一种基于固体核磁共振波谱仪的材料吸附气体原位分析装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种仪器制备领域，此装置是一种基于固体核磁共振波谱仪的材料吸附气体原位分析装置，可同时进行材料吸附气体过程气体的吸附状态以及吸附量的原位分析研究。基于固体核磁共振波谱仪，该研究装置包含材料样品处理系统和原位固体核磁测试系统。本装置使用批量平行样品处理器，可同时进行多种材料的同时处理及吸附，提高仪器的使用效率。作为间歇性原位装置，装置可拓展性强，即可用于吸收材料不同气体捕集实验研究，又可用于催化材料的气体吸附状态研究。体吸附状态研究。

【技术实现步骤摘要】
一种基于固体核磁共振波谱仪的材料吸附气体原位分析装置


[0001]本专利技术涉及一种仪器制备领域，具体涉及一种基于固体核磁共振波谱仪的材 料吸附气体原位分析装置。

技术介绍

[0002]目前广泛使用的核磁共振波谱仪所测样品多为液体，物质的许多性质在液态 时是无法观察到的，为此固体核磁技术应运而生。常见的固体核磁技术主要利用 魔角旋转和交叉极化来增强固体样品的分辨率和灵敏度。
[0003]在静态固体核磁共振波谱中主要展现的是化学位移各向异性、偶极自旋耦合 和四极相互作用的信息，这些物理作用往往展现出的是宽线谱。如果在研究中需 要更多的关注化学位移与J-耦合时，可通过将样品填充入转子，并使转子沿魔角 方向高速旋转，即可实现谱线窄化的目的。这是因为上述作用按时间平均的哈密 顿量均含有因子(1-3cos2θ)，因此如果将样品沿θ＝54.7
°
(即正方体的体对角 线方向)旋转时，上述强的化学位移各向异性、偶极自旋偶合和四极相互作用被 平均化，而其他相对较弱的相互作用便成为主要因素，因此有利于得到高分辨固 体核磁共振波谱。
[0004]对于13C、15N等体系虽然通过魔角旋转技术有效地压制了同核偶极相互作 用，但是这些核的旋磁比很小，自然丰度比较低，如果采用直接检测这些核的实 验方法将导致整个实验过程的灵敏度非常低。为进一步提高这些核的实验灵敏度， 又发展了交叉极化技术。通过该技术可将1H核的磁化矢量转移到13C或15N 等杂核上，从而提高实验灵敏度。
[0005]固体核磁共振波谱仪的应用领域广泛，在高分子聚合物的研究中用于表征高 分子聚合物的骨架结构，交联度以及其他局部结构，从而解释其结构性能之间的 关系；在电池材料的研究中，用于跟踪并检测其充放电过程结构变化；在生物制 药领域用于区分不同活性药物成分的多晶态；在生物大分子领域研究不能溶解的 生物样品的复杂结构以及动力学分析等。
[0006]固体核磁波谱技术是催化研究及材料吸附过程研究的重要表征手段之一，主 要用于催化剂酸性及活性位研究，催化剂合成及结构性质表征，催化反应过程原 位跟踪。其中，固体酸催化剂的酸性(酸和Lewis酸)及活性位研究方 面，运用固体核磁波谱探针分子技术，根据化学位移，区分酸种类；通过测试 1H MAS NMR，获取催化材料表面的羟基，从而解析结构信息。常用固体核磁 波谱探针分子三甲基磷TMP，在不同温度下，测试酸性催化材料的31P MAS， 检测酸强度，B酸位上-2～-6ppm，L酸位上-27～-58ppm。另外固体核磁波谱探 针分子氘代吡啶，检测B酸强弱，非酸性质子上化学位移2-10ppm，酸性质子 上化学位移12-20ppm。氢键吡啶化学位移10ppm，吡啶离子化学位移14-20ppm。 催化材料采用固体核磁表征，探针分子与催化剂的吸附处理过程繁琐，时间较长， 无法实现批量处理，且存在安全隐患。样品在进行固体核磁测试之前需要在不同 温度下进行吸脱附处理，通过吸脱附装置将探针分子以化学吸附的形式固定到催 化材料上。目前市场上是使用的固体核磁原位研究装置是布鲁克公司的商业化装 置，价格昂贵，且只能用于材料吸附气体状态的
研究，不能用于吸附量和吸附状 态的同时研究。本装置价格便宜，且可实现不同材料对气体吸附量和吸附状态的 同时原位研究。本套基于固体核磁共振波谱仪的材料吸附气体原位分析装置，在 制备固体核磁样品时，需要将安瓶嵌入转子。目前固体核磁波谱仪实验室配备的 转子直径大多有两种：4mm(内径3mm)和7mm(内径5.6mm)，这对安瓶 外径尺寸要求极高，需要恰好嵌入。这种设计限制了转子仅能在较低的转速下运 行，很多相互作用无法消除。若转子转速超过5000Hz/s，安瓶尺寸稍有偏差， 转子容易打碎，从而造成定子损坏，维修成本较高。因此，设计及制备完全和转 子尺寸相匹配的安瓶极其重要。

