[发明专利]一种单色光‑微量热系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种单色光-微热量系统的研制。整个联用系统由微热量仪、单色光光源、光纤和计算机组成。系统工作时，光源产生的单色光经光纤引入到微热量仪的样品池和参比池，该系统是一种新的光-微热量系统，适合于光诱导及光引发的化学及物理过程的检测，特别是对光化学反应过程的原位热力学和动力学的同步测定，将过程热力学、过程动力学和机理相互关联，推动微量热技术在光谱学和光化学的发展，该技术有望在化学、生物、医药及高分子材料等科学中有广泛地应用前景。

背景技术

在过去几十年以二氧化钛为代表的多种光催化剂相继被开发，但对其催化机理和催化理论的研究相对滞后，难以清晰地认识催化本质等基本科学问题，该复杂的催化过程常被比喻为一个无从打开的黑盒子。因此，发展新的技术手段原位同步研究化学的热力学、动力学和在分子水平变化的机理问题，是破解这个黑盒子最行之有效的途径；

无论是化学过程，还是生命过程或物理过程，都有热力学、动力学及过程发生发展的机理或机制等基本科学问题，化学及其相关过程科学研究就是要解决化学热力学、化学动力学以及在分子水平上变化的机理问题。光-微热量系统无疑提供了研究光化学反应原位过程的新科学方法，该方法实时、无损伤且直观地获取其热动力学精细信息，同步地将反应的原位过程、降解速率与原位热力学关联。本课题组搭建国内第一台LED-白光-微热量系统，并首次用于研究光催化过程的原位热力学和动力学，将反应的原位过程、降解速率与原位热力学关联。[a) 李星星, 范高超, 马昭, 谭学才, 黄在银. 可见光驱动Ag@AgCl催化反应的原位微量热研究[J]. 中国科学: 化学, 2014(10): 1576-1584. b) X. X. Li, Z. Y. Huang, Z. J. Liu, K. S. Diao, G. C. Fan, Z. Huang, X. C. Tan. In situphotocalorimetry: An alternative approach to study photocatalysis by tracing heat changes and kinetics[J]. Applied Catalysis B: Environmental, 2016, 181, 79 ]；

相比LED-光-微热量系统，单色光-微热量系统更具优势，以不同波长的激光(如405、432和532 nm等)为光源，可用于研究温度、光强和入射波长等对光化学过程的原位热力学、动力学及机理的影响；同时程序升温，确定体系最佳反应温度；测定不同单色光的光量子效率，如测定生物光合成效率等。推动微量热技术在光谱学和光化学的发展，该技术有望在化学、生物、医药及高分子材料等科学中有广泛地应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种单色光-微热量系统，其各项性能指标符合定量分析要求。

本发明是通过下述方案实现的。它包括它包括单色光光源(1)、光纤(2)、微热量仪(3)和计算机(9)。其连接方式是：单色光光源(1)产生的光分别连接至微热量仪(3)中的样品池(4)和参比池(5)，微量热仪(3)与计算机(9)连接。样品池通道(6)由样品池通道(4)由1根直径为10 μm、长1.5 m的玻璃光纤，用于将光源(1)产生的光引入至样品池(4)。参比池通道(7)由1根直径为10 μm、长1.5 m的玻璃光纤，用于将光源(1)产生的光引入至参比池(5)。

本发明的优点是设计新颖，连接巧妙，检测灵敏度高控温精确，同时获取光化学及光催化过程原位热力学和动力学，将过程热力学、过程动力学和机理相互关联，同时可用于研究温度、光强和入射光波长等对光化学过程的原位热力学、动力学及机理的影响；程序升温，确定体系最佳反应温度；测定不同单色光的光量子效率；推动微量热技术在光谱学和光化学的发展，该技术有望在化学、生物、医药及高分子材料等科学中有广泛地应用前景。

附图说明

附图1为单色光-微热量系统结构示意图；

附图2为405 nm激光分别在样品池和参比池的光强(a)和基线归零调整(b)；

附图3为实施例中草酸铁钾光照不同时间分解后产生的二价Fe²⁺与1,10-邻菲罗啉配合物(Fe²⁺(oph)₃)的紫外-可见吸收谱图(a)和草酸铁钾在单色光-微热量系统中光照5 min (b)和光照10 min (c)的热流曲线。

具体实施方式