Quelle: Labor von Dr. Neil Branda – Simon Fraser Universität

Entgasung bezeichnet den Prozess, durch den gelösten Gase aus einer Flüssigkeit entfernt werden. Das Vorhandensein von gelösten Gasen wie Sauerstoff oder Kohlendioxid behindern kann chemische Reaktionen, die empfindlichere Reagenzien zu nutzen, spektroskopische Messungen stören oder unerwünschte Blasenbildung auslösen können.

Eine Reihe von verschiedenen Techniken stehen zur Entgasung von Flüssigkeiten; einige von Ihnen gehören Heizung, Agitation mit Ultraschall, chemische Entfernung von Gasen, Substitution mit Inertgas durch Blasenbildung und Frost-Tausalz-Pumpe Radfahren. Frost-Tausalz-Pumpe Radfahren ist eine gemeinsame und effektive Methode zur Entgasung von geringem Umfang, und wird hier im Detail nachgewiesen werden.

Frost-Tausalz-Pumpe Entgasung erfolgt unter vermindertem Druck mit einen hohen Vakuum/Inertgas Doppel Verteiler. Der Prozess umfasst zunächst das Lösungsmittel mit flüssigem Stickstoff oder ein Trockeneis/Isopropanol-Slurry einfrieren. Ist dann ein Vakuum angelegt und der Gasraum über dem gefrorenen Lösungsmittel wird evakuiert. Der Kolben wird verschlossen und das Lösungsmittel ist aufgetaut, so dass die Freisetzung von gelösten gasförmigen Arten. Die Frost-Tausalz-Pumpe wiederholt ist in der Regel für mindestens zwei weitere Zyklen, den Anteil von gelösten Gasen zu verringern. ^1,2

Diese Methode nutzt die Druckabhängigkeit der Löslichkeit des Gases in einer Flüssigkeit. In Korrespondenz mit Henry Gesetz (Gleichung 1)ist die Konzentration des Gases (C_Aq) in einer Flüssigkeit aufgelöst direkt Proportional (k), der Partialdruck des Gases (P_Gas) in der Dampf-phase oberhalb der Flüssigkeit unter konstanter Temperatur, Volumen und Druck. ³

C-_Aq = kP_Gas (Gleichung 1)

Verringert den Druck des Gases über der Flüssigkeit wird die Löslichkeit des gelösten Gases in der Flüssigkeit zu verringern. Daher, um das Flüssiggas Phase Gleichgewicht wiederherzustellen, gelöste Gas aus der Flüssigkeit als eine Blase erscheint.

In der folgenden Prozedur wird die Frost-Tausalz-Pumpe Fahrtechnik mit Benzol mit flüssigem Stickstoff und warmem Leitungswasser als externe Kühlung und Erwärmung Bäder, bzw. nachgewiesen werden. Der Versuchsaufbau erforderlich, um diese Technik besteht aus einer vielfältigen Schlenk Doppellinie mit angeschlossenen Vakuum und Stickstoff Quellen. Die Schlenk-Linie ist mit kompatibel Vakuumschlauch Linien (Abbildung 1) für den Anschluss an entsprechende Glaswaren, z. B. einem Schlenk-Kolben ausgestattet. ^1,2

Abbildung 1. Foto der Schlenk-Linie mit Vakuum und Stickstoffquellen ausgestattet.

1. Zunächst legen Sie die gewünschten Lösungsmittel oder Lösung in einem Schlenk-Kolben und schließen Sie den Absperrhahn (Abbildung 2a). Dichten Sie alle anderen Öffnungen auf der Schlenk-Kolben. Vorsicht: nicht mehr als 50 % des Volumens des Kolbens zu verwenden und den Kolben auf Risse oder Brüche zu inspizieren.  Eine überfüllte oder gebrochenen Kolben kann während des Prozesses zerbrechen.
2. Eine Schlenk-Linie die Küvette beimessen und das entsprechende Ventil aufs Schlenk geschlossen halten. Frieren Sie die Flüssigkeit vollständig durch Eintauchen des Kolbens in einem mit flüssigem Stickstoff oder ein Trockeneis Schlicker Dewar. (Abb. 2 b). Vorsicht: vor dem Einfrieren, spülen den Schlenk-Kolben mit Stickstoffgas um sicherzustellen, dass die Umwelt völlig frei von Sauerstoff.
3. Wenn das Lösungsmittel fixiert ist, öffnen Sie den Absperrhahn auf der Schlenk-Kolben und das Ventil auf die Schlenk Linie Vakuum (Abbildung 2 c). Halten Sie die Flasche unter Vakuum und in das kühlende Bad für ca. 10 min.  Versiegeln Sie den Kolben durch die Schließung der Absperrhahn (Abb. 2d).
4. Tauen Sie das Lösungsmittel, bis es schmilzt, mit einem warmen Wasserbad. Während dieses Vorgangs entstehen Gasblasen sichtbar aus dem Lösungsmittel (Zahlen 2e, 2f). Die gefrorenen Lösungsmittel von selbst langsam auftauen lassen und tun, nicht um die Flüssigkeit zu stören.
5. Sobald das Lösungsmittel aufgetaut, ersetzen Sie die warmen Wasserbad mit dem kühlenden Bad und Einfrieren Sie das Lösungsmittel wieder.
6. Wiederholen Sie die Schritte 3 bis 5, bis Sie nicht mehr die Entwicklung des Gases als Lösung taut (Abbildung 2 g sehen). Ein Minimum von drei Zyklen wird empfohlen, den Prozentsatz des gelösten Gases vorhanden zu minimieren.
7. Nach der Fertigstellung von drei Zyklen sollte der Schlenk-Kolben unter Stickstoff vor Gebrauch (Abb. 2 h) versiegelt werden. Öffnen Sie das Gasventil Stickstoff auf der Schlenk-Linie und der Absperrhahn des Kolbens, das Lösungsmittel in einer Stickstoffatmosphäre verfügbar zu machen. Sobald der Schlenk-Kolben mit Stickstoff gefüllt ist, schließen Sie das Ventil in den Kolben endlich.
8. Das Lösungsmittel ist jetzt entgast und einsatzbereit.