技术实现思路

[0007](一)解决的技术问题
[0008]设计的批量平行样品处理器内置孔n(n＝1,2,3
…
n)个，实现批量处理。大 大提高了工作效率，可用于平行样测试，或者选择不同的材料，一次完成预处理 过程及吸附过程。
[0009]选择7mm探头和转子，增加测试样品量。转子大，可以装的样品量多，从 而减少采样时间，增加信噪比，提高谱图分辨率。
[0010]7mm转子内径5.6mm，要求安瓶的尺寸稍小于5.6mm，尺寸偏大，无法 嵌入转子，尺寸偏小，转子在探头中无法稳定旋转，甚至造成转子和定子打碎， 维修成本非常高。在设计平行吸附处理器时，选择大尺寸安瓶，在手套箱中完成 样品的称量及装填，大大提高了操作的安全性。
[0011](二)技术方案
[0012]为实现上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：开发了一种基于固体核磁 共振波谱仪的材料吸附气体原位分析装置，可同时进行材料吸附气体过程气体的 吸附状态以及吸附量的原位分析研究。该装置包含材料样品处理系统和原位固体 核磁测试系统。所述样品处理系统包括批量平行样品处理器、加热控制装置、真 空控制系统，其中，所述平行样品处理器的内置孔大于等于1个。
[0013]将催化材料置于批量平行样品处理器中，一次可装填1～n(n＝1,2,3
…
n) 个/种样品。连接装置，打开真空控制系统，抽真空，＜10-4
Pa，并将温度加热到 需要的温度进行材料的处理，然后在手套箱中进行材料质量的称量。最后将样品 放置于批量平行样品处理器中，再次抽真空处理一下样品，打开气瓶或玻璃容器 阀门，气体或蒸汽探针分子进入处理器，吸附到材料表面。再次抽真空，脱除催 化材料未吸附的气体或蒸汽探针分子。将处理器拆除，密封状态下，转移到手套 箱中，样品装填到安瓶内封装好，并安装到核磁转子中，转子放入核磁系统测试， 分析数据。
[0014](三)有益效果
[0015]与现有技术相比，本专利技术提供了一种基于固体核磁共振波谱仪的材料吸附气 体原位分析装置，具备以下有益效果：
[0016]本装置使用批量平行样品处理器，提高仪器的使用效率；实验过程可以实现 温度精准控制，温度范围：室温～500℃，真空度＜10-4
Pa的环境。而且作为间 歇性原位装置，装置可拓展性强，即可用于不同的催化材料的气体吸附研究，又 可用于吸收材料气体捕集等实验研究。
附图说明
[0017]本专利技术基于商化的固体核磁波谱仪，该装置包含材料样品处理系统和原位固 体核磁测试系统，具体包括批量处理器、玻璃容器、气瓶、真空系统、真空控制 系统、手套箱以及设计的与转子匹配的安瓶，实现间歇式原位固体核磁测试研究。
[0018]图1为本专利技术提出的一种基于固体核磁共振波谱仪的材料吸附气体原位分 析装置的整体图。
[0019]图2为本专利技术提出的一种基于固体核磁共振波谱仪的材料吸附气体原位分 析装置的剖视图。图3为不同温度下MOF材料吸附CO2前后氢谱变化图。图4为不同温度下MOF材料吸附CO2前后铝谱变化图。
具体实施方式<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于固体核磁共振波谱仪的材料吸附气体原位分析装置，其特征在于，基于固体核磁波谱仪，该装置可同时进行材料吸附气体过程气体的吸附状态以及吸附量的原位分析研究。此套装置包含材料样品处理系统和原位固体核磁测试系统。所述样品处理系统包括批量平行样品处理器、加热控制装置、真空控制系统，其中，所述平行样品处理器的内置孔大于等于1个。2.如权利要求1所述的一种基于固体核磁共振波谱仪的材料吸附气体原位分析装置，其特征在于，所述批量平行吸附处理器装样品的装置是安瓶。3.如权利要求1所述的一种基于固体核磁共振波谱仪的材料吸附气体原位分析装置，其特征在于，所述加热装置具有室温-500℃控温加热功能。4.如权利要求1所述的一种基于固体核磁共振波谱仪的材料吸附气体原位分析装置，其特征在于，所述真空控制系统包括进气口和出气口。5.如权利要求1所述的一种基于固体核磁共振波谱仪的材料吸附气体原位分析装...

【专利技术属性】
技术研发人员：刁琰琰，杨飞飞，曾慧峰，任天鹭，张锁江，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：