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글러브박스

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목차

1. 개요

글러브 박스는 불활성 기체 환경 조성 또는 유해 물질 취급을 위해 사용되는 밀폐된 용기이다. 불활성 분위기 글러브 박스는 용매, 물, 산소를 제거하여 유기금속 화학 등에서 사용되며, 내부 압력을 주변 공기보다 높게 유지하여 누출 시 불활성 가스가 새어 나가도록 한다. 유해 물질 글러브 박스는 방사성 물질, 병원체, 독성 화학 물질 등을 안전하게 다루기 위해 사용되며, 외부보다 낮은 압력으로 유지하고 HEPA 필터를 장착하여 위험 물질의 유출을 방지한다. 글러브 박스는 화학, 생물학, 원자력, 재료 과학 등 다양한 분야에서 활용된다.

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글러브박스
개요
글러브 박스
일반적인 글러브 박스. 조작을 위한 두 개의 글러브가 있으며, 오른쪽에는 에어락이 있다.
용도불활성 분위기 작업
위험 물질 작업
관련 항목데시케이터
슐렌크 선
상세 정보
다른 이름격리 장치(Isolator)
에어 챔버글러브 박스 에어 챔버

2. 종류 및 구조

글러브 박스는 크게 두 가지 종류로 나눌 수 있다. 첫째는 유기금속화학에서 산소나 수분에 민감한 화합물을 다룰 때 주로 사용되는 불활성 기체 환경을 조성하는 것이고, 둘째는 방사성 물질이나 병원균 등 위험 물질을 안전하게 취급하기 위한 유해 물질 글러브 박스이다.

2. 1. 불활성 분위기 글러브 박스

불활성 분위기 글러브박스는 용매, 물, 산소 등을 제거하는 처리 장치를 통해 내부 기체를 펌핑하여 유지한다.[1] 산소는 주로 구리 금속을 사용하여 제거하며, 이 컬럼은 수소/질소 혼합물을 가열하여 통과시키는 방식으로 재생된다.[1] 발생한 물은 과량의 수소 및 질소와 함께 배출되고, 분자체를 통해 수분을 흡착하여 제거한다.[1] 유기금속 화학에서 건조 고체를 옮길 때 이러한 글러브박스가 사용된다.[1]

일반적으로 불활성 분위기 글러브박스는 주변 공기보다 높은 압력으로 유지되어 미세 누출 시 외부 공기 유입 대신 불활성 기체가 새어 나가도록 한다.[1]

2. 1. 1. 슐렌크 라인과의 비교

슐렌크 라인은 공기나 수분에 민감한 물질을 다루는 데 사용되지만, 글러브 박스에 비해 더 정밀한 조작이 가능하다. 글러브 박스는 유기 용매에 의해 플라스틱 씰이 손상될 수 있고, 그 결과 물과 산소가 박스 안으로 들어올 수 있다.[1] 테트라하이드로푸란 및 디클로로메탄과 같은 배위 용매는 구리 촉매에 비가역적으로 결합하여 효과를 감소시킬 수 있으며, 장갑을 통해 산소나 수분이 침투할 수 있다는 단점도 있다.[1] 글러브 박스와 촉매의 수명을 연장하는 한 가지 방법은 용매를 사용할 때 순환을 끄고, 용매와 관련된 작업이 끝나면 퍼지하는 것이다.[1]

2. 2. 유해 물질 글러브 박스

유해 물질 글러브 박스는 방사성 물질, 병원체, 독성 화학 물질 등 위험한 물질을 안전하게 다루기 위해 사용된다. 일반적으로 글러브 박스 내부는 외부보다 낮은 압력으로 유지되는데, 이는 미세한 누출이 발생했을 때 위험 물질이 외부로 유출되는 대신 공기가 안으로 유입되도록 하기 위함이다. 또한, 유해 물질 글러브 박스에는 HEPA 필터가 배기구에 장착되어 있어 배기 중 유해 물질을 제거한다.[3]

EU Institute for Transuranium Elements영어 (ITU)에서는 질소 분위기 하의 박스 내에 아르곤 분위기의 박스를 설치하여 용융염 속에서의 전기 화학 실험이 매우 엄밀하게 수행될 수 있도록 환경을 정비하기도 했다.[3]

글러브 박스는 혐기성 세균이나 높은 생물 안전 등급의 병원균 취급 등 생물학 연구에도 자주 사용된다.

