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氙灯 灯 金卤灯 紫光源光催化反应装置 CY-GHX-DC 暗箱光化学反应器 实验室光化学反仪
1 科学背景
化学是创造新物质的科学,合成化学是人类认识物质和创造物质的重要途径与手段。随着各种和产业的发展,人类对物质的功能不断提出新的要求,合成化学的突破和新物种的出现将大地推动科学发展和社会进步。
传统的化学是分子处于基态发生的化学,而光化学是研究分子和原子电子激发态的化学,它所涉及光的波长范围通常为100—1000纳米,即由深紫外至近红外波段。激发态分子的电子转移、能量传递和化学转换广泛存在于多种光化学、光物理和光生物过程中,电子激发态分子的性质和化学反应机理、动力学过程往往与基态分子不同,研究激发态分子的性质和变化规律具有重要的科学意义和应用价值。随着光化学理论的建立和光化学研究技术的发展,近紫外和可见光区的光化学和光物理研究得到快速发展,光化学在合成化学、材料科学、信息科学、能源科学、生命科学以及环境科学等领域发挥了很大作用。但由于缺乏光源,有关深紫外区域的光化学研究工作开展得少。
只有吸收光的分子才能发生光化学反应,这是光化学Dyi定律。迄今为止,化学家们已合成3000多万个化合物,其中在紫外和可见光区有吸收的化合物不到总量的10%,这些化合物的光化学已被研究的比较清楚,相关研究为现代分子光化学理论的建立提供了实验基础,并使光化学在各研究领域得以发展和应用。更多的化合物吸收在深紫外区,由于缺乏相应的光源,这些占合成化合物总量约化合物的光化学研究尚不多见。深紫外激光光源的发展,为只在深紫外区域有吸收的大量化合物的光化学研究提供了可能。利用深紫外激光激发这些化合物,将有可能对其激发态的光物理和光化学过程进行观察,发现新的反应,创造新的物质,发展新的理论,
基于此,在2007年设立的“深紫外固态激光源*装备研制”项目中,由中科院理化技术所牵头,利用具有自主知识产权的深紫外激光光源技术,开展了“深紫外激光光化学反应仪与在线检测系统研制”的工作。
2 装置综述
光化学反应仪氙灯的选购要点:
1、氙灯光源平行光源一般是灯泡通过光学器件处理,而在需要高能量的场合则采用椭球反映射镜。
2、氙灯光源在光化学中,可由平行光源与反映样品部分构成外照式辐照系(光以平行光束形式从反映系统由外而内的进行辐照)。
3、氙灯光源至于那些灯源可构成汇聚点光源,中心发源及平行光源则需具体情况具体讨论。
4、氙灯光源汇聚点光源通常用于单色仪分光,光纤导入或使用聚焦点的能量集中效应(如热效应)。
5、氙灯光源源通常是对灯源未做任何处理(光以球面波形式向整个空间发散),在光化学中,通常冷阱、反应器配合,光均匀的向反映物质辐射,构成所谓的内照式辐照系(整个体系中,光由内而外辐照)。
杭州川一光化学反应仪操作说明
一、操作说明:
1、准备工作:连接电源。使用该仪器前先把八位反应器(或磁力搅拌器)放入主机箱内,石英反应管(或反应容器)内放入磁子。之后检查所需要使用的灯(氙灯)、反应器以及冷却水循环装置是否连接好。(如下图连接)
2、反应暗箱内设有八位反应器(或磁力搅拌器)和灯的电源接口,请按指示连接。
3、配备进口高压泵:配管尺寸较长,可平稳的进行长距离循环、冷却或恒温机外实验容器或建立*二恒温场。
4、高密度耐腐蚀材料:可循环纯水的循环泵、冷却盘管、吐出口、回流口的关键接口都采用不锈钢(SUS304)制造。
5、循环介质类型:硅油、水、盐水、纯酒精等实验室常用循环介质。光化学反应仪是近20年才出现的处理技术,在足够的反应时间内通常可以将**物矿化为CO2和H2O等简单无机物,避免了二次污染,光化学反仪简单而有发展前途。由于以二氧化钛粉末为催化剂的光催化氧化法存在催化剂分离回收的问题,影响了该技术在实际中的应用,因此光化学反应器固定在某些载体上以避免或更*使其分离回收的技术引起了国内外学者的广泛兴趣。
光化学反应与一般热化学反应相比有许多不同之处,主要表现在:加热使分子活化时,体系中分子能量的分布服从玻耳兹曼分布;而分子受到光时,原则上可以做到选择性激发,体系中分子能量的分布属于非平衡分布。所以光化学反应的途径与产物往往和基态热化学反应不同,只要光的波长适当,能为物质所吸收,即使在很低的温度下,光化学反应仍然可以进行。
光化学的初级过程是分子吸收光子使电子激发,分子由基态提升到激发态。分子中的电子状态、振动与转动状态都是**化的,即相邻状态间的能量变化是不连续的。因此分子激发时的初始状态与终止状态不同时,所要求的光子能量也是不同的,而且要求二者的能量值尽可能匹配。
由于分子在一般条件下处于能量较低的稳定状态,称作基态。受到光照射后,如果分子能够吸收电磁辐射,就可以提升到能量较高的状态,称作激发态。如果分子可以吸收不同波长的电磁辐射,就可以达到不同的激发态。按其能量的高低,从基态往上依次称做激发态、D二激发态等等;而把**激发态的所有激发态统称为高激发态。
激发态分子的寿命一般较短,而且激发态越高,其寿命越短,以致于来不及发生化学反应,所以光化学主要与低激发态有关。激发时分子所吸收的电磁辐射能有两条主要的耗散途径:一是和光化学反应的热效应合并;二是通过光物理过程转变成其他形式的能量。
光物理过程可分为辐射弛豫过程和非辐射弛豫过程。辐射弛豫过程是指将全部或部分多余的能量以辐射能的形式耗散掉,分子回到基态的过程,如发射荧光或磷光;非辐射弛豫过程是指多余的能量全部以热的形式耗散掉,分子回到基态的过程。