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系統(tǒng)應用

CEL-HPATR4000高壓原位紅外光譜測試系統(tǒng)（HP ATR FT-MIR）能夠在真實的實驗條件下、在較寬的壓力和溫度范圍內、在充分攪拌下，在線監(jiān)測高壓/超臨界（SCF）體系物理轉變或化學反應微觀動態(tài)過程誘導的高壓原位紅外光譜監(jiān)測儀器。該儀器能夠在0.1～40 MPa、20～200℃以及在0～1000 rpm的磁力攪拌下穩(wěn)定工作，探測高壓/超臨界體系的相行為以及各組分之間的相互作用，監(jiān)測活性物種的產(chǎn)生及其隨壓力、溫度、時間等的衍變，研究微觀動態(tài)變化過程的動力學和機理。

背景說明

有機官能團紅外光譜的特征峰會隨分子間或分子內的相互作用而發(fā)生極其細微的變化，高壓原位紅外光譜可實時監(jiān)測超臨界二氧化碳（scCO₂）體系中的物理過程或化學反應過程中紅外吸收光譜的變化，動態(tài)指示相應的二組分體系分子間相互作用的衍變過程，這有助于探究分散質在氣態(tài)及scCO₂中微觀的溶劑化作用機理，揭示親CO₂的物質易溶于scCO₂的本質。

高壓原位光譜是一種可用于在線監(jiān)測超臨界體系中進行的物理轉變或者化學反應過程的高壓實驗技術。實時探測超臨界流體（SCF，Supercritical Fluids，二氧化碳、水、氨、乙烷、乙烯、戊烷等）體系的相行為及各組分之間的相互作用，探索溫度及壓力等條件對其影響機制。該技術對于認識SCF體系的變化規(guī)律、調控反應過程、促進SCF技術的應用等方面具有重要作用。

紅外光譜（IR）是分子選擇性吸收紅外福射、振動能級躍遷產(chǎn)化的分子吸收光譜。并且紅外光譜具有特征性強、掃描速度快、操作簡便及能分析各種狀態(tài)下的樣品的優(yōu)點，是基團分析、分子結構表征及化合物鑒定的一種有效方法。由于IR光譜具有上述特點，應用IR光譜呈現(xiàn)的分子結構信息，能夠很清楚地分析化學反應歷程及各組分間的相互作用。尤其是能在不同溫度、壓力等反應條件下，體系分子間相互作用會使得相互作用分子的電子分布將不可避免的發(fā)生改變，導致分子內部一些化學鍵的鍵長和極性稍微改變。化學鍵的鍵長、極性和強度變化也會引起溶質中相關共價鍵的振動吸收頻率和(或)強度隨之而發(fā)生敏感的變化，并且能夠實時采用紅外光譜技術靈敏的監(jiān)測，用分子振動來闡述化學反應歷程及其間各組分相互作用的機制。這對深刻認識化學反應實質，無疑具有重要意義。

FT-IR對極性共價鍵非常敏感，因此FT-IR就成為一種探究分散質－scCO₂體系的分子間相互作用的有效技術手段。HP ATR FI-IR可測量高濃度樣品，實時監(jiān)測scCO₂體系中的物理化學變化過程中紅外吸收光譜的變化。因此，HP ATR FI-IR被認為是研究scCO₂體系溶劑化作用和化學反應過程的有效方法。因此自主設計研發(fā)的高壓原位中紅外光譜在線監(jiān)測裝置（HP ATR FT-MIR）可以在不同壓力或溫度條件下，實時在線監(jiān)測scCO₂與分散質組成的二組分體系的相行為及溶劑化作用過程。

技術優(yōu)勢

CEL-HPATR4000高壓原位紅外光譜測試系統(tǒng)（HP ATR FT-MIR）采用在高壓反應釜的內部設置相對獨立的紅外傳感器，將紅外光傳感元件衰減全反射晶體從高壓樣品池底部的承壓殼體中剝離。紅外傳感器采用耐壓性能和中紅外光透過性能好、折射率高的晶體材料作為衰減全反射棱鏡，減小衰減全反射棱鏡的體積以及紅外傳感器的承壓截面面積，提高了系統(tǒng)的耐壓性能；采用反射倉、光導纖維以及紅外傳感器設置分析光路，將紅外光譜儀的紅外發(fā)光器發(fā)出的中紅外光經(jīng)反射倉和光導纖維傳輸?shù)郊t外傳感器探測平面上實現(xiàn)與高壓反應釜內部待測樣品的有效耦合，使通過紅外傳感器的分析光路相對獨立而不受高壓反應釜位置偏移等因素的影響，克服了現(xiàn)有衰減全反射式高壓原位紅外監(jiān)測裝置結構復雜、光路校準繁瑣、檢測不準確的弊端；采用在高壓反應釜( 高壓紅外樣品池) 的下方設置電磁攪拌器，在監(jiān)測過程中對待測樣品進行攪拌，提高了傳質擴散速率及測試效率、改善待測樣品中各組分混合的均勻性、提高在線光譜測試結果的代表性和重現(xiàn)性。CEL-HPATR4000高壓原位紅外光譜測試系統(tǒng)（HP ATR FT-MIR）具有設計合理、使用方便、監(jiān)測準確等優(yōu)點，可用于高壓和超臨界條件下的物理轉變和化學反應過程的在線監(jiān)測。

技術參數(shù)

高壓原位HP ATR FT-MIR光譜系統(tǒng)示意圖

1.二氧化碳氣瓶，2.冷卻泵，3.高壓注射泵，4.計量泵，5.氣液三通閥，6.真空泵，7.氮氣三通閥門，8.氮氣瓶，9.壓力傳感器，10.進樣閥門，11.ATR紅外傳感器，12.排氣閥門，13.測溫熱電偶，14.IR光導纖維，15.反射倉，16.計算機，17.FT-IR紅外光譜儀，18.高壓反應釜(紅外樣品池)，19.加熱器，20.磁力攪拌，21.控溫熱電偶，22.控制器，22-1.電磁攬拌器調速器，22-2.溫度控制器，22-3.溫度顯示器，22-4.壓力顯示儀。

不同壓力下FP₂-COOH+scCO₂體系的原位紅外光譜