实验室操作技巧Schlenk line

实验室操作技巧：空气敏感化合物【转自wiley中国】

第一部分

有机金属化学中碰到的许多化合物都是对湿气/氧气敏感的。同样的，一些有机合成中需要用到易挥发或易自燃的物品。当一种化合物易与水、O2、N2或者CO2反应时，它被归类为空气敏感的。空气敏感化合物必须与空气隔绝，在封闭的环境中操作。通常情况下，我们使用氮（N2）或氩（Ar）进行隔绝保护。这样做就需要用到一个可调节流量大小的供气设备来配备适当纯度的保护气。由于Ar比N2更昂贵，通常我们都是用N2，除非所研究的化合物会与N2反应。

表1一些在氧气或湿气下易氧化、分解和爆炸的化合物示例

真空/惰性气体多歧管系统，俗称Schlenk line（Schlenk lines），是隔离和处理空气敏感物品的理想选择。它设计简单，只要接上特制玻璃器皿，你可以得到一个好用又灵活的、能

承载多种实验装置的系统。因此，在空气敏感化合物的处理和操作过程中通常会使用Schlenk line。

虽然Schlenk line概念上很简单，但它复杂的管路和外接的玻璃器皿总是让初学者望而生畏。因此我们将在本文介绍Schlenk line的基础知识，并在后续的文章中着眼于各种反应类型可能的实验设置以及空气敏感化合物的分离和分析。

基本的设计和器具

Schlenk line的设计，不同的线、不同的实验室均不一样，但它一般有以下几个关键的共通点（如图1和图2所示）：

l 双排管

l 惰性气体进口

l 惰性气体出口（通过鼓泡器）

l 真空泵

l 一个或多个溶剂冷阱

l 控制进气和真空的阀门

l 连接设备到线上的管路

如图1所示，双排管是Schlenk line的主体。两个平行的玻璃导管，一个通惰性气体，另一个内部真空。装有阀门以控制惰性气体和真空之间的转换。一条Schlenkline通常有4-6个阀门接口以让多个反应同时进行。

图1：真空/惰性气歧管系统的基本结构图

High Vacuum Line 与 Schlenk Line的区别

Schlenk line一般适用于在溶液中进行的反应，因为它们很适合插管和逆流技术，而涉及测量或冷凝气体的操作通常在High vacuum line中进行。

Schlenk line在几个小细节上与High vacuum line有所不同。High vacuum line，顾名思义，相对于Schlenk line有更好的真空度。这是由于High vacuum line使用扩散泵代替或补充通常用于Schlenk line上的机械泵。Schlenk line采用可伸缩的橡胶管或塑料管将实验器具连接到线上，而High vacuum line使用连接结点能获得更好的密封性和真空度。

惰性气体歧管

气体歧管通过柔性橡胶管或塑料管（图2中的A）连接惰性气体来路和出口。惰性气体（通常为N2和Ar）可以直接进入歧管，也可以先经过干燥或脱氧列。使用的惰性气体一般由

压缩气瓶或内部液氮罐（针对N2）供给。由于Ar比N2贵，氮通常是优选的气体，除非所研究的化合物与氮反应。

气体经由水银或油鼓泡器排出（如图2所示）。鼓泡器的作用是压力释放和监视气体流动。鼓泡器的气体应排向通风柜背面或接近通风柜排气口，尤其是使用水银鼓泡器时。水银鼓泡器能提供一个更高的气体压力因为相对来说水银比油更重。当管路上的容器用惰性气体填充时（见第2章）这是很有必要的，因为它能减少空气对管路的污染。不过，因为水银有毒，水银鼓泡器用得越来越少了。

图2：完整的Schlenk line结构图

真空歧管和冷阱

真空歧管的一端封闭（通常用塞子），另一端与真空泵相连。运用一个可移除的塞子，而不是一个永久密封端，有助于对于管路内部的清洁。在歧管和真空泵之间有一个冷阱（如图2所示）。冷阱防止挥发性或腐蚀性溶剂蒸发进入泵而侵蚀泵油。这种分包对泵有害而且会缩短泵的使用寿命，降低工作效率，甚至导致它们停止工作。根据歧管的设计，冷阱通过阀门

（图2，F）与真空管路隔离，通过冷阱和真空泵之间的阀（图2，G）与外部大气相通。当你完成对管路的使用时，可以打开阀门让真空歧管重新充气。

冷阱浸泡于装有液氮的杜瓦瓶中。液氮冷却冷阱，并将从Schlenk line排出的蒸汽和气体冷凝。可以使用丙酮/干冰混合物代替液氮。Schlenk line的正常运作至少需要一个冷阱。如果你打算在Schlenk line上蒸发溶剂，建议用两个冷阱。有的Schlenk line留有空间能让两个冷阱串联，但如果你所使用的没有，第二个冷阱可以接在舒伦克瓶和Schlenk line之间的软管上。Schlenk line使用完后，将冷阱移除并让溶剂解冻，再处理溶剂和清理冷阱（具体见下方：关闭Schlenk line的正确步骤）。

惰性气体到真空歧管的切换

有些Schlenk line在每个接口或工作单元都有两个阀门接口以控制实验装置接入惰性气体或者真空歧管，这样便可单独控制各管路的气体供给和真空度。这些阀门一般由一个杨氏横置式或Teflon活塞形成的密封件组成。

其它的Schlenk line采用毛玻璃栓、双斜阀门（图2，B-E和图3）控制接入惰性气或者真空歧管。这些阀门避免了气体管和真空管同时打开，从而防止惰性气体直接进入真空泵。毛玻璃栓必须涂脂以确保密封同时使它们更容易转动（见下图）。