2. 2. 1. 로키 플랫츠 공장의 사례

과거 플루토늄 피트가 제조되었고 현재 폐쇄된 로키 플랫츠에서는 스테인리스강으로 만들어진 글러브 박스를 20미터 연결하여 설치했으며, 박스 내부에 피트 제조 장치를 두고 제조했다.[2] 이때 글러브 부분은 납으로 내장되어 있었다. 방사성 물질을 취급하는 글러브 박스에서도 불활성 가스 분위기 하에서 작업이 이루어지는 경우가 있었다.[2]

3. 활용 분야

글러브박스는 다양한 분야에서 활용된다.


  • 화학: 유기금속화학, 무기화학 등 공기나 수분에 민감한 물질을 다룰 때 사용된다. 글러브박스 내부 기체는 용매, 물, 산소를 제거하기 위해 처리 장치를 거치며, 구리 금속으로 산소를 제거하고 분자체로 물을 흡수한다. 불활성 환경을 유지하기 위해 주변 공기보다 높은 압력으로 유지되며, 아르곤이나 질소를 순환시켜 내부 분위기를 일정하게 유지한다.[1] 슈렌크 관과 함께 사용되기도 한다.
  • 생물학: 혐기성 세균이나 높은 생물 안전 등급의 병원균을 취급할 때 사용된다.[3] 누출 시 위험 물질의 확산을 막기 위해 내부 압력을 외부보다 낮게 유지하고, HEPA 필터를 통해 배기한다.
  • 원자력: 방사성 물질을 안전하게 취급하고 핵연료를 제조하는 데 사용된다. 과거 플루토늄 피트 제조에 사용되었으며, 납으로 내장된 글러브 부분을 통해 작업이 이루어졌다.[2] EU Institute for Transuranium Elements|초우라늄 원소 연구소영어 (ITU)에서는 질소 분위기 하의 박스 내에 아르곤 분위기의 박스를 설치하여 용융염 속 전기 화학 실험을 수행하기도 한다.[3] 위험 물질 취급 시 내부 압력을 낮게 유지하고 HEPA 필터를 사용한다.
  • 재료 과학: 화학 분야와 동일하게 공기나 수분에 민감한 물질을 다루기 위해 용매, 물, 산소를 제거한 환경을 제공한다. 구리 금속으로 산소를 제거하고 분자체로 물을 흡수한다. 불활성 기체 환경을 위해 주변 공기보다 높은 압력을 유지하고, 아르곤이나 질소를 순환시킨다.

3. 1. 화학

유기금속화학, 무기화학 등 공기나 수분에 민감한 물질을 다룰 때 글러브박스가 사용된다. 글러브박스 내 기체는 용매, 물, 산소를 제거하기 위해 일련의 처리 장치를 거쳐 펌핑된다. 산소 제거에는 보통 구리 금속(또는 다른 미세하게 분할된 금속)이 사용되며, 이 산소 제거 컬럼은 일반적으로 가열하는 동안 수소/질소 혼합물을 통과시켜 재생된다. 생성된 물은 과량의 수소 및 질소와 함께 박스 밖으로 배출된다. 분자체는 분자체의 기공에서 물을 흡수하여 물을 제거하는 데 사용된다. 유기금속 화학자들은 건조 고체를 한 용기에서 다른 용기로 옮길 때 이러한 박스를 자주 사용한다.

불활성 분위기 글러브박스는 일반적으로 주변 공기보다 높은 압력으로 유지되므로, 미세한 누출이 발생하더라도 공기가 유입되는 대신 불활성 가스가 박스 밖으로 새어 나간다. 이런 종류의 박스에는 용매 증기, 수분, 산소 등을 제거하는 장치가 설치되어 있으며, 박스 내부에 충전된 아르곤이나 질소를 순환시켜 내부 분위기를 일정하게 유지하는 경우가 많다. 이 장치에서는 내부 산소 제거를 위해 가열된 구리가 사용되는 경우가 많다. 반응 후 구리는 가열하여 수소/질소 혼합 기체를 통과시키면 재생할 수 있으며, 이때 발생하는 물은 과잉의 수소/질소 혼합 기체와 함께 장치 외부로 배출된다. 수분은 분자체에 흡착된다.[1]

