史蘭克技術

史蘭克技術（Schlenk Line）也稱無水無氧操作技術，是一套惰性氣體的淨化及作業系統。通過這套系統，可以將無水無氧惰性氣體導入反應系統，從而使反應在無水無氧氣氛中順利進行。無水無氧操作線主要由除氧柱、乾燥柱、Na－K合金管、截油管、雙排管、真空計等部分組成

基本介紹

• 中文名：史蘭克技術
• 外文名：Schlenk Line

概述

由於Schlenk操作（雙排管操作）的特點是在惰性氣體氣氛下(將體系反覆抽真空——充惰性氣體)，使用特殊的玻璃儀器進行操作；這一方法排除空氣比手套箱好，對真空度要求不太高(由於反覆抽真空——充惰性氣體)，更安全，更有效。其操作量從幾克到幾百克，一般的化學反應(回流、攪拌、滴加液體及固體投料等)和分離純化(蒸餾、過濾、重結晶、升華、提取等)以及樣品的儲藏，轉移都可用此操作，因此已被廣泛運用。

由於無水無氧操作技術主要對象是對空氣敏感的物質，操作技術是成敗的關鍵。稍有疏忽，就會前功盡棄，因此對操作者要求特別嚴格。

1：實驗前必須進行全盤的周密計畫。由於無氧操作比一般常規操作機動靈活性小，因此實驗前對每一步實驗的具體操作、所用的儀器、加料次序、後處理的方法等等都必須考慮好。所用的儀器事先必須洗淨、烘乾。所需的試劑、溶劑需先經無水無氧處理。

2：在操作中必須嚴格認真、一絲不苟、動作迅速、操作正確。實驗時要先動腦後動手。

Schlenk操作

對於空氣和水高度敏感的化合物如正丁基鋰的製備和處理，通常用Schlenk技術。

原理

惰性氣體在一定壓力下由鼓泡器導入安全管經乾燥柱初步除水，再除氧，再除去因除氧而產生的微量水分，繼而通過Na-K合金管以除去殘餘的水和氧。如果該體系也不能引入氮氣的話再將氣體通入鋰屑或灼熱的鎂屑，最後經過截油管進入雙排管。

在乾燥柱中，常填充脫水能力強並可再生的乾燥劑，如 5A分子篩；在除氧柱中則選用除氧效果好並能再生的除氧劑，如銀分子篩。經過這樣的脫水除氧系統處理後的惰性氣體，就可以導入到反應系統或其他作業系統。

事前準備

要對乾燥柱和除氧柱進行活化。

若選用5A分子篩作乾燥劑，則在長為60cm、內徑為3cm的玻璃柱中，裝入5A分子篩。從柱的上端插入量程為 400℃的溫度計，柱外繞上 500 W電熱絲，其外再罩上長為 60 cm、內徑為 6 cm的玻璃套管。柱的下端連三通，分別與真空泵及惰性氣體相接。在 1.33 kPa（10mmHg）、320～350℃的條件下對分子篩柱活化 10 h。然後旋轉三通，導入惰性氣體，停止加熱，自然冷卻至室溫，關上旋塞，並接入系統。
若選用銀分子篩來除氧，則在長為60 cm、內徑為3 cm的玻璃柱內，裝入銀分子篩，柱的上端插入量程為 400℃的溫度計，柱外繞上 300 W的電熱絲，其外再罩上長為 60 cm、內徑為 6cm的外管。活化時，從柱下端側管通入氫氣，尾氣從柱上端側管通至室外。加熱至90～110℃，活化 10 h左右，活化過程中生成的少量水可以通過柱下端的導管放出。當銀分子篩變黑後，停止加熱，繼續通氫氣，自然冷卻至室溫，關上各旋塞，並接入系統。Na－K合金管上端長為50cm、內徑為 2 cm，下端長為 15 cm、內徑為 5 cm。上端側管連三通，並分別與真空泵和惰性氣體相接。先抽真空並用電吹風或煤氣燈烘烤後，自然冷卻至室溫，再充惰性氣體，抽換氣三次。在充惰性氣體條件下，從上口加入切碎的鈉（15 g）和鉀（45 g），並用適量的石蠟油加以覆蓋。然後加熱下端，使鈉、鉀熔融，冷卻後即成鈉-鉀合金。插入已抽換氣的內管，關上旋塞，並接入系統。、