图3 真空/惰性气歧管和双斜阀门位置的侧视图a)真空 b)惰性气体 c)关闭

将玻璃器皿接入Schlenk line

在空气敏感化学实验中使用的玻璃器皿和标准件类似，但多出一个带有阀门的侧支管以便接入Schlenk line。两颈或三颈圆底烧瓶可以通过转接器添加上。舒伦克瓶中有一个集成的侧支管在一定尺寸范围内可调。

图4中给出了几类常用的玻璃器皿。

图4 在空气敏感化学中常用的玻璃器皿。不同组合阀门、管和毛玻璃接头的尺寸不同

玻璃器皿通过可伸缩的橡胶或塑料导管（常用特富龙或Portex聚乙烯管）与Schlenk line相连。导管至少得有3毫米的壁厚以防止在真空下萎缩，并且长度足够长，可以通到通风

柜的工作区，通常可以准备3-4厘米节余。太长的话十分不灵便，还可能碰掉桌子上的玻璃器件。太短则不易到达通风柜工作区，会变得十分窘迫，可能需要把玻璃器皿移到不安全的位置以保证导管可以伸至目标区域。

在导管长期使用后那预留的3-4厘米就可以发挥作用了。随着时间的推移，经常的将玻璃容器从导管上安装和拆卸将使导管末端变松，这样使侧支管密封性下降，而此时你只要在端口处减去1-2厘米而无需更换整根导管。

要连接导管到玻璃器皿，必须将导管到连接件上的压力舒缓至适宜大小。导管可以摇摆运动但不能扭动。摆动管子足以产生合适大小的力，而扭动则会对烧瓶和侧支管的连接处施加不必要应力作用，这可能会导致玻璃器皿在你正尝试连接导管时破碎以至于让玻璃碎片刺伤你的手。为了缓解导管连接侧支管处的张力，可以用加热枪加热导管使其轻微软化。或者，给玻璃涂上少量的硅润滑脂。还有一种方法是将导管末端浸泡在丙酮中约10秒，这会使导管软化并当将它接到侧支管时能稍微伸展。

把导管从玻璃器皿上拔下时，一手拿住玻璃器皿用拇指按住端口另一手抓住导管两向摇动，这样会更轻松。再次注意，请不要扭动导管以致打破玻璃器皿而受伤。如果导管卡住了拔不下来，先用刀子割开导管连接玻璃器皿的部位或者直接切断导管，再取下玻璃器皿。

连接处和阀门的涂脂

使用空气敏感技术和空气稳定化学之间的一个区别是，所有的磨玻璃接头都必须涂脂，以确保密封防止污染。在有机化学实验室，经常建议不要给接口涂脂是因为脂类物质可能会进入反应物而影响反应和扰乱光谱。同样的原因，在空气敏感化学中接口处不宜过度涂脂。均匀涂抹一层薄薄的油脂优于让连接件顶端和底部都涂上厚厚一层。为了得到一个薄层，先在玻璃器皿的阳螺纹接头上对称的两侧涂上条纹状的油脂，插入到套筒接头的颈部，轻轻旋转以

使油脂均匀分布（见图5）。在接口处表面间应有一圈清晰的、连续的薄膜。如果你不想沾满油脂请用抹刀或木夹板的末端操作。

图5 如何给一个塞子的连接处均匀涂脂

安全注意事项

操作规范的话，一些反应的危险在Schlenk line上可以规避。但与所有的化学实验一样，使用Schlenk line也存在一些严重的风险，主要是那些冷凝气体，特别是液氧，还要防范燃炸和内爆。

液氧和其它的一些冷凝气体

l 液氧——如果冷阱就位时空气连续不断抽入真空歧管，氧气会在冷阱凝结。液氧十分危险，可以和冷阱内包括真空润滑油、特富龙胶带、有机溶剂在内的任何有机物质剧烈反应。同时液氧蒸发时还会产生巨大的压力，如果发生在Schlenk line的密闭空间内可能会导致爆炸。

为了避免压缩液氧，冷阱到位时禁止将真空歧管向外打开。养成一个好习惯，任何时候都不让空气吸入真空歧管，尤其是冷阱到位时。

当有液氧凝结时怎么办

液氧呈淡蓝色。如果你在冷阱中发现淡蓝色的液体，移除液氮杜瓦瓶并排空冷阱（例如，打开图2中的阀门G）。关闭通风柜门，然后离开房间。告知你的同事发生的事情，让他们不要接近你的通风柜。等待20-30分钟，然后仔细检查液氧是否蒸发完全。如果还没有，离开该区域，定时查看，直到液氧蒸发完全方能再安全工作。

l 其它冷凝气体——某些如一氧化碳和乙烯之类的气体也很容易在一个液氮冷阱中凝结。液氮一旦被移除，冷凝的液体蒸发至气态同时压力随之增加，如果没有适当地释放压力，可能会引起爆炸。确保有一个合适的压力释放系统，例如接入一个油或水银鼓泡器，液氮杜瓦瓶被移除后尽快将冷阱排空。

l 液氮——当处理冷阱用到的液氮或冷玻璃器皿时，戴上合适的绝热手套，冷灼伤的伤害丝毫不亚于普通烧伤。

爆炸的常见原因

l 加压气体的使用——在一个封闭空间内惰性气体压力升高会导致爆炸。确保有一个鼓泡器形式的泄压渠道，这样气体管路打开时系统不是封闭的。为了安全起见，可以用一个电子压力计监测管路的压力。

l 失控反应——一个剧烈的反应能迅速释放大量气体。再次强调要确保实验系统有足够的压力释放渠道，如鼓泡器，同时反应容器对Schlenk line是打开的。

l 加热一个封闭系统——一个封闭的系统（恒定体积）的压力随温度上升。确保你加热的容器是对Schlenk line打开的，同时管路上接有鼓泡器泄压。

内爆的常见原因

l 玻璃器皿的裂纹——玻璃器皿上任何一点裂纹（如星裂）都可能会导致它在真空下破碎。请不要使用有裂纹的玻璃器皿。许多带裂纹的玻璃器皿都可以让吹玻璃工修好，所以不要随便扔掉。

