手套操作箱（也常稱手套箱、惰性氣體操作箱）的核心工作原理，是通過密閉隔離+氣氛循環(huán)凈化+壓力控制，在箱體內構建一個與外界空氣完全隔絕、可穩(wěn)定維持無水、無氧、無塵的可控氣氛環(huán)境，從而實現(xiàn)對空氣敏感材料（如鋰電池材料、有機金屬、催化劑、生化樣品等）的安全操作與處理。下面從系統(tǒng)構成、工作流程、核心凈化原理、壓力控制四個層面，清晰拆解其工作原理。
一、核心系統(tǒng)構成（五大關鍵部分協(xié)同工作）
手套操作箱是一套密閉閉環(huán)系統(tǒng)，主要由以下模塊組成，各司其職實現(xiàn)環(huán)境控制：
密閉箱體系統(tǒng)由不銹鋼/亞克力材質構成的完全密封腔體，正面安裝耐腐橡膠手套（操作端），配備密封過渡艙（傳遞艙），箱體所有接縫、閥門、觀察窗均做密封處理，杜絕外界空氣滲入，是隔離外界環(huán)境的基礎。
氣氛循環(huán)凈化系統(tǒng)（核心）包含循環(huán)風機、凈化柱（除氧柱、除水柱）、氣體過濾器，是實現(xiàn)箱內低氧、低水氛圍的核心部件，負責持續(xù)凈化箱內氣體。
氣氛供給與置換系統(tǒng)連接高純惰性氣體源（氬氣、氮氣為主），配備真空泵、置換閥門，用于初始抽真空-充氣置換，快速降低箱內氧、水含量。
壓力控制系統(tǒng)由壓力傳感器、調壓閥、泄壓閥/補氣閥組成，維持箱內微正壓/微負壓穩(wěn)定，防止外界空氣滲入或箱內氣體異常泄漏。
檢測與控制系統(tǒng)搭載氧分析儀、水分析儀（精度可達ppm/ppb級）、觸摸屏控制器，實時監(jiān)測箱內氧、水、壓力數(shù)據(jù)，自動調控各系統(tǒng)運行。
二、整體工作流程：從“建環(huán)境”到“穩(wěn)環(huán)境”
手套箱的工作分為初始氣氛建立和穩(wěn)態(tài)維持兩個核心階段，全程閉環(huán)運行：
階段1：初始惰性環(huán)境建立（開機/重啟后）
目標：快速將箱內空氣（含氧21%、含水～1%）置換為高純惰性氣氛，氧、水含量降至目標值（常規(guī)<1ppm，高端<0.1ppm）。
抽真空置換關閉所有密封閥門，啟動真空泵對箱體抽真空（真空度可達-0.08~-0.098MPa），排出箱內大部分空氣；隨后充入高純惰性氣體，反復進行抽真空-充氣循環(huán)（通常3~5次），初步降低氧、水含量。
循環(huán)凈化深度除雜完成粗置換后，啟動氣氛循環(huán)凈化系統(tǒng)，循環(huán)風機驅動箱內氣體持續(xù)流過除氧柱、除水柱：
除氧柱：內裝活性金屬氧化物（如銅系、鎳系脫氧劑），與氧氣發(fā)生化學反應，將O?轉化為固體氧化物，實現(xiàn)深度脫氧；
除水柱：內裝分子篩、活性氧化鋁等吸水材料，通過物理吸附+化學吸附，去除氣體中的水蒸氣，實現(xiàn)深度脫水；
氣體過濾器：同步過濾粉塵、顆粒物，維持無塵環(huán)境。
達標穩(wěn)定氧、水分析儀實時監(jiān)測，當含量降至設定閾值（如<1ppm），初始環(huán)境建立完成，進入穩(wěn)態(tài)維持階段。
階段2：操作過程中穩(wěn)態(tài)環(huán)境維持（核心工作狀態(tài)）
目標：操作過程中，抵消樣品帶入、手套微滲、操作引入的微量氧/水/雜質，持續(xù)維持箱內環(huán)境穩(wěn)定。
動態(tài)循環(huán)凈化循環(huán)凈化系統(tǒng)保持低功率持續(xù)運行，箱內氣體不斷流經(jīng)凈化柱，實時去除操作中引入的微量氧、水、有機揮發(fā)物和粉塵，避免環(huán)境指標反彈。
壓力自動調控系統(tǒng)維持箱內微正壓（通常+1~+5mbar，可按需設定）：
當箱內壓力低于設定值，補氣閥自動開啟，補充少量惰性氣體；
當壓力高于設定值，泄壓閥自動開啟，排出少量氣體；微正壓可形成“內向外”的壓力差，徹底杜絕外界空氣從手套、接縫處滲入，是隔絕外界的關鍵保障。
樣品傳遞密封隔離樣品/耗材通過過渡艙（傳遞艙）進出箱體：先關閉過渡艙與箱體的內門，對過渡艙抽真空-充氣置換，達標后再打開內門送入樣品，全程不破壞主箱體的密閉環(huán)境，避免空氣隨樣品帶入。
三、核心凈化原理：除氧、除水的關鍵機制
手套箱的核心價值是“無水無氧”，其凈化依賴兩種核心作用，實現(xiàn)深度除雜：
化學除氧（不可逆凈化）除氧柱內的脫氧劑（如CuO/分子篩復合體系）與O?發(fā)生氧化還原反應：
常溫下：Cu+21?O2?→CuO，將氣態(tài)氧轉化為固態(tài)氧化物，徹底從氣體中去除；
脫氧劑飽和后，可通過通入氫氣/惰性氣體高溫還原再生，恢復脫氧能力。
物理+化學吸附除水除水柱內的分子篩（3A/4A/5A）、活性氧化鋁，一方面通過微孔物理吸附捕獲水分子，另一方面通過化學結合（如與硅膠、活性氧化物反應）固定水分，吸附飽和后可高溫烘干再生。
粉塵與有機雜質過濾箱內氣體流經(jīng)高精度過濾器（孔徑0.1~0.2μm），物理截留粉塵；部分機型加裝活性炭吸附柱，去除有機揮發(fā)物，適配有機合成、生化實驗需求。
更新時間：2026-02-02
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