一种微热量仪和原位荧光光谱在线联用系统技术方案

本发明专利技术涉及一种微热量仪和原位荧光光谱联用系统的研制。整个联用系统由微热量仪、光源、光纤、微型光纤光谱仪和计算机组成。系统工作时，光源产生的光经光纤引入到微热量仪的样品池和参比池，再在样品池通道加载采集入射光与反应体系作用后产生的荧光，并传输至微型光谱仪中进行检测，热信息和光谱信息同时由计算机记录。该系统是一种新的联用系统，适合于光诱导及光引发的化学及物理过程的检测，特别是对化学发光和光化学反应过程的原位热力学、动力学和原位光谱信息的同步测定，将过程热力学、过程动力学和过程光谱之间的相互关联，探索光谱学与热力学的本质联系，推动微量热技术在光谱科学和光化学科学的发展，该技术有望在光化学、光物理、光生物、医药及高分子材料科学中有广泛地应用前景。

An on-line combined system of microcalorimeter and in situ fluorescence spectroscopy

The invention relates to the development of a system of microcalorimeter and in situ fluorescence spectrometry. The whole system consists of a microcalorimeter, a light source, a fiber optic, a micro optical fiber spectrometer and a computer. When the system works, light generated from the light source into the calorimeter of the sample and reference cell through optical fiber, fluorescence generated in the sample cell acquisition channel loading the incident light and the reaction system after the action, and transmitted to the micro spectrometer for detection, thermal and spectral information recorded by the computer at the same time. \u8be5\u7cfb\u7edf\u662f\u4e00\u79cd\u65b0\u7684\u8054\u7528\u7cfb\u7edf\uff0c\u9002\u5408\u4e8e\u5149\u8bf1\u5bfc\u53ca\u5149\u5f15\u53d1\u7684\u5316\u5b66\u53ca\u7269\u7406\u8fc7\u7a0b\u7684\u68c0\u6d4b\uff0c\u7279\u522b\u662f\u5bf9\u5316\u5b66\u53d1\u5149\u548c\u5149\u5316\u5b66\u53cd\u5e94\u8fc7\u7a0b\u7684\u539f\u4f4d\u70ed\u529b\u5b66\u3001\u52a8\u529b\u5b66\u548c\u539f\u4f4d\u5149\u8c31\u4fe1\u606f\u7684\u540c\u6b65\u6d4b\u5b9a\uff0c\u5c06\u8fc7\u7a0b\u70ed\u529b\u5b66\u3001\u8fc7\u7a0b\u52a8\u529b\u5b66\u548c\u8fc7\u7a0b\u5149\u8c31\u4e4b\u95f4\u7684\u76f8\u4e92\u5173\u8054\uff0c\u63a2\u7d22\u5149\u8c31\u5b66\u4e0e\u70ed\u529b\u5b66\u7684\u672c\u8d28\u8054\u7cfb\uff0c\u63a8\u52a8\u5fae\u91cf\u70ed\u6280\u672f\u5728\u5149\u8c31\u79d1\u5b66\u548c\u5149\u5316\u5b66\u79d1\u5b66\u7684\u53d1\u5c55\uff0c\u8be5\u6280\u672f\u6709\u671b\u5728\u5149\u5316\u5b66\u3001\u5149\u7269\u7406\u3001\u5149\u751f\u7269\u3001\u533b\u836f\u53ca\u9ad8\u5206\u5b50\u6750\u6599\u79d1\u5b66\u4e2d\u6709\u5e7f\u6cdb\u5730\u5e94\u7528\u524d\u666f\u3002