入门指南

为了规避上面所讨论的潜在危险，Schlenk line需要以特定的顺序启动和关闭。

Schlenk line的启动

Schlenk line第一次使用前需要30分钟的时间启动和清理，所以确保你有充足的时间。当没有气体流过系统时按以下步骤进行，如果气体已经通入，可以跳过步骤3-5。

图6 启动前的Schlenk line

1. 检查所有的阀门是否已涂脂润滑。如果一个阀门感觉干燥或难以打开，拆下来给它涂上一小层合适的高真空油脂（小心油脂将孔阻塞），再装回原处。多拧几次让油脂均匀分布，此时在接口处表面间应有一圈清晰的、连续的薄膜。

2. 打开阀门A，关闭阀门B-E和G（图6）。

3. 开始供气。如果你用的是压缩气瓶，先检查气瓶内是否有足够的N2或Ar，使用规范的气瓶安全操作步骤。

4. 调整供气，使排气鼓泡器显示流速为约一个气泡每秒。如果没有气体流过鼓泡器，关闭气源，打开阀门G或B-E中一个给歧管排气，再重复步骤1-4。

5. 吹扫气体管路20分钟以上。流量大时可减少吹扫时间，但气体流量不宜过大，避免将鼓泡器里的油吹出来。管路清理完毕后不要忘了关闭。

6. 当惰性气体歧管吹扫完，检查冷阱。冷阱应该是空的、洁净和干燥的，接口处应适当地涂上了脂以润滑。如果不是，将冷阱中废剂排空到合适容器中，并用丙酮或其它相应的清洗溶剂冲洗。花几分钟将它晾干或者用N2或空气吹干，再在接头顶端涂上合适的高真空油脂。重新安装冷阱，旋转接头一两次让油脂均匀分布，并保证高气密性，在接口处表面间应有一圈清晰的、连续的薄膜。挪动冷阱至合适位置——不要指望用真空管控制冷阱到位。

7. 将一个空杜瓦瓶置于冷阱下方，使瓶口位于冷阱的接口底部以下1-2厘米（图7）。

8. 打开阀门F，关闭阀门G（图6）。

9. 打开真空泵，让它预热3-5分钟。

10. 给杜瓦瓶充入液氮。

11. 用毛巾或是一块布或者合适形状的聚苯乙烯块盖在上面。

12. 现在你可以准备开始工作了。

图7 A)正确的杜瓦瓶位置和冷阱中液氮填充液位 B)杜瓦瓶和液氮填充液位太高，可能导致接口处油脂冻结，影响密封并让冷阱很难移开 C)杜瓦瓶和液氮填充液位太低，导致气体冷凝不完全而使真空泵损坏。

关闭Schlenk line

1. 确保接上的所有容器均充满N2。

2. 关闭泵并且立即移开液氮杜瓦瓶。

3. 打开阀门G（图6）排空真空管路。

4. 关闭气体。如果之后有别人要使用Schlenk line，或者你打算让容器维持充氮状态，只需减少了气体流量而不用把它完全关闭。

5. 小心地卸下冷阱——冰冷玻璃器皿可能粘住或冷灼伤你的皮肤。

6. 让凝结的溶剂解冻，如果是一天结束时可以放一晚上。处理液体溶剂并清洁冷阱为下一次实验准备。

总结

空气敏感技术和设备看起来令人生畏，但我们无法忽视Schlenk line的重要用途。如果注意安全并按正确顺行操作，使用一个互相连通的双排管将烧瓶疏空和填充惰性气是十分简单的。

第二部分

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。

第三部分

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。为给Schlenkline的使用做准备，在之前的文章中我们介绍了Schlenk line的基本结构、开关流程、溶剂的干燥与脱气以及抽气-充气循环。

本文将讲述在进行空气敏感化合物反应实验时的基本设置，并在最后一篇介绍空气敏感产物的分离和分析。

反应的建立

每个反应都需要添加几种试剂，并且得按规定顺序。空气敏感反应在添加试剂时，要很小心和有一定的技巧性才能不渗入空气或水分，具体过程取决于反应的性质。

反应被定义成空气敏感的可以是从反应物的角度，如正丁基锂或格氏试剂，或是从反应产物的角度，如有机金属络合物。

注意！在开始操作前确保你已读过第一篇的安全注意事项！

实验装置

反应的建立与非空气敏感反应基本相同，但用的是一个三颈烧瓶或舒伦克瓶而不是传统的圆底烧瓶。舒伦克瓶带有连接阀门将装置连接到Schlenk line并控制对惰性气体和真空的开关，而三颈烧瓶则要需要添加一个适配器。最简单的实验设置是先组装好所有的玻璃器皿，再抽真空和充气以确保惰性气体环境，最后添加反应试剂。或者可以单独对每个组件进行抽气和充气，在各个器件都有惰性气体流出时再相互连通，即先对各个容器抽充气，当有足够的惰性气体进入装置时会放出平稳气流，此时可移除密封件进行连接。这样耗时更长，但如果你需要在中途添加或移除一个器件时这种方法很实用（见下文）。典型的实验装置见图11。

图11 空气敏感反应的典型实验装置 A）基本的室温下的实验装置（带搅拌物）B）A基础装置加上加料漏斗C）带逆流加热和搅拌物的装置 D）在C基础上添加加料漏斗

使用空气敏感技术和空气稳定化学之间的一个区别是，所有的磨玻璃接头都必须涂脂，以确保密封防止污染。在有机化学实验室，经常建议不要给接口涂脂是因为脂类物质可能会进入反应物而影响反应、扰乱光谱。同样的原因，在空气敏感化学中接口处不宜过度涂脂，均匀涂抹一层薄薄的油脂优于在连接件顶端和底部都糊上的厚厚一层。为了得到一个薄层，先在玻璃器皿的阳螺纹接头上对称的两侧涂上条纹状的油脂，插入到套筒接头的颈部，轻轻旋转以使油脂均匀分布（见图12）。在接口处表面间应有一圈清晰的、连续的薄膜。

