çözünen bir gazın mol fraksiyonu, sıvının üzerindeki buhar fazındaki gazın kısmi basıncı ile doğru orantılıdır. Böylece, gazın sıvının üzerindeki basıncını düşürerek, çözünmüş gazın çözünürlüğü azalır ve daha sonra kabarcıklar halinde salınır.

Dondurarak pompayla çözülerek gaz giderme, önce çözücünün bir Dewar sıvı nitrojen veya kuru buz kullanılarak dondurulmasını içerir. Daha sonra bir vakum uygulanır ve donmuş çözücünün üzerindeki üst boşluk boşaltılır. Bu, sıvının üzerindeki üst boşluktaki basıncı azaltır, böylece çözünmüş gazın çözünürlüğünü düşürür.

Şişe daha sonra kapatılır ve çözücü çözülür, bu da çözünmüş gaz halindeki türlerin üst boşluğa salınmasını sağlar. Sıvı daha sonra yeniden dondurulur ve işlem gerektiği kadar tekrarlanır.

Dondurarak pompayı çözerek gaz giderme, bir vakum uygulamasının yanı sıra inert gazın verilmesini de içerdiğinden, tipik olarak bir Schlenk hattı kurulumu ile gerçekleştirilir. Bir Schlenk hattı, birden fazla porta sahip çift camlı bir manifolddan oluşur. Bu koleksiyonun Schlenk serisiyle ilgili videosu, bu cihaz hakkında daha fazla ayrıntıya girecektir. Artık dondurarak pompalama-çözdürme tekniğinin temelleri açıklandığına göre, prosedür laboratuvarda gösterilecektir.

İlk önce temiz, kuru bir Schlenk şişesi edinin. Şişede, işlem sırasında şişenin parçalanmasına neden olabilecek çatlak veya kırık olup olmadığını kontrol edin.

Schlenk şişesini bir kelepçe ile sabitleyin ve istenen çözücüyü veya çözeltiyi ekleyin. Hacmin %50'sinden fazlasını kullanmayın, çünkü bazı çözücüler donduktan sonra genişler ve bu da şişeyi parçalayabilir. Vanayı kapatın ve tüm açıklıkların kapatıldığından emin olun. Schlenk şişesinin yan kolunu bir parça esnek boru ile Schlenk hattına bağlayın ve Schlenk hattındaki ilgili valfi kapalı tutun. Şişeyi boşaltmak için şişedeki vanayı ve ayrıca şişeyi boşaltmak için vakum hattına bağlı valfi açın. Vakum kurulduktan sonra vanayı kapatın. Şişeyi doldurmak için inert gaz hattına giden vanayı açın. İnert gazla doldurulduktan sonra, şişedeki ve ardından hat üzerindeki vanaları kapatın.

Sıvıyı dondurmak için şişeyi sıvı nitrojen içeren bir Dewar'a daldırın. Çözücü donduğunda, şişede bir vakum çekmek için Schlenk şişesindeki vanayı ve Schlenk hattındaki valfi açın. Şişeyi vakum altında ve sıvı nitrojen Dewar'ın içinde yaklaşık 10 dakika tutun.

Şişeyi sıvı nitrojen Dewar'dan çıkarın. Ardından, musluğu kapatarak kapatın.

Çözücüyü tamamen eritmek için şişeyi ılık su banyosuna daldırın. Bu prosedür sırasında, gaz kabarcıkları çözücüden gözle görülür şekilde gelişecektir. Sıvıyı rahatsız etmeyin ve çözücünün kendi kendine çözülmesine izin vermeyin.

Çözücü tamamen çözüldükten sonra, ılık su banyosunu sıvı nitrojen Dewar ile değiştirin ve çözücüyü yeniden dondurun.

Çözücü donduğunda, şişede bir vakum çekmek için Schlenk şişesindeki ve Schlenk hattındaki vanayı açın. 10 dakika sonra, şişe ve Schlenk hattındaki vanayı kapatın, ardından sıvı nitrojen Dewar'ı çıkarın. Çözeltiyi tekrar ılık su banyosunda çözdürün. Çözücüden gaz kabarcıkları artık evrimleşmeyene kadar işlemi tekrarlayın.

Bu döngülerin tamamlanmasından sonra, Schlenk şişesini inert gaz altında kapatın. Bunu yapmak için, Schlenk hattındaki inert gaza giden vanayı açın ve ardından çözücüyü inert bir atmosfere maruz bırakmak için şişenin vanasını açın.

Schlenk şişesi gazla dolduğunda, Schlenk şişesini ve Schlenk hat valflerini kapatın. Çözelti artık gazdan arındırılmıştır ve kullanıma hazırdır.

Gaz giderme teknikleri, belirli gazların varlığının tehlikeli olduğu veya bir deneyi kirletebileceği uygulamalar için hayati önem taşır.

Organik sentez için çözeltilerin gazdan arındırılması, bir Schlenk hat sisteminin önemli bir uygulamasıdır. Bu deneyde, oksijenin reaksiyona zararlı olduğu kadmiyum selenit nanokristalleri sentezlendi. İlk olarak, moleküler öncüler hazırlandı ve ısıtıldı. Karışım vakum altında gazdan arındırıldı ve daha sonra şişe argon ile yıkandı. Reaksiyon daha sonra argon atmosferi altında tamamlandı.

Miller-Urey deneyi, yaşamın kökenlerine odaklanan öncü bir çalışmadır. Deney, yalnızca ilkel bir atmosferdeki gazların mevcut olmasını gerektirir. İlk olarak, ilkel atmosfer, okyanusları simüle etmek için su içeren kapalı yuvarlak tabanlı bir şişede yeniden yaratıldı. Yıldırımı simüle eden elektrotlarla donatıldı. Sıvı, amonyak ve metan gibi ilkel gazlar verilmeden önce bir Schlenk hattı kullanılarak gazdan arındırıldı.

Gazları içeren kapalı şişe sistemden çıkarıldı. Daha sonra ilkel çorbadaki şimşeği simüle etmek için kıvılcım çıkarıldı. Bir dizi amino asit ve diğer küçük organik moleküller üretildi.

Gaz giderme, ortam havasının çözeltiyi kirletmeyeceği durumlarda bir vakum odası kullanılarak da gerçekleştirilebilir. Bu örnekte, polidimetilsiloksan direkleri önceden hazırlanmış bir kalıptan kalıplanmıştır. Mikroakışkan cihazlar olarak bilinen kalıplanmış aparatlar, küçük hacimli sıvıları hassas bir şekilde kontrol etmek için kullanılır. Bunu yapmak için, PDMS bazının ve sertleştirici maddenin 10: 1 kütle oranı kuvvetli bir şekilde karıştırıldı. Çözelti daha sonra tüm kabarcıkları gidermek için bir vakum odasında gazdan arındırıldı. Gazdan arındırılmış polimer daha sonra kalıbın üzerine döküldü ve bir fırında sertleştirildi. Cihazlar daha sonra kalıptan ayrıldı ve sıvıların yüzey gerilimi özelliklerini incelemek için kullanıldı.

JoVE'nin dondurarak pompala-çözdür tekniğini kullanarak solventlerin gazdan arındırılmasına girişini az önce izlediniz. Artık bu tekniğin bir Schlenk hat sisteminde nasıl kullanılacağını daha iyi anlamış olmalısınız.

İzlediğiniz için teşekkürler!