В современных экспериментальных исследованиях многие химические реакции, процедуры подготовки материалов и обработки образцов предъявляют чрезвычайно строгие требования к окружающей среде, например, отсутствие воды, кислорода, пыли или наличие определенных инертных газов.онбардачок, какЭкспериментальное устройство, способное эффективно изолировать внешние помехи окружающей среды, стало незаменимым основным инструментом в таких областях, как химия, материаловедение, электроника и биомедицина.бардачок предоставляет исследователям контролируемое замкнутое рабочее пространство, гарантируя проведение экспериментов точно в заданных условиях окружающей среды, что значительно расширяет границы экспериментальных исследований.
Базовая конструкция перчаточного ящика
Основная функцияПерчаточный бокс предназначен для создания и поддержания определённой внутренней среды. Его конструкция ориентирована на эту цель и состоит в основном из следующих ключевых компонентов:
Ящик – это основная рабочая зона перчаточного ящика, обычноИзготовлен из нержавеющей стали и отличается высокой прочностью, коррозионной стойкостью и превосходной герметичностью. Размер бокса определяется в соответствии с требованиями эксперимента. Небольшие перчаточные боксы могут использоваться для работы с небольшими образцами, а большие — для размещения сложных экспериментальных установок. Прозрачные смотровые окна, встроенные в стенки бокса, обычно из поликарбоната или закалённого стекла, позволяют операторам чётко наблюдать за внутренними процессами, выдерживая возможные перепады давления внутри бокса.
Передаточная камера – это ключевой проход, соединяющий бокс с внешним миром, используемый для переноса образцов, реагентов или экспериментального оборудования без нарушения внутренней среды бокса. Передаточная камера обычно имеет цилиндрическую или квадратную форму с герметичными дверцами с обоих концов, которые соединяются с внутренней и внешней частями бокса. При переносе предметов сначала поместите их в передаточную камеру и закройте внешнюю дверцу. Затем, с помощью вакуумирования, заполнения инертными газами и т. д., внутренняя и внешняя среды камеры выравниваются, и внутренняя дверца открывается для перемещения предметов в бокс, и наоборот. Некоторые современные передаточные камеры также имеют функции нагрева и охлаждения для удовлетворения особых требований к переносу образцов.
Рабочие перчатки служат связующим звеном между оператором и внутренней средой перчаточного бокса. Они обычно изготавливаются из материалов, устойчивых к химической коррозии и обладающих хорошей гибкостью, таких как нитриловый, хлоропреновый или фторкаучук. Перчатки герметично соединяются с боксом посредством специальных фланцевых соединений, что позволяет рукам оператора свободно входить в бокс для выполнения различных операций, предотвращая утечку газа из бокса и проникновение внешних газов. Размер и толщина перчаток могут быть выбраны в соответствии с эксплуатационными требованиями. Некоторые перчатки также обладают износостойкостью, устойчивостью к высоким и низким температурам.
Принцип работы вещевого ящика
Основной принцип работы перчаточного бокса заключается в создании и поддержании определённой газовой среды в герметичном пространстве посредством контроля и очистки газа. При этом обеспечивается безопасная передача и работа с образцами.
В первую очередь необходимо создать начальную среду в боксе, заполнив его инертными газами (например, азотом, аргоном). При запуске оборудования бокс и переходная камера вакуумируются до определённого уровня вакуума для удаления внутреннего воздуха (содержащего кислород, влагу и т.д.), после чего в них подается инертный газ до заданного давления. Этот процесс вакуумирования и заполнения газом может потребоваться повторить несколько раз, чтобы обеспечить полную замену воздуха внутри бокса и снизить концентрацию кислорода и влаги до требуемого уровня (обычно ниже 1 частей на миллион).
В ходе эксперимента система газоочистки работает непрерывно. Газ внутри бокса протекает через очистную колонну, приводимую в движение циркуляционным вентилятором. При прохождении газа через молекулярное сито происходит адсорбция влаги; при прохождении через дезоксигенизатор кислород вступает в химическую реакцию с дезоксигенизатором (например, дезоксигенизаторы на основе меди, реагирующие с кислородом с образованием оксида меди) и удаляется; при наличии летучих органических веществ активированный уголь адсорбирует их. Очищенный газ возвращается в бокс, образуя замкнутый контур, поддерживающий концентрацию примесей, таких как влага и кислород, на крайне низком уровне в течение длительного времени.
