真空/惰性气体多歧管系统，俗称Schlenkline（Schlenk lines），是隔离和处理空气敏感物品的理想选择。在Schlenk line的设计下化合物的处理和反应能在N2或者Ar这样的惰性气氛下进行。配上带有标准化快速配合开关的特制玻璃器皿，你将得到一个高度模块化的灵活的系统，能够承载多种实验装置。

虽然Schlenk line概念上很简单，但这复杂的管路和外接的玻璃器皿总是让初学者望而生畏。为此我们上篇文章中介绍了Schlenkline的基本结构、安全注意事项和开关流程。

本文将阐述Schlenk line工作的基础、抽气-充气循环以及溶剂的干燥与脱气，并将在之后的篇章中介绍空气敏感化合物反应的实验设置以及空气敏感产物的分离和分析。

真空-回填循环

Schlenk line空气敏感化合物操作的核心是抽气-充气循环，也可称真空-回填循环。这个过程可以除去活性气氛，创造惰性气氛实验环境。

抽真空能够将烧瓶中初始的空气组分降至一定比例，然后再经由Schlenk line充入纯惰性气体。设初次抽真空后残余气体占初始值的比例为F，则第n次排气能将烧瓶内空气组分降至初始值的Fⁿ；因此至少得重复三次这样的循环。

实验器具的准备

所有的玻璃器皿在使用前必须清洗和干燥，此外，容器需要用来自Schlenk line的惰性气体填充以代替活性气氛。因而烧瓶必须先用涂脂的毛玻璃塞密封后抽真空，再充入惰性气体。这个过程包含好几个步骤并要重复若干次以保证充分去除氧气和水分。

注意！在开始操作前确保你已认真阅读过第一篇的“安全注意事项”。

舒伦克管的抽气和充气

1.       按照第一篇描述的步骤打开Schlenk line。

2.       增加气体流速至两个气泡每秒（鼓泡器中显示）。注意，流速不能太大，小心把鼓泡器的油吹出来。

3.       通过导管（图8，B-E）将容器连接到Schlenk line，使用摇摆而不是扭转的动作连接导管（见第一篇）。

4.       将容器用涂脂的毛玻璃塞密封。不要使用橡胶隔膜，它会承受不了真空产生的负压并被吸入瓶中，使瓶暴露在空气中，而且从瓶中清除橡胶隔膜是很困难的。

5.       确保阀门H（图8）打开。

6.       打开双阀门B（图8）至接通真空歧管，抽真空。

7.       等10-30秒（等待时间根据容器大小而定，容积越大，时间越长）。

8.       关闭阀门B。

9.       缓慢地打开阀门B至接通惰性气歧管。

10.   仔细观察鼓泡器——气泡速率会逐渐减慢，部分油可能会被吸入中间的管道。不能让油吸入歧管。

11.   当看到内管道中油面要超出时立即关闭阀门，再缓慢地将它打开。

12.   重复步骤9-11直到惰性气填满容器，此时气泡流速会回复正常。

13.   关闭阀门B。

14.   再重复两次步骤6-13这样容器正好进行了3次抽气和充气。

 

图8 即将进行抽气和充气的Schlenk line和烧瓶示意图

在这个过程中真正有技巧性的是足够缓慢地打开阀门给容器充气但不让油吸入到歧管中。如果油被吸入了歧管，有可能会污染化学反应，还会让实验人员不得不清洗歧管——一项费时又费劲的任务。此外，还会有吸入的空气回到歧管，影响你的实验。

部分特殊设计的鼓泡器能在油吸入歧管前将其收集并排回到主体中。这是个好主意，但可能导致空气被抽回至Schlenk line从而污染与之连通的所有部分。所以将容器对惰性气管接通时还是要小心。如果有多个容器连在Schlenk line上，当你在给一个容器充气时，最好把其它容器的连接阀门关掉。这样可以减少对容器的污染，让你的实验得以继续。

大容器需要更多的气体填充，因此特别容易出问题。如果你真的把油吸到Schlenk line里，就花点时间清洗再继续工作吧。

每次把容器与Schlenk line接通前，先对导管和关联部位排充气3-4次。对于装干燥脱气试剂的烧瓶尤为重要，也同样适用于逆流或蒸馏装置、固体加成烧瓶和过滤棒。

溶剂制备

溶剂干燥

对反应造成污染的氧气或水分并非仅仅来自实验室空气。如果防范不当，溶解在溶剂中的CO2、O2和H2O也可能破坏整个反应。现在有售高纯净溶剂，但它一般远贵于同等的普通试剂。如果需求量很大，购买高纯净溶剂将是很大的一笔开销。因此，许多做空气敏感化学的实验室有固定的蒸馏炉用以大量干燥常用溶剂。这些蒸馏炉是全天工作的，因此可以随时取用新鲜的蒸馏溶剂。

如果要自己干燥溶剂，则需要添加干燥剂（表2）。不过在这之前，溶剂中的水分含量必须先降至0.1%以下（采用共沸蒸馏或加入活性低的干燥剂可做到）。可以先用活性低的干燥剂对溶剂初步除湿，分离后再加入高活性的干燥剂进一步干燥。

表2一些常用干燥剂的适用范围

 

溶剂净化的更多细节：OrganicSolvents: Physical Properties and Methods of Purification by John A. Riddick, William B. Bunger, Theodore K.Sakano, 1986.