图12 如何给一个塞子的连接处均匀涂脂

有时实验过程中要添加或移除一件器件（如加料漏斗）。添加之前，确保它是清洁和干燥的且连接部位已涂脂。连入Schlenk line后，按第2篇中描述的抽气和充气三次，确认有两股惰性气体气流出流，一股从反应容器流出，另一股从要添加的玻璃器皿流出。当装置各个部件流出的气流稳定时，可以移除反应容器的塞子以添加玻璃器皿。

在实验过程中移除器件时，只要确认反应容器中有惰性气体流出，便可移除相应器具再加上塞子密封。

在反应开始加入空气稳定固体试剂

在反应的任何阶段都可以添加固体试剂，但尽量在开始时把所有的固体试剂加入到烧瓶中，因为加入液体试剂后再进行操作会变得比较困难。如果固体试剂是空气稳定的，可以按照下述步骤直接加入。

在实验开始添加空气稳定的固体试剂：

1. 称取好固体试剂，添加到洁净干燥的舒伦克瓶或三颈圆底烧瓶中。

2. 用涂脂的毛玻璃塞堵住烧瓶。

3. 将烧瓶连入Schlenk line。

4. 小心地把烧瓶对真空歧管打开。不要把颗粒或粉末吸入Schlenk line，否则会导致参与反应的试剂量少于初始计算值，并且还得清洗Schlenkline。

5. 按第2篇描述的步骤重新通入惰性气体。再重复这样的抽气-充气循环两次。

6. 最后确保烧瓶中已经填满惰性气体，并且处于对惰性气歧管打开的状态。

在反应开始加入空气敏感的固体试剂

在反应开始时添加空气敏感的固体试剂最好的方法是在手套箱中称重后装入烧瓶，一切操作都在惰性气氛下进行。许多空气敏感的固体试剂都存储在固定的手套箱中。

将一个洁净干燥的舒伦克瓶、瓶塞、小铲、固体称量设备（如塑料或铝制称量舟）和所需化合物一同放入手套箱。这些物品得先在手套箱的入口舱进行三次抽气-充气循环再移至手套箱本体。由于这些物品要处于真空环境，注意确保舒伦克瓶是敞开的，而且装空气敏感固体的容器可靠。否则，随舱内压力的下降瓶塞可能会弹出甚至发生爆炸，导致玻璃碎片和空气敏感化合物洒落在手套箱入口舱，这是很危险的。即使舒伦克瓶在密封状态下能经受住抽气-充气循环，在手套箱里打开它也会导致手套箱被其携有的外部空气污染。

如何使用手套箱开始实验：

1. 把物品放在手套箱入口舱后关门。尽量把物品往里放，这样你在手套箱里更容易够着它们。

2. 对入口舱抽气-排气三次。

3. 戴上手套后缓慢地将手伸进手套箱。在伸入过程中你会给箱内气施加压力，所以动作慢一点。

4. 打开入口舱内门，将物品挪到手套箱主体。

5. 关闭入口舱内门。

6. 称取所需的试剂装入舒伦克瓶中。

7. 用涂脂的塞子密封烧瓶。

8. 把所有物品放回入口舱。确保手套箱内气氛干燥洁净。

9. 关闭入口舱内门。

10. 打开外门取出物品。取出时入口舱不需要再抽气-充气，因为你的试剂已经处于惰性气体保护下了。同时你的烧瓶已密封，在真空下会轻则瓶塞弹出，重则爆炸。再者抽气-充气是防止空气进入手套箱，而不是防止手套箱中的气体进入空气，所以没有必要。

现在可将舒伦克瓶连入Schlenk line，再添加其它试剂。记得接通前先对导管进行抽气-充气处理。

在反应中间加入固体试剂

添加空气稳定固体试剂

1. 称取所需数量的固体试剂。

2. 确认反应容器中有惰性气体正向气流。确认反应容器对Schlenk line打开且鼓泡器中显示流速为2-3个气泡每秒。

3. 拔下反应容器的塞子。

4. 在颈部放置药粉漏斗以防止试剂在添加时粘在瓶颈上。如果没有药粉漏斗，可用纸卷成圆锥形替代——确保它的底部低于颈部下端。

5. 通过漏斗小心地把试剂加入反应中。如果漏斗孔被堵住从瓶中出来的正向气流可能会导致少量试剂遗失，特别是粉末状试剂。因此要慢慢添加试剂。如果你要加入大量粉末，则请少量多次，小心不要吸入空气中的杂质。保持漏斗深入到烧瓶颈部，但让接口处留一点缝隙。

这让烧瓶中的惰性气体有地方逸出而不是通过漏斗口将粉末吹得到处都是。这种方法的缺点就是容易让粉末粘在涂脂的烧瓶颈上。

6. 添加完毕后移走漏斗再让塞子复位。

添加空气敏感固体试剂

空气敏感固体试剂的添加应在手套箱中进行（如上所述）。但有的反应不适合将整个装置或反应容器移到手套箱中，如带有温度变量的实验。这种情况下，有两种解决方案：A）使用固体加料管；B）将固体溶解后添加。

A）固体加料管

固体加料管是和试管相似的一种简单玻璃器皿，但有部位弯曲并带有毛玻璃接头以接在反应容器上（图13）。有些还带有舒伦克或杨式阀门接头以控制内部的气氛和气流。

按上文描述的方法在手套箱中将空气敏感化合物装进固体加料管，并用相应的帽或塞子密封（图13.A），移出手套箱后按照标准程序安装到Schlenkline上。在有正向惰性气流时取下盖子插入同样有气体正流的烧瓶颈部（图13.B）。可以轻轻旋转或敲击加料管以加速固体进入反应容器。

