高压原位红外光谱测试系统（HP ATR FT-MIR）

系统应用

CEL-HPATR4000高压原位红外光谱测试系统（HP ATR FT-MIR）能够在真实的实验条件下、在较宽的压力和温度范围内、在充分搅拌下，在线监测高压/超临界（SCF）体系物理转变或化学反应微观动态过程诱导的高压原位红外光谱监测仪器。该仪器能够在0.1～40 MPa、20～200℃以及在0～1000 rpm的磁力搅拌下稳定工作，探测高压/超临界体系的相行为以及各组分之间的相互作用，监测活性物种的产生及其随压力、温度、时间等的衍变，研究微观动态变化过程的动力学和机理。

背景说明

有机官能团红外光谱的特征峰会随分子间或分子内的相互作用而发生极其细微的变化，高压原位红外光谱可实时监测超临界二氧化碳（scCO₂）体系中的物理过程或化学反应过程中红外吸收光谱的变化，动态指示相应的二组分体系分子间相互作用的衍变过程，这有助于探究分散质在气态及scCO₂中微观的溶剂化作用机理，揭示亲CO₂的物质易溶于scCO₂的本质。

高压原位光谱是一种可用于在线监测超临界体系中进行的物理转变或者化学反应过程的高压实验技术。实时探测超临界流体（SCF，Supercritical Fluids，二氧化碳、水、氨、乙烷、乙烯、戊烷等）体系的相行为及各组分之间的相互作用，探索温度及压力等条件对其影响机制。该技术对于认识SCF体系的变化规律、调控反应过程、促进SCF技术的应用等方面具有重要作用。

红外光谱（IR）是分子选择性吸收红外福射、振动能级跃迁产化的分子吸收光谱。并且红外光谱具有特征性强、扫描速度快、操作简便及能分析各种状态下的样品的优点，是基团分析、分子结构表征及化合物鉴定的一种有效方法。由于IR光谱具有上述特点，应用IR光谱呈现的分子结构信息，能够很清楚地分析化学反应历程及各组分间的相互作用。尤其是能在不同温度、压力等反应条件下，体系分子间相互作用会使得相互作用分子的电子分布将不可避免的发生改变，导致分子内部一些化学键的键长和极性稍微改变。化学键的键长、极性和强度变化也会引起溶质中相关共价键的振动吸收频率和(或)强度随之而发生敏感的变化，并且能够实时采用红外光谱技术灵敏的监测，用分子振动来阐述化学反应历程及其间各组分相互作用的机制。这对深刻认识化学反应实质，无疑具有重要意义。

FT-IR对极性共价键非常敏感，因此FT-IR就成为一种探究分散质－scCO₂体系的分子间相互作用的有效技术手段。HP ATR FI-IR可测量高浓度样品，实时监测scCO₂体系中的物理化学变化过程中红外吸收光谱的变化。因此，HP ATR FI-IR被认为是研究scCO₂体系溶剂化作用和化学反应过程的有效方法。因此自主设计研发的高压原位中红外光谱在线监测装置（HP ATR FT-MIR）可以在不同压力或温度条件下，实时在线监测scCO₂与分散质组成的二组分体系的相行为及溶剂化作用过程。

技术优势

CEL-HPATR4000高压原位红外光谱测试系统（HP ATR FT-MIR）采用在高压反应釜的内部设置相对独立的红外传感器，将红外光传感元件衰减全反射晶体从高压样品池底部的承压壳体中剥离。红外传感器采用耐压性能和中红外光透过性能好、折射率高的晶体材料作为衰减全反射棱镜，减小衰减全反射棱镜的体积以及红外传感器的承压截面面积，提高了系统的耐压性能；采用反射仓、光导纤维以及红外传感器设置分析光路，将红外光谱仪的红外发光器发出的中红外光经反射仓和光导纤维传输到红外传感器探测平面上实现与高压反应釜内部待测样品的有效耦合，使通过红外传感器的分析光路相对独立而不受高压反应釜位置偏移等因素的影响，克服了现有衰减全反射式高压原位红外监测装置结构复杂、光路校准繁琐、检测不准确的弊端；采用在高压反应釜( 高压红外样品池) 的下方设置电磁搅拌器，在监测过程中对待测样品进行搅拌，提高了传质扩散速率及测试效率、改善待测样品中各组分混合的均匀性、提高在线光谱测试结果的代表性和重现性。CEL-HPATR4000高压原位红外光谱测试系统（HP ATR FT-MIR）具有设计合理、使用方便、监测准确等优点，可用于高压和超临界条件下的物理转变和化学反应过程的在线监测。

技术参数

高压原位HP ATR FT-MIR光谱系统示意图

1.二氧化碳气瓶，2.冷却泵，3.高压注射泵，4.计量泵，5.气液三通阀，6.真空泵，7.氮气三通阀门，8.氮气瓶，9.压力传感器，10.进样阀门，11.ATR红外传感器，12.排气阀门，13.测温热电偶，14.IR光导纤维，15.反射仓，16.计算机，17.FT-IR红外光谱仪，18.高压反应釜(红外样品池)，19.加热器，20.磁力搅拌，21.控温热电偶，22.控制器，22-1.电磁揽拌器调速器，22-2.温度控制器，22-3.温度显示器，22-4.压力显示仪。

不同压力下FP₂-COOH+scCO₂体系的原位红外光谱