Принцип работы переходной камеры основан на выравнивании давления и замене газа. При необходимости переноса образца в бокс, наружная дверца переходной камеры открывается, образец помещается внутрь, а наружная дверца закрывается. Затем переходная камера вакуумируется для удаления внутреннего воздуха и вводится инертный газ для достижения выравнивания давления с боксом. Наконец, внутренняя дверца открывается, и образец перемещается в бокс. В противном случае, при извлечении образца, образец помещается в переходную камеру, внутренняя дверца закрывается, переходная камера вакуумируется, затем вводится воздух (или другие газы по мере необходимости), и наружная дверца открывается для извлечения образца. Этот процесс гарантирует, что инертная газовая среда внутри бокса не будет нарушена наружным воздухом во время переноса образца.
Классификация перчаточных ящиков
На основании различных критериев классификации перчаточные боксы можно разделить на несколько типов, каждый из которых имеет свою уникальную конструкцию и области применения.
В зависимости от внутренней газовой среды перчаточные боксы можно разделить на перчаточные боксы с инертным газом и анаэробные перчаточные боксы. Перчаточные боксы с инертным газом в основном используются для поддержания инертной газовой среды и подходят для экспериментов, чувствительных к кислороду и влаге, таких как синтез металлоорганических соединений и получение материалов для литиевых аккумуляторов. Обычно используемые инертные газы — аргон или азот. Анаэробные перчаточные боксы специально разработаны для создания анаэробной среды и обычно контролируют концентрацию углекислого газа для удовлетворения экспериментальных требований анаэробного культивирования микроорганизмов и разложения биологических материалов. Внутренний газ в анаэробных перчаточных боксах в основном представляет собой смесь азота, водорода и углекислого газа (водород используется для удаления остаточного кислорода).
В зависимости от конструктивной формы перчаточные боксы можно разделить на однокамерные, двухкамерные и многокамерные. Однокамерные перчаточные боксы имеют простую конструкцию, состоят только из одного основного бокса и одного переходного бокса, и подходят для экспериментов небольшого масштаба или обработки образцов. Двухкамерные перчаточные боксы содержат один основной бокс и два переходных бокса, которые могут использоваться для ввода и извлечения образцов соответственно, повышая эксплуатационную эффективность и предотвращая перекрестное загрязнение, и подходят для экспериментальных работ среднего масштаба. Многокамерные перчаточные боксы состоят из нескольких основных боксов и переходных боксов, а отсеки могут быть соединены между собой или управляться независимо, что подходит для сложных многоэтапных экспериментов или интегрированных производственных линий, таких как непрерывный процесс получения полупроводниковых материалов.
Применение перчаточных ящиков
Перчаточные боксы, способные точно контролировать внутреннюю среду, играют важнейшую роль в различных областях научных исследований и промышленности.
В области химического синтеза многие чувствительные соединения требуют строго асептической и бескислородной среды. Перчаточные боксы становятся идеальной рабочей площадкой. Например, органические соединения металлов (такие как реактивы Гриньяра и органические литийсодержащие реагенты) чрезвычайно чувствительны к воде и кислороду. Они быстро разлагаются на воздухе, но в перчаточном боксе исследователи могут безопасно проводить взвешивание, растворение и проводить реакции, тем самым увеличивая выход реакции и чистоту продукта. Более того, в исследованиях координационной химии и каталитических реакций перчаточные боксы позволяют избежать влияния примесных газов на реакционную систему, обеспечивая точность и воспроизводимость экспериментальных результатов.
Правильное использование и обслуживание перчаточных боксов
Правильное использование и обслуживание перчаточных боксов имеют решающее значение для обеспечения их стабильной работы и продления срока службы.
Перед использованием необходимо провести тщательную проверку. Во-первых, проверьте герметичность перчаток на наличие повреждений, трещин или неплотностей. Это можно проверить, надув перчатки и определив наличие утечек. Во-вторых, проверьте подключение газопроводов и работу клапанов. Затем проверьте эффективность очистных материалов системы газоочистки (например, не потеряло ли свою активность молекулярное сито или не вышел ли из строя раскислитель). При необходимости замените их. Наконец, проверьте отображение различных параметров системы управления, чтобы убедиться в правильности калибровки датчиков кислорода и влаги.
Во время работы избегайте резких движений, чтобы предотвратить повреждение перчаток из-за чрезмерного растяжения. При переносе образцов строго соблюдайте правила эксплуатации передаточной камеры, чтобы обеспечить достаточную вакуумизацию и нагнетание воздуха, а также не повредить внутреннюю среду бокса. При нагревании или образовании летучих газов внутри бокса откройте выпускной клапан для надлежащего сброса давления и предотвращения его избыточного образования. Операторы должны использовать соответствующие средства защиты, такие как лабораторные халаты и защитные очки, чтобы избежать прямого контакта с потенциально опасными веществами внутри бокса.
