Pendahuluan
Glovebox adalah selungkup tertutup yang dirancang untuk memfasilitasi manipulasi bahan dalam atmosfer yang terkendali. Sistem ini sangat penting dalam banyak aplikasi ilmiah dan industri (misalnya, penelitian dan produksi nuklir dan baterai) di mana udara atau kelembapan di sekitarnya dapat mengganggu proses sensitif atau zat reaktif.
Ada dua jenis utama sistem kotak sarung tangan:
- Sistem pelindung personel - Sistem ini beroperasi di bawah tekanan yang lebih rendah daripada atmosfer di sekitarnya untuk memastikan tidak ada zat berbahaya yang keluar ke lingkungan. Contohnya adalah glovebox yang digunakan untuk menangani agen infeksius atau bahan radioaktif (dalam hal ini, sel panas dapat digunakan).
- Sistem pelindung bahan - Sistem ini beroperasi di bawah tekanan berlebih, sehingga ideal untuk menangani zat yang memerlukan atmosfer yang dikontrol dengan ketat. Tekanan berlebih mencegah masuknya udara sekitar, sehingga mempertahankan lingkungan internal yang sangat konsisten dan jelas.
Eksperimental
Pekerjaan ini berfokus pada jenis kedua - glovebox dengan tekanan berlebih - karena ini sangat cocok untuk aplikasi analisis termal yang melibatkan bahan reaktif atau higroskopis.
Dalam sintesis campuran - seperti garam - sangat penting untuk mengetahui massa dan kemurnian yang tepat dari setiap komponen untuk menghasilkan komposisi yang diinginkan secara akurat. Banyak garam, termasuk kalsium nitrat (Ca(NO₃)₂), sangat higroskopis dan mudah menyerap kelembapan dari atmosfer sekitar. Air yang diserap ini mengubah massa efektif dan komposisi garam, yang menyebabkan penyimpangan yang signifikan dalam stoikiometri.
Untuk memastikan komposisi yang akurat, oleh karena itu, perlu untuk memurnikan dan mengeringkan senyawa awal sebelum persiapan campuran. Melakukan langkah-langkah ini di bawah kondisi lingkungan dapat menyebabkan kelembapan yang tidak terkendali, yang mengakibatkan rasio pencampuran yang tidak akurat dan sifat material yang terganggu. Bekerja di dalam kotak sarung tangan dengan atmosfer kelembaban rendah yang dikontrol secara ketat (biasanya <1 ppm H₂O dan O₂) memastikan bahwa bahan tetap kering, memungkinkan penimbangan dan penanganan zat higroskopis yang tepat di seluruh proses sintesis.
Hasil Tes
Untuk menentukan kadar air garam, analisis termogravimetri (TGA) dapat digunakan. Untuk tujuan ini, Ca(NO₃)₂ - xH₂O dipanaskan hingga 300°C di bawah atmosfer lembam (N2) dalam wadah grafit dalam instrumen TGA, di mana kehilangan massa akibat pelepasan air dicatat sebagai fungsi suhu dan waktu. Hasil yang sesuai ditunjukkan pada gambar 2. Kehilangan massa sebesar 29,8%, yang sesuai dengan jumlah awal molekul air 3,87 mol per 1 mol Ca(NO3)2.
Untuk menilai laju reabsorpsi kelembapan dalam kondisi ambien, wadah dikeluarkan sebentar dari TGA dan segera dimasukkan kembali untuk pengukuran massa berikutnya. Terlepas dari kenyataan bahwa waktu pemaparan di luar TGA singkat, kehilangan massa sebesar 0,2% (relatif terhadap massa sampel awal) masih teramati (lihat kurva merah pada gambar 3), yang mengindikasikan Proses PenyerapanPenyerapan adalah proses fisika dan kimia di mana suatu zat (biasanya gas atau cairan) terakumulasi di dalam fase lain atau pada batas fase dua fase. Tergantung pada tempat akumulasi, ada perbedaan antara absorpsi (akumulasi dalam fase) dan adsorpsi (akumulasi pada batas fase).penyerapan kelembapan yang signifikan bahkan dalam waktu yang singkat ini.
