Bij modern experimenteel onderzoek worden bij veel chemische reacties, materiaalvoorbereiding en monsterverwerkingsprocedures extreem strenge eisen gesteld aan de omgeving. Zo mag er bijvoorbeeld geen water, zuurstof, stof of een specifieke inerte gasatmosfeer aanwezig zijn. THijhandschoenenkastje, als eenEen experimenteel apparaat dat op effectieve wijze externe storingen uit de omgeving kan isoleren, is een onmisbaar hulpmiddel geworden in vakgebieden als scheikunde, materiaalkunde, elektronica en biomedische wetenschap.handschoenenkastje biedt onderzoekers een controleerbare, afgesloten werkruimte, waardoor experimenten nauwkeurig onder de vooraf ingestelde omgevingsomstandigheden kunnen worden uitgevoerd. Dit verlegt de grenzen van experimenteel onderzoek aanzienlijk.
De basisstructuur van het handschoenenkastje
De kernfunctieHet doel van het dashboardkastje is om een specifieke interne omgeving te creëren en te behouden. Het structurele ontwerp is op dit doel gericht en bestaat voornamelijk uit de volgende belangrijke componenten:
De doos is het belangrijkste werkgebied van het handschoenenkastje, meestalGemaakt van roestvrij staal, met een hoge sterkte, corrosiebestendigheid en uitstekende luchtdichtheid. De grootte van de box wordt bepaald op basis van de experimentele vereisten. Kleine handschoenkasten kunnen worden gebruikt voor het verwerken van kleine monsters, terwijl grote boxen geschikt zijn voor complexe experimentele opstellingen. Transparante observatievensters zijn in de boxwanden verwerkt, meestal gemaakt van polycarbonaat of gehard glas, zodat operators de interne processen duidelijk kunnen observeren en tegelijkertijd mogelijke drukveranderingen in de box kunnen weerstaan.
De transferkamer is de belangrijkste verbinding tussen de box en de buitenwereld. Deze wordt gebruikt om monsters, reagentia of experimentele apparatuur over te brengen zonder de interne omgeving van de box te verstoren. De transferkamer is meestal cilindrisch of vierkant, met aan beide uiteinden afgesloten deuren die verbinding maken met de binnen- en buitenkant van de box. Plaats bij het overbrengen van items eerst de items in de transferkamer en sluit de buitendeur. Vervolgens worden door middel van vacuümzuigen, vullen met inerte gassen, enz. de interne en externe omgeving van de kamer in evenwicht gebracht, waarna de binnendeur wordt geopend om de items in de box te plaatsen, en vice versa. Sommige geavanceerde transferkamers hebben ook verwarmings- en koelfuncties om te voldoen aan speciale monsteroverdrachtsbehoeften.
De operatiehandschoenen vormen de brug tussen de operator en de interne omgeving van het handschoenenkastje. Ze zijn meestal gemaakt van materialen die bestand zijn tegen chemische corrosie en een goede flexibiliteit hebben, zoals nitrilrubber, chloropreenrubber of fluorrubber. De handschoenen zijn via speciale flensverbindingen afgedicht verbonden met het handschoenenkastje, zodat de handen van de operator flexibel in het kastje kunnen komen voor diverse handelingen, zonder dat er gas uit het kastje lekt en er gassen van buitenaf binnendringen. De maat en dikte van de handschoenen kunnen worden gekozen op basis van de operationele vereisten. Sommige handschoenen zijn ook slijtvast en bestand tegen hoge en lage temperaturen.
Het werkingsprincipe van het handschoenenkastje
Het belangrijkste werkingsprincipe van de handschoenenkast is het creëren en handhaven van een specifieke gasomgeving in een afgesloten ruimte door middel van gasbeheersing en -zuivering. Tegelijkertijd maakt het de veilige overdracht en verwerking van monsters mogelijk.
Ten eerste moet de oorspronkelijke omgeving van het handschoenenkastje worden ingesteld door deze te vervangen door inerte gassen (zoals stikstof en argon). Wanneer de apparatuur wordt gestart, worden de kast en de overgangskamer geëvacueerd tot een bepaald vacuümniveau om de interne lucht (met zuurstof, vocht, enz.) te verwijderen. Vervolgens wordt inert gas ingebracht tot de ingestelde druk. Dit proces van vacuümvullen met gas moet mogelijk meerdere keren worden herhaald om ervoor te zorgen dat de lucht in het kastje volledig wordt vervangen, waardoor de zuurstof- en vochtconcentraties worden verlaagd tot het vereiste niveau (meestal onder 1 ppm).
Tijdens het experiment werkt het gaszuiveringssysteem continu. Het gas in de box stroomt door de zuiveringskolom, aangedreven door de circulatieventilator. Wanneer het gas door de moleculaire zeef stroomt, wordt het vocht geadsorbeerd; wanneer het door de zuurstofverwijderaar stroomt, reageert de zuurstof chemisch met de zuurstofverwijderaar (zoals koperhoudende zuurstofverwijderaars die met zuurstof reageren om koperoxide te vormen) en wordt verwijderd; eventuele vluchtige organische stoffen worden geadsorbeerd door actieve kool. Het gezuiverde gas keert terug naar de box en vormt een gesloten kringloop, waardoor de concentratie van onzuiverheden zoals vocht en zuurstof gedurende lange tijd extreem laag blijft.