Abbildung 2: Detailbilder der Pumpe-Tauwetter Schritte: (a) Schritt 1, setzen Lösungsmittel in Kolben; (b) Schritt 2, Einfrieren des Lösungsmittels in Trockeneis (oder alternativ mit flüssigem Stickstoff); (C) Schritt 3, Einführung von Vakuum; (d) Schritt 4, verschließen Sie die Flasche unter Vakuum; (e), (f), Schritt 5, tauen Sie das Lösungsmittel und beobachten die Entwicklung der Gasbläschen; (g) Schritt 7 wiederholen Freeze Thaw-Vorgang (drei Zyklen empfohlen); (h) Schritt 8, das Lösungsmittel unter Stickstoff zu versiegeln.

Die Entfernung von gelösten Gasen ist wichtig in Wissenschaft und Industrie. Oft ist es erforderlich, für die Aufrechterhaltung der Qualität der Maschinen und Laborgeräte für verschiedene chemische Reaktionen zu schützen und erhalten genaue Messwerte für die Chromatographie und Spektralphotometrie.

Reaktionen, die verwenden oder Luft empfindlichen Reagenzien, z. B. zu generieren, metallorganische Verbindungen Thiole, Phosphines und Elektron reichen Aromaten erfordern häufig einige Entgasung um ihre Sicherheit während des Experiments zu erhalten. Die Rendite oder sogar das Ergebnis einer Luft empfindliche Reaktion könnte geändert werden, wenn entsprechenden Vorkehrungen zu entfernen gelöster Gase nicht getroffen werden. Gelöster Sauerstoff wirkt sich photochemische Studien von angeregten Zuständen abschrecken. Zum Beispiel können aromatische Triplett Staaten durch kleine Mengen von Sauerstoff in die Lösung, die beeinflussen die Intensität und spektrale Verteilung (Abbildung 3) abgeschreckt werden.

Abbildung 3. Fluoreszenz-Emissionsspektren der Lösungen. Tetracene (16 µM) in entgastem Benzol (blaue Linie) und Sauerstoff gesättigt Benzol (rote Linie) auf Anregung bei 410 nm wo die Emissionsintensität bei 475 nm ist um 14 % in der Sauerstoff-gesättigte Lösung reduziert.

In der Industrie ist Wasser eine häufig verwendete Flüssigkeit für den Wärmeaustausch. Die Lebensdauer von Metallrohren, Kesselanlagen und Pumpen ist abhängig von der Qualität von fließendem Wasser. Wasser enthält unterschiedliche Mengen an Sauerstoff und Kohlendioxid, kann Schäden an metallischen Werkstoffen. Sauerstoff ist ein Oxidationsmittel Reagenz und Kohlendioxid ist ätzend aufgrund dessen Umwandlung in Carbonsäure. Lieferung von entgastem Wasser zu den oben erwähnten Systeme Ausrüstung Lebensdauer verlängern werden.

Darüber hinaus können Gase im Lösungsmittel negative Auswirkungen für Laborgeräte wie z. B. in Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie (HPLC) in Bezug auf Performance und Leistung haben. Viele der Instrumente haben Metall Propeller oder Pumpen, die Lösungsmittel zu verteilen. Bei Kontakt mit Lösungsmittel, das Gas aufgelöst hat, kann es Kavitation und Korrosion führt zu Beschädigung oder Zerstörung von metallischen Bauteilen führen. Der Detektor Stabilität wird auch durch die Anwesenheit von gelösten Gasen beeinflusst und die unzureichende Entfernung von Sauerstoff kann Baseline Drift.

Frost-Tausalz-Pumpe Radfahren ist eine relativ schnelle und effiziente Methode geeignet für kleine bis mittlere skalieren Entgasung von Flüssigkeiten. Dieser Prozess kann dazu beitragen, um einige der behandelten Themen zu überwinden die Präsenz gelösten Gase im Lösungsmittel vor zugeordnet.

1. Shriver, D. F., Drezdn, M. A. The Manipulation of Air Sensitive Compounds. 2^nd ed. Wiley & Sons: New York, NY (1986).
2. Girolami, G. S., Rauchfuss, T. B., Angelici, R. B. Synthesis and Technique in Inorganic Chemistry: A Laboratory Manual. 3^rd ed. University Science Books: Sausalito, CA, (1999).
3. Kotz, J., Treichel, P., Townsend, J.  Chemistry and Chemical Reactivity. 8^th ed. Brooks/Cole: Belmont, CA. (2012).