如果你用的固体加料管中没有阀门接头，可以按图13.C中的设置引入惰性气流。这样在打开和接入加料管时提供了一个惰性气层保护。当你需要打开一安瓿瓶空气敏感固体时也要用到这种方法。

图13 使用固体加料管（左、中）和二级惰性气流（右）在反应中间加入空气敏感固体

B）将固体溶解后加入

这也许是最简单有效的方法。先在惰性气氛下称取空气敏感固体到一个单独的、洁净干燥的舒伦克瓶中，再溶解在适当的溶剂中，然后通过双针头导管将得到的溶液加入到反应混合物中（见下文）。

溶剂和液体试剂的添加

通过简单的注射器或双针头导管便可将液体在惰性气氛下输送到与Schlenkline连接的容器中。选择哪种方式取决于要传输的量和反应特性，一定程度上还与盛放液体的容器结构有关。一般的原则是，50毫升以下用注射器，而更大的量则使用双针头导管输送。

用注射器输送液体试剂

这是定量输送液体的最简单的方法。注射器的典型构造包括一个带活塞的玻璃或塑料筒和一个长的、可更换的不锈钢针头。表3中给出了几种常用注射器及其优缺点。

表3 传输空气敏感液体的常用注射器类型及其优缺点

从普通溶剂瓶向舒伦克瓶传输液体的步骤：

1. 将溶剂瓶（图14.A，瓶1）连在Schlenk line上，对导管和瓶支臂抽气-充气三次。

2. 将要接收液体的舒伦克瓶连在Schlenk line上，抽气-充气三次。

3. 将两者均对氮气歧管打开，即打开阀门H和I让氮气流入。

4. 在氮气正压（即烧瓶中有氮气流出）下用橡胶隔膜取代瓶1的塞子（图14中的B）。隔膜上应该插有一根针以排出隔膜里的少量空气。这叫引针。

5. 用隔膜套紧接口，形成气密密封（图14中的C）。

6. 对瓶2重复步骤4和5。

7. 将注射器针头穿过隔膜插入溶剂瓶的顶部空间进行清洁处理。将瓶内惰性气氛吸入注射器，再从烧瓶中拔出针头并向外排气（图14.D），重复3-4次。操作必须在氮气的正压下完成。因为从系统中吸走气体或液体会产生局部真空，需要在外部大气进入系统前填充惰性气体，防止污染。

8. 穿过隔膜将针头插入溶剂，慢慢拉动活塞让注射器吸入溶剂。抽取液体量应比所需量稍多一点。

9. 将针头从溶剂中拔出，但不离开烧瓶。

10. 小心地让注射器反转，气泡都移动到注射器顶端（图14.D）。

11. 轻轻地将气体和过量的液体推回到烧瓶中。

12. 从溶剂瓶中取出针头，将其插入到接收瓶中。

13. 慢慢推动活塞将注射器中溶剂压入到烧瓶中。推动活塞时不要太快，以免针头脱落和洒落溶剂。

14. 从接收瓶中取出注射器，如果无需添加其它液体，用塞子更换橡胶隔膜。

15. 用塞子或阀门代替溶剂瓶上的橡胶隔膜。

16. 将溶剂瓶对气体管路关闭，再从Schlenk line上取下。

图14 用注射器传输液体的步骤

Sure/Seal(TM)容器

购买得到的空气敏感试剂通常放在Sure/Seal (TM)容器中。除了旋转顶盖外，这种容器还带有一个金属帽，类似啤酒瓶的但中心可以刺穿。使用Sure/Seal (TM)容器，抽取液体前一定要确保瓶子中有惰性气源（见下文）。

前文描述过，这样做可以防止液体被抽取时形成部分真空，污染性气体便无法进入容器中。惰性气体通过针管引入。针管是通过适配器或者1ml尾部截断的空针筒接在Schlenk line的导管上的，这样能与伸缩性橡胶或塑料导管紧密贴合。这种构造也可以用于吹扫溶剂，只需将短针更换为长针，再按照第2篇中的指导进行操作。

从Sure/Seal (TM)容器到舒伦克瓶的传输步骤：

1. 先用Schlenk line的惰性气体对短针冲洗2-3分钟，如果线上还连有其它装置，你可能需要增大惰性气歧管的流量。

2. 将短针插入Sure/Seal (TM)容器顶部空间提供惰性气源。

3. 按照前面“从普通溶剂瓶向舒伦克瓶传输液体的步骤”中的7-14步清洁注射器和抽取所需液体。

4. 完成Sure/Seal (TM)容器的使用时拔去针头并盖上旋转顶盖。盖上盖子前可先在容器口上包裹一层保鲜膜，这样能在存储期间提供更好的保护。

通过双针头导管输送液体试剂

双针头导管是空心的Teflon或不锈钢管——基本上是一个双头针。两端可以都是平头的，也可以都是尖头的，或一个尖头一个平头。双针头导管在两个容器间大量传输液体（惰性气氛下）时是非常有用的。双针头导管的原理是依靠的两个容器之间的压力差“驱动”液体——盛放液体试剂的容器内压力更大 (图15）。

图15 采用双针头导管传输的原理图

两个烧瓶间压力差的产生：往溶剂瓶通入气体而接收瓶中有适当泄压途径（一根短针）。溶剂瓶顶部积累的压力向下推压液体流过双针头导管以释放压力。这种手段的主要缺点是两个烧瓶间的压差小的时候传输速度慢。为了确保有足够的压力，尽可能用新的橡胶隔膜。旧的隔膜拉伸多次后密封性下降，这样会导致压力不足和液体传输慢。另一种加速输液的方法是抬高溶剂瓶。不同的高度可以形成一个“下坡”过程，在重力的帮助下加快传输。