Het werkingsprincipe van de overgangskamer is gebaseerd op drukbalans en gasvervanging. Wanneer het nodig is om het monster over te brengen naar de box, wordt de buitendeur van de overgangskamer geopend, wordt het monster erin geplaatst en wordt de buitendeur gesloten. Vervolgens wordt de overgangskamer geëvacueerd om de interne lucht te verwijderen en wordt inert gas ingebracht om een drukbalans met de box te bereiken. Ten slotte wordt de binnendeur geopend en wordt het monster in de box geplaatst. In het tegenovergestelde geval, bij het verwijderen van het monster, wordt het monster in de overgangskamer geplaatst, wordt de binnendeur gesloten, wordt de overgangskamer geëvacueerd en wordt vervolgens lucht (of andere gassen, indien nodig) ingebracht, waarna de buitendeur wordt geopend om het monster te verwijderen. Dit proces zorgt ervoor dat de inerte gasomgeving in de box niet wordt verstoord door de buitenlucht tijdens de monsteroverdracht.
Classificatie van handschoenkastjes
Op basis van verschillende classificatiecriteria kunnen handschoenkastjes worden onderverdeeld in verschillende typen. Elk type heeft zijn eigen unieke ontwerp en toepasbare scenario's.
Afhankelijk van de interne gasomgeving kunnen handschoenkasten worden geclassificeerd als inerte gashandschoenkasten en anaërobe handschoenkasten. Inerte gashandschoenkasten worden voornamelijk gebruikt om een inerte gasomgeving te handhaven en zijn geschikt voor experimenten die gevoelig zijn voor zuurstof en vocht, zoals de synthese van metaalorganische verbindingen en de bereiding van lithiumbatterijmaterialen. Veelgebruikte inerte gassen zijn argon of stikstof. Anaërobe handschoenkasten zijn specifiek ontworpen om een anaërobe omgeving te creëren en regelen doorgaans de concentratie koolstofdioxide om te voldoen aan de experimentele vereisten van anaërobe microbiële teelt en biologische materiaalafbraak. Het interne gas in anaërobe handschoenkasten is meestal een mengsel van stikstof, waterstof en koolstofdioxide (waterstof wordt gebruikt om resterende zuurstof te verwijderen).
Afhankelijk van de structuur kunnen handschoenkasten worden onderverdeeld in enkelkamer-, dubbelkamer- en meerkamer-handschoenkasten. Enkelkamer-handschoenkasten hebben een eenvoudige structuur, bestaande uit slechts één hoofd- en één overgangskast, en zijn geschikt voor kleinschalige experimenten of monsterverwerking. Dubbelkamer-handschoenkasten bestaan uit één hoofd- en twee overgangskasten, die respectievelijk kunnen worden gebruikt voor het inbrengen en uitnemen van monsters, wat de operationele efficiëntie verbetert en kruisbesmetting voorkomt, en zijn geschikt voor middelgrote experimentele operaties. Meerkamer-handschoenkasten bestaan uit meerdere hoofd- en overgangskasten, en de compartimenten kunnen onderling worden verbonden of onafhankelijk van elkaar worden aangestuurd, geschikt voor complexe meerstapsexperimenten of geïntegreerde productielijnen, zoals het continue voorbereidingsproces van halfgeleidermaterialen.
Toepassingen van handschoenkastjes
Handschoenenkastjes spelen een cruciale rol in diverse wetenschappelijke onderzoeks- en industriële sectoren, omdat ze de interne omgeving nauwkeurig kunnen regelen.
Op het gebied van chemische synthese vereisen veel gevoelige verbindingen een strikt aseptische en zuurstofvrije omgeving. Handschoenenkastjes vormen het ideale platform. Organische metaalverbindingen (zoals Grignard-reagentia en organische lithiumreagentia) zijn bijvoorbeeld extreem gevoelig voor water en zuurstof. Ze ontbinden snel in de lucht, maar in een handschoenenkastje kunnen onderzoekers veilig wegen, oplossen en reacties uitvoeren, waardoor de reactieopbrengst en productzuiverheid worden verhoogd. Bovendien kunnen handschoenenkastjes in onderzoek naar coördinatiechemie en katalytische reacties de interferentie van onzuiverheidsgassen met het reactiesysteem voorkomen, waardoor de nauwkeurigheid en reproduceerbaarheid van experimentele resultaten worden gewaarborgd.
Correct gebruik en onderhoud van dashboardkastjes
Een juist gebruik en onderhoud van handschoenkastjes zijn van cruciaal belang om een stabiele werking te garanderen en de levensduur ervan te verlengen.
Voor gebruik is een uitgebreide inspectie noodzakelijk. Controleer eerst de afdichting van de handschoenen op beschadigingen, scheuren of loszittende onderdelen. Dit kunt u controleren door de handschoenen op te blazen en te kijken of er lekkage is. Controleer vervolgens de aansluiting van de gasleidingen en de werking van de kleppen. Controleer vervolgens of de zuiveringsmaterialen van het gaszuiveringssysteem effectief zijn (bijvoorbeeld of de moleculaire zeef zijn werking heeft verloren of de deoxidator defect is). Vervang deze indien nodig. Controleer ten slotte de weergave van verschillende parameters van het besturingssysteem om er zeker van te zijn dat de zuurstof- en vochtdetectoren nauwkeurig zijn gekalibreerd.
Vermijd krachtige bewegingen tijdens de operatie om beschadiging van de handschoenen door overmatig rekken te voorkomen. Volg bij het overbrengen van monsters strikt de bedieningsprocedures van de overdrachtskamer om voldoende vacuüm en opblazing te garanderen en schade aan de interne omgeving van de doos te voorkomen. Open bij verhitting of het genereren van vluchtige gassen in de doos de uitlaatklep om de druk op de juiste manier af te laten en overmatige druk in de doos te voorkomen. Operators dienen geschikte beschermende uitrusting te dragen, zoals laboratoriumjassen en -brillen, om direct contact met mogelijk schadelijke stoffen in de doos te vermijden.