 

大量沸腾的溶剂在实验室中是很危险的，因此越来越少人采用蒸馏法进行干燥，而使用干燥列的溶剂净化系统在实验室中越来越普遍。不同的设计，净化系统的使用方法不同，但是一般来说，舒伦克瓶或是杨式烧瓶都可以直接连在干燥列上以制备所需溶剂。同样，得先对关联部位抽真空再打开阀门让溶剂进入烧瓶。

溶剂脱气

干燥的溶剂只排除了一种潜在的污染物（H2O）。如果干燥没有在惰性气氛中进行或者直接使用高纯净溶剂，溶解在溶剂中的CO2、O2仍是个问题。

下面将介绍溶剂脱气除氧的几个方法。

1.鼓泡法

这是最简单但脱气效果最差的一种方法，适用于粗略的大批量溶剂脱气。它包括用惰性气在溶剂中吹泡约30-60分钟，时间长短取决于溶剂的量，惰性气一般通过一根干净的长针管通入溶剂。针管接在一个适配器或者尾部截断的空针筒上，这样便可配上Schlenk line的伸缩性橡胶或塑料导管。针管穿过橡胶塞插入装有溶剂的容器中，针头必须伸至溶剂底部（图9）。另外还要插入一根短的针管用以压力释放。

注意，气体流速不能太快以免溶剂过多蒸发。一般2-3个气泡每秒就足够了，而对于低沸点溶剂可以适当减缓。

 

图9 脱气：采用惰性气体清扫溶剂

2. 声波降解下换气

这个方法比鼓泡法效果好，适用于为高效液相色谱（HLPC）和一些快速反应提供脱气溶剂。它包括在微真空环境（如室内真空）下溶剂的声波降解和惰性气氛再填充。这个过程须重复5-10次，每次溶剂的声波降解时间约为1分钟。

 

3.冰冻-抽气-解冻法

这是效果最好的脱气方法。它适用于小体积的溶剂（通常用于标准大小反应烧瓶的溶剂），包括冰冻、抽真空和解冻三个过程。

使用冰冻-抽气-解冻法进行脱气的步骤：

1)       将需要脱气的溶剂放入舒伦克瓶或厚壁的烧瓶（能承受真空）中，你还可以加根搅拌棒。

2)       把舒伦克瓶连在Schlenk line上，确保开关H是关着的，即瓶子是密封的。（图10，第1步）

3)       打开双斜阀门B将导管与真空管连通，但烧瓶仍对之是关闭的。

4)       把烧瓶置于液氮杜瓦瓶中直至所有溶剂完全冰冻（图10，第2步）。

5)       把阀门H打开抽真空2-3分钟（图10，第3步）。

6)       关闭阀门H将容器与真空管隔离（图10，第4步）。

7)       将烧瓶从液氮中移出让溶剂解冻（图10，第5步）。在搅拌板上温水加热可以加速这个过程。真空下的解冻可以让所有溶解在溶剂中的气体逸出到烧瓶顶部空间。

8)       溶剂解冻完后重复步骤4-7。这个冰冻-抽气-解冻循环要重复三次。

9)       第三次循环后再通过Schlenk line填充入惰性气氛。之前提过的，缓慢打开阀门B和H接通惰性气管以免让外部大气抽入Schlenk line。

 

图10 使用冰冻-抽气-解冻法进行脱气

干燥脱气溶剂的储存

干燥和脱气的溶剂必须在惰性气氛下处理和储存以保持纯净。干燥溶剂可以存储时添加相应干燥剂（如分子筛）以延长其保质期。

相比于舒伦克瓶，溶剂更适宜存放在杨式烧瓶。在储存期间杨式烧瓶的Teflon阀门能提供更好的密封以防止外界空气污染。相对应的，舒伦克瓶中涂脂关节密封性能会随着时间推移而降低，特别是存在有机溶剂及其蒸发气体时。

通常不建议长期储存溶剂，因为在不断的使用中会引入杂质。定期制备小批量的新鲜溶剂才能保证你使用的溶剂够纯净，不包含可能破坏你空气敏感化合物实验的物质。

最后，所有实验人员必须先进行干燥溶剂制备、存储、取用和替换的培训。当发现一个实验的失败是因为有人太大意让溶剂被污染，你会无比恼怒，尤其是当你不知道是什么样的污染物导致失败的！

小结

一根带有多个通气接口的双排管提供了一种简单的方法将烧瓶疏空和填充惰性气。这个抽气-充气循环构成了在Schlenk line进行空气敏感实验的基础。通过重复这一循环使烧瓶内空气的量减少至很小比例， H2O、O2和CO2被充分排除后便可进行空气敏感化合物的操作。

同样，任何加入到反应中的溶剂必须除去潜在的污染物。先用干燥剂干燥再脱气处理，然后你就可以开始实验了；在接下来的第3部分，我们将对这实验过程进行详细介绍。