[发明专利]一种双向往复式升华结晶装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于化学实验仪器，特别涉及一种能够实现在同一区域升华与结晶反复操作的双向往复式升华结晶装置及方法。

技术背景

升华结晶是由气态变为固态晶体的结晶过程。由于较少受到其他分子的干扰，升华结晶可以获得不同于其他结晶方式的晶体结构、形貌。此外，升华结晶的晶体形貌是无干扰条件下结晶自组装过程特点的反映，可以作为晶体分子模拟结果的参照依据。

目前实验中的升华装置多分为升华区和结晶区，固体粉末由升华区气化，生成的气态分子转移至结晶区凝华结晶。整个过程中，气态分子在结晶区多为自由凝华，由于结晶过饱和度在不同位置的波动，会造成大量的成核现象，最终形成粒度小且不均匀的晶体，小个晶体往往与较大晶体连接在一起。较小的晶体难以满足晶体结构特性分析的需要，而大晶体分散于小晶体中间，并与之粘连，给样品的选取造成较大困难。

发明内容

本发明为了克服现有单向的升华结晶装置所存在的结晶粒度不均、晶体粘连的问题，提供了一种能够逆向反应，使结晶晶体的粒度相对均匀且能够实现在结晶区进行升华-结晶反复操作的双向往复式升华结晶装置。

同时，本发明还提供了一种利用上述装置实现升华-结晶反复、连续操作的双向往复式升华结晶方法。

本发明实现上述目的所采用的技术方案是包括主反应管，在主反应管的两端分别设置有与主反应管连通的第一载气管和第二载气管，在主反应管内腔依次设置有第一结晶管、升华管和第二结晶管，第一结晶管和第二结晶管分布在升华管的两侧并且关于升华管对称，在主反应管外壁上沿着圆周方向设置有与第一结晶管、升华管以及第二结晶管正对的第一结晶加热层、升华加热层和第二结晶加热层。

上述升华管的中部是圆管结构，两端是锥形管结构并且其锥度是0.5～1.5。

上述第一结晶管和第二结晶管与升华管相对一侧的管口为锥形管结构。

上述第一结晶管和第二结晶管与升华管相对一端的管口截面小于升华管的管口截面。

上述第一结晶管、升华管和第二结晶管的管壁距离主反应管内壁的间隙是1～1.5mm。

上述第一载气管、第二载气管、第一结晶管、升华管和第二结晶管与主反应管同轴设置。

一种用上述的双向往复式升华结晶装置实现双向往复式升华结晶的方法，由以下步骤组成：

(1)称取质量m的待升华的原料粉末放入升华管内，将升华管和第一结晶管、第二结晶管分别转移至主反应管内对应的中部升华区和两端的结晶区；

(2)开通第一载气管和第二载气管，经第一载气管向主反应管内通入氮气，并从第二载气管排出，排空后设置第一结晶区和第二结晶区的温度均为T₁，升华区温度为T₂，T₁<T₂，加热至设定温度后保持恒温，升华区的原料受热升华为气态，氮气流动，带动原料气体流经第二结晶区，在第二结晶管内析出结晶；

(3)保持时间t₀后，加热使第二结晶区升温至T₂，升华区温度保持为T₂，转变氮气流向，氮气由第二载气管进，第一载气管出，第二结晶区表面的部分结晶颗粒升温后升华为气态并与升华区的原料气体随着氮气流动转移至第一结晶区，并且在第一结晶区内析出晶体，保持t₁时间；

(4)调整第一结晶区的温度升高至T₂，第二结晶区的温度降低至T₁，转变氮气流向，氮气由第一载气管进，第二载气管出，第一结晶区表面的部分结晶颗粒升温后升华为气态并与升华区的原料气体随着氮气流动转移至第二结晶区，并且在第二结晶区内再次凝华析出晶体，保持t₂时间；

(5)重复步骤(2)和(4)，在第一结晶区和第二结晶区交替升华-结晶，直至晶体达到预设规格，升华区停止加热，调整第一结晶区和第二结晶区的温度均为T₁，待升华区温度降至T₁以下，停止加热，主反应管内温度降至室温，停止通氮气，取出晶体。

上述T₁为80～150℃，T₂为120～200℃，t₀为5～100h，t₁为5～100h，t₂为5～100h。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：