一种仲氢制备系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种仲氢制备系统，该系统包括反应催化腔，其设于低温冷头真空屏蔽罩内，与冷头刚性相连；设于反应催化腔内的温度探测器，该温度探测器与加热器相连，当温度低于设定温度时，可自动加热控温；设于反应催化腔两端的进样管路与出样管路，用于氢气进样与仲氢收集；设于反应催化腔进样端的真空抽气装置，用于提供催化反应系统的高真空；设于反应催化腔进样端的流量控制装置，用于氢气流量的控制；设于反应催化腔出样端的样品收集装置，用于仲氢收集；本实用新型专利技术的优点在于，相较于基于液氮制冷的仲氢制备方法，具有制备温度更低，仲氢转化效率更高；操作简便安全，设备集成化程度高，功能可扩展性高的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种仲氢制备系统
本技术属于生产设备
，涉及一种仲氢制备系统。
技术介绍
核磁共振波谱(NMR)和磁共振成像(MRI)已经在化学结构分析以及医学临床诊断上显示出无可比拟的重要作用。不过相比较于其他一些分析检测技术(如红外，x-Ray/CT)来说，NMR/MRI技术的一个显著缺点是信号的灵敏度低。这是由于NMR/MRI技术基于的原理所决定的：核磁信号的产生来源于核自旋在磁场中发生的Zeeman能级裂分，其灵敏度正比于核自旋在Zeeman能级上的布居数数差。在通常的热平衡条件下，核自旋在Zeeman能级上的布居数符合玻耳兹曼分布：Δ＝tanh[γhB0/(4πkBT)]，其中γ为旋磁比，h为Planck常数，B0为外磁场强度，kB为玻耳兹曼常数，T为绝对温度。在300K的温度下，1H在7Tesla的场强下，其布居数数差仅在10-6数量级。这极小的布居数数差最终导致了核磁信号的低灵敏度。研究各种提高核磁信号灵敏度的方法一直是核磁领域的研究方向。现代仪器公司一直通过增加磁场强度来增加布居数差别作为增强灵敏度的常规路径，但由于磁场强度增加的限制，因此寻求便于实现核磁信号增强方法一直是人们追求的一个方向。近年来几类能极提高核磁信号灵敏度的超极化(hyperpolarization)方法-惰性气体通过光泵超极化、动态核极化(DynamicNuclearPolarization,DNP)，以及仲氢诱导超极化(parahydrogenInducedPolarization,PHIP)已经成为核磁波谱及成像研究中的热点。仲氢诱导超极化技术是其中一种具有较高潜在应用意义核磁信号超极化方法。氢原子核的磁自旋数为1/2；氢气分子的磁自旋数就存在两种可能(M＝1，3)，其中M＝1的状态中两个氢原子的核自旋方向相反，其状态为单线态，称为仲氢(parahydrogen，以下简写pH2)；而M＝3的状态中两个氢原子核自旋方向相同，其状态为三线态，称为正氢(ortho-hydrogen)。正常情况下由于能级差很小，可以忽略不计，其正氢和仲氢的比率为3：1。由于氢分子中的正氢与仲氢的量子态在理论上处于跃迁禁止，因此需通过特定方法才可能改变氢气分子的正氢与仲氢比率。文献报道在一些特定的条件，比如在低温以及合适的催化剂条件下，氢气中正氢可以转变为仲氢。例如，在77K温度下，以活性碳或者氧化铁为催化剂，氢气中正氢和仲氢比例约为1:1。研究发现通过合适的金属有机催化剂催化氢气与不饱和键分子的加成反应时，具有高度极化的仲氢核的磁自旋状态可以传递到反应产物中并保留一段时间，这可以大幅度提高产物分子的核磁共振信号强度。理论工作表明，pH2对于核磁信号的增强可达热平衡信号的105倍。进一步的研究还发现在一定的条件下还可以将反应物中间体中一些与pH2相连的其它核自旋超极化,从而增强与pH2关联的其他核的核磁共振信号。因此，pH2诱导的磁共振超极化不仅可以用于核磁共振波谱，也可以用于磁共振成像中磁共振信号的增强，具有广泛的应用前景。目前的仲氢的制备方法是将普通H2通入液氮中冷却制备。但是在实际的使用过程，存在以下问题：1、制备效率较低：根据仲氢转化曲线，当77K时(液氮温度)，转化率只有50％，即氢气中的正氢与仲氢的比例为1：1，在与不饱和键分子发生加氢反应时，由于仲氢比例较低，产物分子的核磁共振信号强度提高不足。2、液氮使用的安全问题：液氮在使用过程中，操作人员需要带上口罩和手套防止损伤，操作不当会对人身安全造成一定的危害，此外，液氮不能循环利用，仲氢的制备成本较高。3、仲氢产率不稳定：仲氢产率对温度的稳定性极为敏感，液氮最低温度为77K，但实际将氢气从室温环境进入催化腔内反应，受催化剂与氢气负载的影响，实际反应时的温度高于77K，且每次实验受环境温度影响较大，最终造成每次制备可能相应仲氢制备比例也发生变化，造成仲氢产率的不稳定。基于此，开发一套高稳定性高产率的新型仲氢制备系统非常必要。
