光化学流动反应器如何工作？

光化学流动反应器以无与伦比的精度将光直接输送到液相反应中。这些系统持续推动化学转化，使用聚焦光和受控流量来提高效率、安全性和可扩展性。本文逐步解释了它们的设计和功能，以准确展示它们的运作方式以及它们在现代合成化学中的重要性。

什么是光化学流动反应器？

光化学流动反应器通过狭窄的、通常是微结构的管道引导液相反应物，这些管道暴露在受控光源下，通常是 LED 或调谐到特定波长的激光器。这种几何形状最大限度地提高了每单位体积的光子通量，并确保了高表面积与体积比，与批处理系统相比，这提高了光子吸收效率。通过保持层流和严格调节停留时间，这些反应器可在反应介质中实现一致的辐照。这种均匀的曝光消除了梯度驱动的低效率，如局部过热或不完全转换，这些都会限制批量设置。流式平台还允许精确调节反应参数，如温度、压力和流速，这使得它们在保持选择性和重现性的同时，对于放大光化学过程是必不可少的。

关键组件及其工作原理

1. 光源

任何光反应器的核心都是其光源，通常是提供广谱紫外线的紫外灯（低压或中压汞）或有效提供特定波长光（通常为280nm至550nm）的 LED 阵列。在MF-V6G等反应器中，LED光源安装在可互换的模块中，允许化学家调整波长以满足他们的反应要求。

2. 反应器路径

这是反应物经过的实际路线。它可以包括围绕灯的盘绕 FEP 、石英管，或由 LED 照亮的微流体芯片

反应器路径由紫外线透明材料制成，因此光子可以穿透并触发化学反应。

3. 外壳和光学系统

外壳保护用户免受有害紫外线辐射，同时液冷散热排出红外热，从而优化反应性能和热安全性。

4. 温度控制

光化学反应会产生大量热量。许多反应器包括：

空气冷却系统（风扇或管道）

水套或热块

这确保了高能灯产生的热量不会降解反应物或扭曲反应条件。温度稳定性对于可重现的光化学至关重要。

5. 泵和流量控制

虽然从技术上讲是外部的，但流量控制至关重要。泵以规定的流速将反应物输送到反应器中，该流速决定了停留时间（溶液被照射的时间）。背压调节器也可用于保持压力并防止在反应过程中形成气体或蒸汽气泡。

工作原理：循序渐进

1、加载系统：储液罐装满反应物溶液并连接到泵。

2、起始流动：泵驱动溶液通过反应器的流路。

3、照明和反应：当溶液通过透明管或通道时，它会暴露在光源下。分子吸收光子并进入激发态，启动所需的光化学转变。

4、温度稳定：主动冷却将反应器保持在所需的设定点（例如 25 °C），确保来自光的热量不会破坏反应。

5、产品系列：反应溶液离开反应器并被收集或送至下游处理。由于流动是连续的，因此反应器可以运行数小时，从而生产出可缩放数量的产品。

反应器设计变化

· 带灯的线圈反应器：其中盘绕管缠绕在中央灯上。这确保了均匀的照射和基于线圈长度的可扩展停留时间。

· 带 LED 的微反应器：紧凑的芯片式设计，适用于小规模或高通量实验。LED 提供直接、均匀的照明。

批处理与连续流

实际示例工作流程

假设您正在进行 365 nm 光化学氧化：

第 1 步：准备您的溶液（底物、催化剂、溶剂）。

第 2 步：将泵设置为 5mL/min。

第 3 步：在MF-V6G(CRT)上选择一个 365 nm LED 模块。

第 4 步：使用液冷装置将反应器保持在 25 °C。

第 5 步：当溶液流过微通道（4.6分钟的停留时间）时，它会变成蓝色，表明产物形成。流出物收集在培养瓶中。

由于条件是固定的，因此液体的每一部分都恰好看到4.6分钟的光，从而实现一致的转化率和最少的副产品。

调整条件

· 光强度：通过电源设置进行调整或选择输出较高的灯泡。

· 波长：交换 LED 灯或汞灯模块。

· 流速：流速较慢 = 停留时间较长 = 转化率较高。

· 温度：通过内置冷却/加热控制。

最后的思考

光化学流动反应器，如MF-V6G，采用精密工程设计，可提供可靠、高效和安全的光驱动合成。它们的模块化、控制系统和内置安全功能使其成为现代实验室中不可或缺的工具。

通过了解这些组分如何协同工作（从光传输到温度控制），您可以更有信心和可扩展性地进行光化学反应。想看看光化学流动反应器的运行情况吗？如果您想了解更多信息，请联系我们。