Ada beberapa cara untuk meminimalkan Proses PenyerapanPenyerapan adalah proses fisika dan kimia di mana suatu zat (biasanya gas atau cairan) terakumulasi di dalam fase lain atau pada batas fase dua fase. Tergantung pada tempat akumulasi, ada perbedaan antara absorpsi (akumulasi dalam fase) dan adsorpsi (akumulasi pada batas fase).penyerapan uap air selama penanganan sampel. Misalnya, menggunakan tutup wadah dengan lubang small dapat mengurangi kontak langsung dengan udara lembab, atau sebagai alternatif, membersihkan wadah pada autosampler dengan gas inert kering dapat mengurangi rehidrasi lebih lanjut sebelum pengukuran. Metode-metode ini telah diterapkan pada sampel; hasilnya disajikan pada gambar 3. Pengukuran ini menunjukkan bahwa Proses PenyerapanPenyerapan adalah proses fisika dan kimia di mana suatu zat (biasanya gas atau cairan) terakumulasi di dalam fase lain atau pada batas fase dua fase. Tergantung pada tempat akumulasi, ada perbedaan antara absorpsi (akumulasi dalam fase) dan adsorpsi (akumulasi pada batas fase).penyerapan uap air setelah pengukuran TGA dapat diminimalkan secara efektif dengan menggunakan tutup wadah (kehilangan massa 0,1%) atau, yang lebih efektif lagi, dengan membersihkan autosampler (ASC) dengan gas inert kering (kehilangan massa 0,0%).
Namun, langkah-langkah ini tidak sepenuhnya menyelesaikan masalah penyimpanan sampel di antara pengukuran atau sebelum pemrosesan lebih lanjut. Untuk sampel yang sensitif terhadap kelembapan, penyimpanan dalam desikator merupakan solusi yang umum, namun yang lebih efektif adalah penyimpanan dalam glovebox di bawah atmosfer lembam.
Mengoperasikan sistem TGA atau STA (Simultaneous Thermal Analyzer) secara langsung di dalam glovebox menawarkan keuntungan yang signifikan: Hal ini memungkinkan penentuan kadar air yang tepat dan penanganan bebas kelembapan serta penyimpanan sampel tanpa memindahkannya ke dalam kondisi sekitar.
Gambar 4 mengilustrasikan pendekatan ini: Sampel kedua Ca(NO₃)₂-xH₂O (kehilangan massa awal: 29,5%) dikeringkan menggunakan STA yang terletak di dalam kotak sarung tangan. Setelah prosedur pengeringan, wadah dibiarkan terbuka di atmosfer glovebox selama delapan hari. Selama pengukuran ulang, tidak ada kehilangan massa tambahan yang diamati, yang mengonfirmasi stabilitas sampel di lingkungan glovebox kering.
Saat menggunakan sistem NETZSCH STA 449/509, ketersediaan berbagai macam bahan wadah, ukuran, dan geometri memungkinkan tidak hanya untuk analisis termal yang tepat tetapi juga untuk mengeringkan jumlah bahan yang lebih besar, sehingga instrumen ini sangat sesuai untuk langkah pengeringan preparatif dalam sintesis campuran garam (gambar 5). Fleksibilitas ini memungkinkan para peneliti untuk menyesuaikan pengaturan eksperimental dengan persyaratan tertentu, memastikan akurasi analitik dan efisiensi praktis dalam persiapan sampel.
Kesimpulan
Integrasi sistem TGA atau STA ke dalam glovebox menawarkan keuntungan yang jelas untuk analisis dan penanganan bahan yang sensitif terhadap kelembapan. Dengan melakukan analisis termal secara langsung di dalam glovebox di bawah atmosfer yang kering dan lembap, memungkinkan untuk bekerja secara tepat dengan massa senyawa individual seperti Ca(NO₃)₂ atau garam higroskopis lainnya serta menyimpan dan memproses sampel lebih lanjut tanpa risiko rehidrasi.
Hasil eksperimen mengonfirmasi bahwa sampel yang dikeringkan dan disimpan di dalam glovebox tetap stabil dalam jangka waktu lama, bahkan ketika dibiarkan dalam wadah terbuka.
Secara keseluruhan, penggunaan instrumen TGA/STA di dalam glovebox merupakan pendekatan yang kuat dan efisien untuk menjaga integritas sampel di seluruh alur kerja - mulai dari analisis hingga sintesis - terutama dalam aplikasi di mana kelembapan atmosfer menjadi tantangan kritis.