还可以采用瞬时真空法减小接收瓶中压力制造烧瓶间的压力梯度。将接收瓶对真空打开<1秒的时间以减少压力，从而诱使液体流过导管。它的主要缺点是，空气容易泄漏到系统中。在用旧隔膜时这很常见（要用新隔膜的另一个原因）。此外，压力梯度的逐渐变小，输液速度变慢，此时要再把接收瓶对真空打开，但这可能会导致溶剂蒸发，所以采用此方法还得在合适位置加入冷阱吸收蒸发的溶剂。如果你使用的是确定浓度的溶液，溶剂蒸发仍是一个问题，此时必须用正压力驱动传输而不能是真空负压。

采用双针头导管传输的步骤：

1. 把接收瓶连在Schlenk line上，对导管和烧瓶抽气-充气三次。

2. 把烧瓶对惰性气歧管打开。确保气体流量充足。

3. 在平稳的惰性气流下将接收瓶的塞子替换成橡胶隔膜。隔膜上应该插有一根针（引针）以排出隔膜里的少量空气。

4. 将橡胶膜翻下包裹接头以密封。

5. 用双针头导管的一头替换引针。如果导管只有一端是尖头的，尖头端应用于接收瓶。

6. 让惰性气吹扫导管2-3分钟。

7. 在吹扫导管时可将溶剂瓶连入Schlenk line。

8. 对连接溶剂瓶和线的导管抽气-充气三次。

9. 对溶剂瓶进行步骤2、3。

10. 将导管的另一头插入溶剂瓶。

11. 给接收瓶添加一根引针，关闭其接通Schlenk line的阀门。

12. 将溶剂瓶中的导管针头插入到液面下。

13. 溶剂传输在几秒内开始。溶剂瓶内积累的压力推动液体由双针头导管流入接收瓶以释放压力。传输速度可以通过控制流入溶剂瓶的惰性气流量调节，或者可以添加一个导管上带弹簧夹的鼓泡器控制接收瓶中的压力释放。将溶剂瓶中针头从液面下抬出，输液可以随时停止。

14. 传输完成后把导管两端均抬出液面。

15. 将接收瓶对惰性气歧管打开。

16. 移除引针。

17. 移除双针头导管。

18. 立即清洗双针头导管。如果不及时的话可能会导致它被堵住，尤其是在用它传输过格氏试剂或其它类似溶液时——因为它们能与O2、H2O反应生成盐或其它固体沉积在导管内，使导管堵塞。选择清洗剂时请仔细考虑所有安全因素——尤其是用它传输过格氏试剂或正烷基锂溶液时。

小结

三颈烧瓶和附带连接阀门（为抽气-充气循环提供惰性气入口和真空通道）的玻璃器具可以用来构建许多实验。

固体试剂，无论是空气敏感的还是空气稳定的，尽可能在反应开始加入。中途添加固体试剂较为麻烦，但可以用固体加料漏斗或加料管。液体试剂在50ml下时可用注射器加入，如果超过50ml则通过双针头导管。

第四部分

真空/惰性气体多歧管系统，俗称Schlenkline，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。

虽然舒伦克线概念上很简单，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。在过去的文章中我们介绍了舒伦克线的基本结构、开关流程、溶剂的干燥与脱气、抽气-充气循环以及实验空气敏感化合物反应时的基本设置。

而在这最后一篇，我们将讲述如何分离和分析空气敏感反应生成物。

分离

用到空气敏感技术通常有两种原因：反应物中存在一个或多个空气敏感的，或有生成物是对空气敏感的。如果该生成物是空气稳定的，那它的分离和分析很简单，采用如重结晶、柱色谱法或过滤等规范方法处理就行了。但是，如果你的生成物是对空气敏感的，对它分离和分析的难度就增大了。

注意！在开始操作前确保你已读过第一篇的“安全注意事项”！

蒸发溶剂法

最常用的分离空气敏感化合物的方法是在真空下蒸发溶剂。这样做的话，你需要用到一个装有足够液氮的冷阱吸收溶剂以防止它进入真空泵。当溶剂的量较大时，建议你使用两个冷阱。（更多细节请参阅第1篇）

打开支臂阀门将舒伦克瓶与真空歧管接通以蒸发溶剂。打开阀门时尽量小心以免溶剂剧烈涌动，否则会导致液滴溅入支臂和导管造成反应生成物损失和导管污染。溶剂涌动还会使部分生成物溅在瓶壁上，这是不能完全避免的，通常烧瓶壁面都会粘有一些生成物。为了让尽量多的生成物留在瓶底，可以简单地旋转晃动烧瓶，让壁面上的生成物再溶解在剩余的溶剂中。

溶剂的蒸发速率取决于其沸点。对于高沸点溶剂，可以将舒伦克瓶置于温水中以加快蒸发速率。而低沸点溶剂在蒸发时，经常会有水冷凝在舒伦克瓶的外壁上，可以直接擦干后用手捂住烧瓶以加速蒸发。此外，瓶外壁上冰的融化标志着溶剂已蒸发完全。

溶剂蒸发完全后，在正向的惰性气流下用小药匙将分散在舒伦克瓶壁上的生成物刮下来。如果生成物在刮落时变成细粉末，可以稍微减少进入管内的惰性气体流量。气体流量太大容易将细粉从舒伦克瓶吹出，让你辛苦实验得到的反应生成物到处洒落。如果该生成物是很细小的粉末，有一种防止它挥洒的办法：在旧橡胶隔膜上剪一个药匙大小的细缝，然后用隔膜封住舒伦克瓶口，从细缝中插入药匙刮落生成物，从而防止生成物粉末逸出。