대기에 불안정한 화합물을 다루는 방법으로, 글러브 박스 외에 슈렌크 관을 사용하는 방법도 있다. 글러브 박스 내에서 유기 용매를 취급하면 용매 증기가 플라스틱 접합부를 녹여 수분과 산소가 침투해 들어올 가능성이 있다. 또한 글러브 박스를 사용하더라도 장갑의 고무 부분을 통해 산소나 수분이 침투하는 것을 막을 수 없다.[1]

3. 2. 생물학

글러브박스는 생물학 연구에도 자주 사용되며, 혐기성 세균이나 높은 생물 안전 등급의 병원균 취급에 사용되고 있다.[3]

위험 물질을 취급하는 경우, 글러브박스 내부 압력은 외부 압력보다 약간 낮은 상태로 유지된다. 이는 박스에 누설이 발생할 경우, 박스 내부의 위험 물질이 외부로 퍼져나가는 것을 막기 위한 것이다. 또한 HEPA 필터가 내장되어 있어 배기 시 위험 물질이 누출되지 않도록 한다.

3. 3. 원자력

방사성 물질을 안전하게 취급하고, 핵연료를 제조하는 데 글러브박스가 사용된다.

과거 플루토늄 피트가 제조되었고, 현재 폐쇄된 로키 플랫츠에서는 스테인리스강으로 만들어진 글러브박스를 20m 연결하여 설치했으며, 박스 내부에 피트 제조 장치를 두고 제조했다. 이때 글러브 부분은 납으로 내장되어 있었다.[2] 방사성 물질을 취급하는 글러브박스에서도 불활성 가스 분위기 하에서 작업이 이루어지는 경우가 있으며, 예를 들어 EU Institute for Transuranium Elements|초우라늄 원소 연구소영어 (ITU)에서는 질소 분위기 하의 박스 내에 더욱 아르곤 분위기의 박스를 설치했다. 이때 아르곤 박스에서는 용융염 속에서의 전기 화학 실험이 매우 엄밀하게 수행될 수 있도록 환경이 정비되어 있었다.[3]

이러한 위험 물질을 취급하는 경우, 글러브박스 내부는 외부 압력보다 약간 낮은 상태로 유지된다. 박스에 누설이 발생할 경우, 박스 내부의 위험 물질이 외부로 새는 것을 막기 위해서이다. HEPA 필터도 내장되어 있어, 배기에서 위험 물질이 누설되지 않도록 한다.

3. 4. 재료 과학

글러브박스 내 기체는 용매, 물, 산소를 제거하기 위해 일련의 처리 장치를 거쳐 펌핑된다. 산소를 제거하기 위해 일반적으로 구리 금속(또는 다른 미세하게 분할된 금속)이 사용되며, 이 산소 제거 컬럼은 일반적으로 가열하는 동안 수소/질소 혼합물을 통과시켜 재생된다. 생성된 물은 과량의 수소 및 질소와 함께 박스 밖으로 배출된다. 분자체는 분자체의 기공에서 물을 흡수하여 물을 제거하는 데 일반적으로 사용된다. 이러한 박스는 유기금속 화학자들이 건조 고체를 한 용기에서 다른 용기로 옮길 때 자주 사용한다.

불활성 분위기 글러브박스는 일반적으로 주변 공기보다 높은 압력으로 유지되므로, 미세한 누출이 발생하더라도 공기가 들어오는 대신 대부분 불활성 가스가 박스 밖으로 새어 나가게 된다. 이러한 종류의 박스에는 용매 증기, 수분, 산소 등을 제거하는 장치가 설치되어 있으며, 박스 내부에 충전된 아르곤이나 질소를 순환시켜 내부 분위기가 항상 일정하게 유지되도록 하는 경우가 많다. 이 장치에서는 내부의 산소를 제거하기 위해 가열된 구리가 사용되는 경우가 많다. 반응 후의 구리를 가열하여 수소/질소 혼합 기체를 통과시키면 재생할 수 있으며, 이때 발생하는 물은 과잉의 수소/질소 혼합 기체와 함께 장치 외부로 배출된다. 수분은 분자체에 흡착되도록 되어 있다.

4. 갤러리

원자력 산업의 대규모 글러브 박스이다.

참조

[1] 웹사이트 Antechamber of a Glove Box https://www.ossila.c[...]
[2] 웹사이트 Institute for Transuranium Elements http://itu.jrc.ec.eu[...] 2012-02-05
[3] 웹사이트 Methods http://itu.jrc.ec.eu[...] 2009-05-15


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