將上述柱子處理後串聯起來就可以進行除水除氧操作。

將要求除水除氧的儀器通過帶旋塞的導管，與無水無氧操作線上的雙排管相連以便抽換氣。在該儀器的支口處要接上液封管以便放空。同時保持儀器內惰性氣體為正壓，使空氣不能入內。關閉支口處的液封管，旋轉雙排管的雙斜旋塞使體系與真空管相連。抽真空，用電吹風或煤氣燈烘烤待處理系統各部分，以除去系統內的空氣及內壁附著的潮氣。烘烤完畢，待儀器冷卻後，打開惰性氣體閥，旋轉雙排管上雙斜三通，使待處理系統與惰性氣體管路相通。像這樣重複處理3次，即抽換氣完畢。

注意事項

（1）如果含氧要求在 2 ml/m3的範圍，在史蘭克操作線上可以不用鈉-鉀合金管。

（2）用 5A分子篩來乾燥惰性氣體（如氬氣），容量大，易再生，水平衡蒸氣壓小於 0.13 Pa。

（3）用銀分子篩除氧容易，容量較大，可再生。一般經銀分子篩除氧處理後的惰性氣體，其含氧量可降至 2 ml/m3以下。

（4）無水無氧操作線中所用膠管宜採用厚壁橡皮管，以防抽換氣時有空氣滲入。

（5）如果在反應過程中要添加藥品或調換儀器，需要開啟反應瓶時，都應在較大的惰性氣流中進行操作。

（6）反應系統若需攪拌，應使用磁力攪拌。若使用機械攪拌器，應加大惰性氣體氣流量。

（7）若要對乙醚、四氫呋喃等用鈉精製的溶劑作嚴格無水無氧處理時，同一雙排管上不可再連線含有鹵代烴的反應體系，因為可發生伍茲反應，劇烈放熱，易爆！

（8）用完後要將真空管用樣品管塞上，保持真空橡皮管內無水。

（9）無水無氧操作線中，鼓泡器內裝有石蠟油和汞。通過鼓泡器，一方面可以方便地觀察體系內惰性氣體氣流的情況；另一方面也可以在體系內部壓力或溫度稍微變化產生負壓時，使內部與外部隔絕，防止空氣進入。水銀安全管的作用主要是為了防止反應系統內部壓力太大而導致將瓶塞沖開。它既可以保持系統一定的壓力，又可以在系統壓力過大時，讓惰性氣體從中放空。截油瓶起著捕集鼓泡器中帶出的石蠟油的作用。截油管內裝有活化的分子篩，以吸收惰性氣體流速過快時從鈉-鉀合金管中帶出的少量石蠟油，以免進入反應器。

（10）在常量反應中，如果對於無水無氧條件要求不是很高，只要採用一根除氧柱和兩根乾燥柱就可以了。

(11) 抽真空換氮氣時，要看雙排管上是否連有其它通氮氣的反應體系，如有則需暫時關閉，待真空體系換好氮氣後再將關閉的反應體系的氮氣開通。

(12)弄清楚雙斜三通活塞（對體系進行抽真空和充惰性氣體兩種操作互不影響）的方向對應的氣流走向。如果活塞上沒有用來標誌氣流走向，有必要在活塞上貼上有箭頭表示的膠帶