当舒伦克管壁面上的生成物全被刮下来时，你便可以在手套箱中将它转移至其它容器（更多细节请参阅第3篇）或者准备进行分析（见下文）。

析出和再结晶法

每一种固体溶质对应不同的溶剂有不同的饱和度，即在给定温度下超过一定浓度后溶液不能溶解更多的溶质。析出和结晶都必须在这样的饱和溶液中进行，通常包括制备饱和溶液和改变环境条件（如温度和溶剂和体积）两个步骤。

采用上述的溶剂蒸发法，减少溶剂体积以减少能溶解的溶质量，可以使固体生成物沉淀析出。冷却烧瓶也有助于生成物的析出，并且溶剂在负压下蒸发能够吸热从而自动冷却烧瓶，因此额外的冷却通常是不必要的。

通过加入第二种溶剂（产物对于它是难溶的）也可以让生成物析出，因为生成物在合成的混合溶剂中溶解度更低。三种最常见的溶剂组合是：

芳香烃中加入己烷；

二氯甲烷中加入己烷；

二氯甲烷中加入乙醚；

再结晶与析出的原理相同，但过程更慢，因为分子聚合成紧密稳定的晶体需要时间。这里有介绍针对空气敏感化合物的结晶方法：Tips and Tricks for theLab: Growing Crystals Part 3；而针对空气敏感性，对空气稳定化合物的结晶方法做一些修改后，也可以有很好的应用效果，在这里Tips and Tricks for theLab: Growing Crystals Part 2有详细介绍。

过滤

对溶液过滤可以分离出固体生成物或者除去固态的副产品，留下所需的产物。

在惰性气氛下进行过滤的方法有两种：采用双针头导管或过滤棒。

使用双针头导管过滤

这是建立在第3篇中所述的双针头导管传输方法的基础上的。不同的是，这里采用的是带有过滤器的导管进行传输。这样可以让固体物质留在原来的烧瓶中，而溶剂则在惰性气氛下被转移到干净干燥的舒伦克瓶中。

采用的过滤器是由约2厘米长两端开口的玻璃管做成的。玻璃管必须能够适合舒伦克瓶的瓶颈，例如，外径为10-12毫米的管可以很好地配合B19的快接接头。建议采用7.75毫米的内径，因为这正好可以完美地适合B13的隔膜。用Teflon胶带或金属丝在玻璃管的一端缠上滤纸（图16）。合适地折叠和固定滤纸一开始可能有些棘手，但操作的次数多了自然就变容易了。

图16针对双针头导管的过滤器的构造

在玻璃管的另一端应插入橡胶塞，然后连接双针头导管（图17），让一根针头顶端正好接触滤纸，并且这一端必须是平头的，以免戳破滤纸而使其失效。接下来就按正常的双针头导管输送液体试剂的步骤进行操作（请参阅第3篇）。

图17过滤器和双针头导管的正确位置

洗涤

无论你的产品是在被转移到新烧瓶的溶液中，还是以固体形式留在原来的烧瓶中，都应在所有的溶液转移到新的烧瓶后清洗剩下的固体。为此，只要用注射器再添加一些溶剂（最多原

有量的5％）就行。稍稍晃动烧瓶，然后等固体沉淀后便可再用双针头导管将溶剂转移至接收烧瓶。

使用过滤棒过滤

过滤棒是一种带有两个快速配合连接器接头的玻璃器具，通过一个阀门连接舒伦克线以控制内部的气氛，中心置有一段中等孔隙度的烧结玻璃（图18）。

图18 烧结玻璃滤棒

使用过滤棒获取溶液：

1. 将清洁、干燥的过滤棒连接到一个清洁、干燥的舒伦克瓶上（图19，A）。

2. 通过阀门将过滤棒和舒伦克瓶连接在舒伦克线上，排充气三次。

3. 确保有足够的惰性气体流进过滤棒、接收烧瓶以及装有反应混合物的烧瓶。

4. 拔下塞子，将过滤棒接到含有需过滤固体的烧瓶顶部。此时，装有反应混合物的烧瓶应在最底部，往上是过滤棒，之后在顶端的是接收瓶。确保两烧瓶和过滤棒的阀门是在同一侧（图19，B）。

5. 为确保没有泄漏，用松紧带或弹簧固定接合处。最好不要用快速夹，因为它会造成稍许松动。

6. 关闭反应烧瓶的阀门，断开与舒伦克线的连接，这样后续的操作更方便。

7. 拿起反应烧瓶和过滤棒轻轻晃动溶液，尽可能的带动固体物质。

8. 小心地倾斜整个装置让溶液流入滤棒。确保支臂是上方的以免溶液流入（图19，C）。

9. 180度翻转整个装置后稳定它。

10. 让固体在重力作用下的沉积，而溶液则滤过进入接收瓶（图19，D）。固体均已沉积时，可以降低接收瓶底部的压力来提高溶液滤过时的速度：关闭过滤器上的阀门，短暂地将接收烧瓶接入真空。但不要一直开着阀门，这样会增加细颗粒物堵塞烧结玻璃的概率。一个轻微降压的好办法是：抽空连接导管，再关闭双排管的阀门，然后打开烧瓶阀门连通处于静态真空的导管。

11. 所有的溶液都过滤进入接收烧瓶后，可以用少量的新鲜溶剂洗涤固体。为此，在确保有惰性气体通过滤棒的情况下卸下顶部的烧瓶，然后溶剂可以通过打开的过滤棒颈部引入。