技术实现思路
本技术目的是：提供一种新型仲氢制备系统，解决仲氢产率不高、产率不稳定以及安全问题，通过仲氢制备系统可以实现无耗材、全自动、高产率与高稳定性的要求，其技术先进，系统成本低，轻便可移动，操作方便，便于与其他仲氢应用系统联合使用。本技术公开了一种仲氢制备系统，相较于基于液氮制冷的仲氢制备方法，具有制备温度更低，仲氢转化效率更高；操作简便安全，设备集成化程度高，功能可扩展性高的优点。本技术的技术方案是：一种新型仲氢制备系统，包括反应催化腔，其设于低温冷头真空屏蔽罩内，与冷头刚性相连(见附图2)；设于所述埋入反应催化腔壁的温度探测器(见附图4)；设于所述反应催化腔两端的进样管路与出样管路(见附图4或5)；设于所述反应催化腔进气口的真空抽气装置(见附图3)；设于所述反应催化腔进样端的流量控制装置和设于所述反应催化腔出样端的样品收集装置(见附图1)。作为优选的技术方案，设于催化腔进气口前端的流量计，用于控制进气速度，从而控制催化腔内的反应速度。作为优选的技术方案，埋入反应催化腔壁上的温度探测器，可实时将测温数据反馈给贴于腔壁的加热器上，当温度低于温度设定值时，加热器将自动工作，当高于温度设定值时，加热器不工作，最终达到设定温度进行催化反应。作为优选的技术方案，所述反应催化腔为圆柱形无氧铜空心结构；该反应催化腔为热传导性能较好的金属(如由整块无氧铜掏空加工制作而成)制作而成，内部腔体可填充催化剂，氢气可从腔体进气口进入，与催化剂充分反应后由出气口流出，腔体盖子为刀口结构(见附图5)，通过六根贯穿式金属螺丝进行密封固定。作为优选的技术方案，设于所述反应催化腔进样端的真空抽气装置，该真空抽气管路与氢气瓶进气管路和反应催化腔进样管路，形成三通结构，通过阀门可控制相互导通，当需要抽真空时，三通结构全部导通，真空泵将从真空抽气口抽整个反应回路真空，当真空达到要求时，可关闭真空抽气阀门，形成进气口、进样口、反应催化腔、出样口、出气口和收集气瓶整个回路的高真空状态，从而提供催化反应系统的高真空。作为优选的技术方案，所述在反应催化腔内安装有温度探测器，所述温度探测器与加热器相连，在反应催化腔的外部控温仪上设置目标温度，当温度探测器检测到反应催化腔的温度低于设定温度时，加热器会自动加热，当温度探测器检测到反应催化腔的温度高于设定温度时，将停止加热。作为优选的技术方案，在所述反应催化腔设有过滤装置(如金属过滤网及其他不参于反应又能够在低温下提供过滤功能的材料等滤网孔径大小应小于催化剂颗粒直径)，防止催化剂颗粒受气压影响进入管路，形成堵塞。作为优选的技术方案，所述金属过滤网通过内置金属骨架，被制作成体积略小于催化腔的鸟笼式圆柱体结构，金属滤网包裹在金属骨架上，从而形成专用于存放催化剂的滤网装置，催化剂通过上端开口放入该装置中，将该装置上端盖子盖紧放置于催化腔内，气体从进样口进入催化腔内会和装置内催化剂密切接触，从而发生反应。作为优选的技术方案，在所述反应催化腔上设多孔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种仲氢制备系统，其特征在于，包括：/n反应催化腔，其设于低温冷头真空屏蔽罩内，与冷头刚性相连；/n设于所述反应催化腔内的温度探测器，所述温度探测器与加热器相连；/n设于所述反应催化腔两端的进样管路与出样管路，用于氢气进样与仲氢收集；/n设于所述反应催化腔进样端的真空抽气装置；/n设于所述反应催化腔进样端的流量控制装置；/n设于所述反应催化腔出样端的样品收集装置。/n

【技术特征摘要】
1.一种仲氢制备系统，其特征在于，包括：
反应催化腔，其设于低温冷头真空屏蔽罩内，与冷头刚性相连；
设于所述反应催化腔内的温度探测器，所述温度探测器与加热器相连；
设于所述反应催化腔两端的进样管路与出样管路，用于氢气进样与仲氢收集；
设于所述反应催化腔进样端的真空抽气装置；
设于所述反应催化腔进样端的流量控制装置；
设于所述反应催化腔出样端的样品收集装置。


2.根据权利要求1所述的仲氢制备系统，其特征在于，所述反应催化腔的盖子为刀口结构，通过金属螺丝进行密封固定。


3.根据权利要求1所述的仲氢制备系统，其特征在于，所述反应催化腔内部设有过滤装置。


4.根据权利要求3所述的仲氢制备系统，其特征在于，所述过滤装置为能适用于低温下的过滤网。

<...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚叶锋，夏天，王雪璐，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：新型
国别省市：上海;31