【技术实现步骤摘要】
一种微热量仪和原位荧光光谱在线联用系统
本专利技术涉及一种微热量仪和原位荧光光谱联用系统的研制。整个联用系统由微量热仪、光源、光纤、微型光纤光谱仪和计算机组成。系统工作时，光源产生的光经光纤引入到微量热仪的样品池和参比池，再在样品池通道加载采集入射光与反应体系作用后产生的荧光，并传输至微型光谱仪中进行检测，热信息和光谱信息同时由计算机记录。该系统是一种新的联用系统，适合于光诱导及光引发的化学及物理过程的检测，特别是对化学发光和光化学反应过程的原位热力学、动力学和原位光谱信息的同步测定，将过程热力学、过程动力学和过程光谱之间的相互关联，探索光谱学与热力学的本质联系，推动微量热技术在光谱科学和光化学科学的发展，该技术有望在光化学、光物理、光生物、医药及高分子材料科学中有广泛地应用前景。
技术介绍
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。近年来，为了实时、在线地示踪趋近催化反应位置和催化反应发生时刻反应体系的微观机制，原位表征催化过程的先进技术取得很大进展，如原位拉曼光谱、原位红外光谱、原位电镜和原位X射线粉末衍射技术等；基于光源系统和微热量仪的光化学-微热量系统(光量热仪，Photocalorimetry)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[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.Insituphotocalorimetry:Analternativeapproachtostudyphotocatalysisbytracingheatchangesandkinetics[J].AppliedCatalysisB:Environmental,2016,181,79]。光化学-微热量系统可以获取光催化反应中的热谱曲线，从而示踪催化过程的原位热力学信息和动力学信息，同步地将反应的原位过程、降解速率与原位热力学关联；尽管用于液体体系的光量热计很早就被报道，但近年来由于受限于加工技术一直未得到真正的发展，而有关光化学-微热量系统与其他研究技术的联用更为罕见报道。因此，以光化学-微热量系统研究光化学及光物理等的热力学和原位光谱获取微观动力学构建联用系统意义重大。该联用系统旨在提供一种耦合热力学和光谱学认识光化学微观机制的原位联用技术，将过程热力学、过程动力学和过程光谱之间的相互关联，探索光谱学与热力学的本质联系，推动微量热技术在光谱科学和光化学科学的发展，该技术有望在光化学、光物理、光生物、医药及高分子材料科学中有广泛地应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种微热量仪和原位荧光在线联用的仪器系统，其各项性能指标符合定量分析要求。本专利技术是通过下述方案实现的。它包括光源(1)、光纤(2)、微热量仪(3)、微型光纤光谱仪(9)和计算机(11)。其连接方式是：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)，样品池(4)的光纤(8)连接光纤光谱仪(9)的入射接口，微量热仪(3)和光纤光谱仪(9)同时与计算机(11)连接。样品池通道(6)由两根直径1cm光纤束组成，其中各含50根直径为10um、长1.5m的玻璃光纤；一个光纤束用于引入光源(1)产生的入射光，另一根光纤(7)用于收集样品池(4)产生的光谱信息至光纤光谱仪(9)。参比池通道(7)由一根直径1cm光纤束组成，其中含50根直径为10um、长1.5m的玻璃光纤，用于将光源(1)产生的光引入至参比池(5)。本专利技术的优点是设计新颖，连接巧妙，检测灵敏度高，检测限底，控温精确，同时获取光化学及光催化过程原位热力学、动力学和反应体系物质转化的光谱信息，即以光化学-微热量系统研究光化学及光物理等的热力学和原位光谱获取微观动力学，旨在提供一种耦合热力学和光谱学认识光化学微观机制的原位联用技术。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)的光催化量子效率；同时获取该光催化过程的三维荧光和原位热力学、动力学精细信息，分析讨论催化机理。附图说明附图为微热量仪和原位荧光在线联用的仪器系统具体实施方式现结合附图对本专利技术的技术特征进行详细描述。本专利技术主要包括它包括光源(1)、光纤(2)、微热量仪(3)、微型光纤光谱仪(9)和计算机(11)。系统工作时，样品池中加入2mL(V1)0.006M的草酸铁钾([Fe(C2O4)3]3-)溶液，参比池中加入2mL去离子水。然后在25℃条件下，设置参数并在基线平稳后打开光源，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)，样品池(4)的光纤(8)连接光纤光谱仪(9)的入射接口，通过测定草酸铁钾在可见光的光解焓对仪器性能指标进行评定。光照一定时间后，1mL(V2)光照溶液注入10mL(V3)容量瓶中，再加入0.5mLHAc-NaAc缓冲溶液和4mL1,10-邻菲咯啉(0.1%)混合溶液，并用去离子水稀释至刻度线。避光放置至少30min形成配合物。对于光照时间为25min时，考虑到朗伯-比尔定律的适用条件，避免浓度过大导致紫外可见光吸收光谱不符合朗伯-比尔定律，取0.5mL(V2)光照溶液注入10mL(V3)容量瓶中，在加入0.25mLHAc-NaAc缓冲溶液和2mL1,10-邻菲咯啉(0.1%)混合溶液，并用去离子水稀释至刻度线，避光放置至少30min充分配位显色。参比池中在不光照条件下重复上述操作。生成的Fe2+摩尔量可以计算如下：,其中A：样品池和参比池中配合物在510nm的吸光度之差；ε为亚铁离子络合物在510nm处的吸收常数(11100L·mol-1·cm-1)；b为光程，即紫外可见光光度计的透光厚度(1.0cm)。在25℃下，草酸铁钾([Fe(C2O4)3]3-)光解时的标准摩尔反应焓的计算如下式：其中Q为LED光量计中显示出的草酸铁钾([Fe(C2O4)3]3-)光解热；n(Fe2+)为Fe2+物质的量。根据草酸铁钾光催化反应的热流曲线和紫外可见光谱吸收图可得其标准摩尔反应焓，标准摩尔反应焓为(-57.7316±3.062)kJ·mol-1，与文献[Adamson,A.W.,Vogler,A.,Kunkely,H.Photocalorimetryenthalpiesofphotolysisoftrans-azobenzene,ferrioxalateandcobaltioxalateions,chromiumhexacarbonyl,anddirheniumdecarbonyl.JournalofTheAmericanChemicalSociety,1978,本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微热量仪和原位荧光光谱在线联用系统，其特征在于：它包括光源(1)、光纤(2)、微热量仪(3)、微型光纤光谱仪(9)和计算机(11)；其连接方式是：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)，样品池(4)的光纤(8)连接光纤光谱仪(9)的入射接口，微量热仪(3)和光纤光谱仪(9)同时与计算机(11)连接。

【技术特征摘要】
1.一种微热量仪和原位荧光光谱在线联用系统，其特征在于：它包括光源(1)、光纤(2)、微热量仪(3)、微型光纤光谱仪(9)和计算机(11)；其连接方式是：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)，样品池(4)的光纤(8)连接光纤光谱仪(9)的入射接口，微量热仪(3)和光纤光谱仪(9)同时与计算机(11)连接。2.按照权利1所述的微热量仪和荧光光谱在线联用系统，其特征在于：样...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄在银，李星星，邱江源，
申请(专利权)人：广西民族大学，
类型：发明
国别省市：广西,45