(13)在連線油泵的真空管與雙排管間一般要接上冷肼

(14)如用於抽換氣的物質是很輕的粉塵狀物的話，則需注意在抽氣頭或者是Schlenk管與真空管的連線處塞上一小團棉花，以免粉塵狀物抽入雙排管中。棉花不能塞得太嚴實，這樣不便於將其取出，而塞得太松的話，起不到防止粉塵抽入雙排管的目的。
(15)接到泵上抽的物質要保證沒有溶劑殘留，切忌用泵抽溶劑，否則將嚴重影響泵的壓力及使用壽命。

雙排管的清洗

（1)取下活塞時要標上相應的號，不要搞混，否則再裝好時可能會漏氣。

（2)洗管中的油酯可以用鹼缸泡，再水洗，如果洗不掉可以加上活塞，關閉，向管中加入二氯甲烷，然後超聲。有無機鹽時可以用酸缸洗，或將濃硫酸加入管中泡。

（3)洗核磁管的小刷子可以用來洗細管處，可以將小刷子折成L型來洗靠里的細管

（4)安裝時真空管要用丙酮洗烘乾等處理

（5)安裝活塞時要用橡皮筋固定，防止氣體開太大時彈出，打碎。

儀器處理

由於史蘭克線是對氣體進行淨化，儀器的乾燥也很有必要。下面介紹一下連線的儀器的乾燥方法。

玻璃儀器

用稀酸、稀鹼洗滌，甚至用鉻酸洗液浸泡，再用水和無離子水沖洗到儀器透亮、器壁上不掛水珠為止。新的儀器也要經過嚴格洗滌後才能使用。洗滌過的儀器放到空氣中涼乾，再放到乾燥箱中烘烤；乾燥箱的溫度為125℃時，需要乾燥過夜；140℃時至少乾燥4h，從乾燥箱中取出的儀器在惰性氣流下趁熱組裝，所有的接頭要塗矽脂或碳氫潤滑脂，在惰性氣流下冷卻待用。或把儀器從乾燥箱中取出趁熱放到乾燥器中冷卻存放，乾操器中充滿惰性氣體保護更好。像雙排管這種有活塞的儀器，在洗滌前一定要用蘸有溶劑的棉花球將活塞內的潤滑脂輕輕地擦洗乾淨，否則潤滑脂很難用水洗掉。乾燥時互相配合的磨口接頭或活塞要互相脫離，分開放置，防止“粘結”到一起，乾燥後放到一起保存。即使這樣洗滌乾燥過的儀器，在使用前仍需要加熱抽空—惰性氣體置換，把吸附在器壁上的微量水和氧移走。一般乾燥過的儀器，在加熱抽真空時，在儀器壁上會出現一層“水霧”，這足以說明加熱抽空—惰性氣體置換這一步的必要性。

橡皮材質

在處理空氣敏感化合物的操作中，通常用橡皮管作為連線物，用橡皮塞、橡皮隔膜作為密封物。這些物品在使用前必須經過嚴格清洗和乾燥，因為這類物質的表面很粗糙，吸附著大量氧和水等雜質，也容易粘上油污，使用前又不能用加熱抽空等方法除去這些雜質，因此它們的洗滌、乾燥和保存更顯得重要。這些物品的用途不同，和溶劑、針頭等接觸的方式不同，可選用下面不同方法處理。用蘸有惰性溶劑的脫脂棉花球擦洗其表面，去掉表面的油污及機械雜質；用純化過的溶劑沖洗管子的內壁。

微型史蘭克線

在一些硬體設施配套不太全面的地區沒有條件使用史蘭克線，可以使用一些微型器具代替大型史蘭克線。

原理

將惰性氣體通入一個有濃硫酸、鹼石灰、五氧化二磷、無水氯化鈣、鈉屑、鈉鉀合金的處理線內淨化。可將氣體內的水蒸氣，氧氣幾乎全部除掉。

過程

用小具支試管作安全瓶，再用一支具支試管裝濃硫酸做乾燥劑和記泡器，然後依次通過鹼石灰、五氧化二磷、無水氯化鈣、鈉屑、鈉鉀合金、安全瓶。再通入反應器皿中，就可以也作為高純保護氣使用了。