12. 清洗完固体后，可在正向的惰性气流下将过滤棒从接收烧瓶卸下。

13. 立即清洁过滤棒以防烧结玻璃堵塞。

图19 使用过滤棒的步骤

使用过滤棒获取固体：

先按上面的前11步操作，然后：

12. 于惰性气氛下将一个清洁、干燥的舒伦克瓶接在过滤棒的顶部。

13. 在正向的惰性气流下将过滤棒从接收烧瓶卸下。

14. 塞住或盖住过滤棒底部。

15. 打开过滤棒阀门接通真空，干燥固体。

16. 固体干燥后，通入惰性气体，再翻转装置让固体物落入烧瓶。如果有固体物能粘在过滤棒上说明它还没完全干燥，须重复步骤15。

17. 在正向的惰性气流下卸下过滤棒，密封烧瓶。

18. 立即清洁过滤棒以防烧结玻璃堵塞。

分析

遵循上述的分离步骤，你现在便已得到有待分析的固体生成物了。最常见的空气敏感化合物的分析技术是核磁共振（NMR）波谱法，因为它的准备、安置以及在惰性气氛下的运行都十分简单。此外，核磁共振波谱法是一种无损检测技术，当你的空气敏感生成物需要花许多时间来制备和分离时，这绝对是一大福利。

如果你要采集一种化合物的核磁共振氢谱，你必须将原溶剂（含有大量）替换为氘（）

代溶剂,以屏蔽溶剂对信号的影响,使得到的信号尽可能多的是待测物质的。如果你检测的原子不是

，而是

或

，氘代溶剂则可以通过氘共振峰方便地锁住磁场和频率。

氘代溶剂必须先干燥和脱气以破坏待测样品。（氘代氯仿）是最常用的氘代溶剂，

。然而，一些有机金

许多经常处理空气敏感化合物的实验室会储备一些干燥脱气的属配合物会与虑。

反应，脱去Cl原子。虽然这种情况是极少数，但在选择溶剂时仍应考

选定溶剂后，你需要选择一个NMR样品管。有一系列尺寸和多种气密方法供选择。

其中最便宜的是使用一个标准的NMR样品管，缠上一层保鲜膜或聚四氟乙烯胶带密封连接处。但这种方法密封效果最差，并且很难装配。

相对更贵一点但也更有效的方法是使用橡胶隔膜密封NMR样品管。隔膜比常规的管帽能提供更好的密封效果，但不适用于高度空气敏感的化合物或长期存储，因为它在长时间接触有机溶剂蒸气后会降解。

密封效果最好的、适合长期存储和高度空气敏感的化合物的办法是使用一个配有集成的杨式阀门（图20左）的NMR样品管。这也是最昂贵的选择。

图20带杨式阀门适配器的NMR样品管（左）、NMR预备管（右）

为了在标准NMR样品管内制备样品，必须将样品管放在一个更大的、可抽空的试管里，使能完成抽真空和填充惰性气。在标准的舒伦克管中不能保持样品管直立，因此需要特制的NMR预备管（图20右）。这种管子应该足够窄，使样品管能在里面保持垂直。样品管的顶部应该正好在预备管阀门的下方一点，确保核磁制备管开放时样品持续处于惰性气流覆盖下。预备管颈部连接处应稍宽，以方便取放样品管。

用标准NMR样品管制备空气敏感的NMR样品

1. 使用上述方法之一分离化合物。

2. 如上所述将NMR样品管置于预备管中。

3. 按照第2篇所描述的，对装有样品管的预备管抽气-充气三次。

4. 确保预备管有正向惰性气流。

5. 将预备管的塞子替换为橡胶隔膜，应插入细针以放出隔膜里的少量空气。

6. 使用第3篇里方法，添加1毫升干燥脱气的氘代溶剂到装有待测化合物的舒伦克瓶中。

7. 将少量的化合物（1-10毫克）溶解到溶剂中。

8. 使用注射器穿过橡胶隔膜将约0.75毫升的溶液转移至NMR样品管中。

9. 移除预备管的橡胶隔膜，用橡胶隔膜或管帽盖住样品管管口，再用保鲜膜或者聚四氟乙烯胶带等类似物品包裹密封。如果样品管管口太低而不易够着，可以用保鲜膜、密封带或是橡皮泥等将管帽连在钢笔或玻璃棒的末端，这样你给样品管加盖时不用将它从惰性气氛中取出。

用带杨式阀门的NMR样品管制备空气敏感的NMR样品

带杨式阀门的NMR样品管可以接到舒伦克线上，进行通常的排气-充气循环，再遵循步骤7-9。另外，NMR预备管的使用也可以上述相同的方式（步骤1-8）。但不同于上述第9步，加上相应的Teflon盖后便可将样品管从预备管中取出，不必担心样品暴露在大气中。

在手套箱中制备空气敏感的NMR样品

在手套箱中制备NMR样品是可行且相对简单的。然而，一些研究组之所以会禁止将溶剂放进手套箱是因为其蒸气可能会损坏手套箱的泵。如果你使用的是高沸点溶剂，只要尽可能保持瓶子密封，可以稍微降低这种风险。当然，溢出的溶剂始终是一个隐患，溶剂溅到有机玻璃窗口可能会导致有机玻璃损坏，而擦抹有机玻璃又易导致有机玻璃变模糊，这两种情况都会降低到手套箱的能见度，使其更难以使用。

如果你不希望将溶剂带进手套箱，可以只在手套箱中进行部分操作，参见第3篇里如何使用手套箱的介绍。在手套箱中后，从舒伦克瓶的侧面用药匙将少量固体产物刮出，小心地转

移到NMR样品管中，用橡胶隔膜密封。溶剂的添加可以在手套箱外进行，按照上述的步骤8-9。

小结

空气敏感产物的分离和分析需要小心操作。分离空气敏感化合物的最简单的方法是在负压下蒸发溶剂——确保所有舒伦克线上蒸发的溶剂都被冷阱收集，以免真空泵损坏。蒸发溶剂时，还可以除去一些液态的或低压下易升华的杂质，但仍留有大部分固体杂质。过滤或重结晶，可以帮助去除这些杂质，得到一份纯净的样品进行分析。

核磁共振波谱是最常用的分析方法，因为它是对空气敏感的化合物的检测是无损的，同时有一系列方法在惰性气氛中制备核磁共振样品。

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