CN100522898C - 频谱催化剂 - Google Patents

Abstract

很多反应都会在很大程度上受一种频谱催化剂的影响和控制，这种频谱催化剂能够复制物理催化剂的电磁能谱型，而且它可以用于一个反应系统以电磁能的形式传递能量来控制和/或启动该反应系统。本发明中所使用的频谱催化剂能够取代和/或增加通常由物理催化剂提供给反应系统的能量。频谱催化剂可以是正催化剂增加反应速率，也可以作为负催化剂降低反应速率。

Description

频谱催化剂

相关申请的参考

本申请要求在美国于1997年6月18日递交的临时申请60/049,910的优先权。

技术领域

本发明涉及通过将反应体系暴露于能够复制频谱催化剂的一种或多种电磁能频率中来控制和/或使化学反应定向发生的新方法。

发明背景

一个化学反应能够发生或被活化，或者是以热能和电磁能的形式向反应介质中增加能量，或者通过一种物理催化剂来转移能量。这些方法没有一个可以有效利用能量并且可能导致副产物产生、使反应所必须的过渡态发生分解、所需产物产量下降。

一般认为化学反应是反应分子之间碰撞的结果。根据化学动力学的碰撞理论，反应速率与每秒分子碰撞次数，或者分子碰撞频率成正比：

速率∝碰撞次数/秒

这个简单的关系式解释了反应速率与浓度的依赖关系。此外，除了很少的例外，由于增加碰撞，反应速率随温度的升高而增加。

反应速率常数k的依赖关系可以用下面的等式来表示，被称为阿仑尼乌斯方程：

k＝Ae^-Ea/RT

式中Ea是反应活化能，是使反应发生所需的最小的能量；R是气体常数；T是绝对温度；e是自然对数的底。A代表碰撞频率且表明速率常数与A成正比，因此与碰撞频率成正比。而且，由于与指数项Ea/RT相关的负号，速率常数随活化能的增加而降低，随温度升高而增加。

一般来说，碰撞分子中只有一小部分，即那些运动速度最快的分子，具有超过活化能的动能，因此，速率常数的增加可以理解为温度升高。既然高温时有更多的高能分子出现，那么，高温时产物生成速率就比较大。但是，温度的升高会给反应系统带来一系列的问题。随着热量的增加其它竞争过程，例如，键的断裂，有可能在达到所需能态之前发生。并且还会产生许多具有很高反应活性碎片的分解产物，由于它们的热力学不稳定性，这些产物的寿命很短使得所需的反应受到抑制。

辐射能或光能是另一种形式的能量，可以加入反应介质而不会有热能的负面效应。辐射能的加入使得体系中产生可以进行化学反应的电子激发态分子。

一个分子中的所有电子都占据稳定的轨道时被认为处于电子基态。这些轨道可以是成键轨道或非键轨道。如果一个具有适当能量的光子与分子发生碰撞，即：光子被吸收，一个电子被激发到高能的未占据轨道。电子的激发导致了伴随着原子核内组态的改变的价电子空间的重新分布。因为化学反应在很大程度上受这些因素的控制，电子激发态分子所进行的化学反应与相应的基态分子所进行的反应非常不同。

光子的能量由它的频率或波长决定，

E＝hv＝hc/λ

式中E是能量；h是普郎克常数，6.6×10^-34焦耳·秒(J.sec)；v是辐射频率，sec^-1；c是光速；λ是辐射波长。当光子被吸收，它的全部能量都传递给了吸收物质。吸收后的主要行为取决于入射光的波长。光化学所研究的是能量位于电磁光谱的紫外区(100—4000埃)和可见区(4000—7000埃)的光子。这样的光子是电子激发态分子的主要因子。

分子吸收光充满了电子能量，因此反应在与受热激发系统完全不同的势能面上发生。然而，使用已知的光化学技术有一些缺点，宽带频率的使用会导致不希望的副反应，过度的实验和非常低的量子产率。

催化剂是一种能够改变化学反应速率而且不出现在最终产物中的物质。众所周知某些反应可以被在反应完成后本身仍然保持不变的物质所控制或加速。相对于不需要的反应，通过提高所需反应的反应速率，所需产物的产量与副产物相比可能最多。通常加速反应只需要痕量的催化剂。同样也发现某些物质，只要加入很少一点量，就会降低反应速率。这看来好象是催化的反向，事实上这种降低反应速率的物质被称为负催化剂。已知的催化剂经历一个循环，它们被使用并且再生所以它们可以一再使用。催化剂是通过给反应提供另一条路径来发挥作用的，与没有催化剂存在时相比反应速率更快或更慢。在反应终点，由于催化剂可以回收，似乎催化剂没有包括在反应中。但是催化剂必须参与反应，否则反应速率不会变化。催化作用已历史性地用五个基本步骤来代表：

1.扩散到催化位置(反应物)

2.在催化位置(反应物)键的生成

3.催化剂—反应物络合物的反应

4.在催化位置(产物)键的断裂

5.扩散离开催化位置(产物)。

催化作用的确切机制还不清楚，但它们能加速反应，否则该反应进行太慢不能实用。

已知的工业催化剂还有许多问题：第一，由于催化剂过热或污染，催化剂不仅会失去效能而且还能失掉其选择性；第二，许多催化剂含有贵金属例如铂或银并且只有有限的寿命，某些催化剂很难再生，贵金属也不容易回收。

因此，需要一种方法来催化化学反应而没有已知物理催化剂的缺点并且比热和已知电磁辐射方法具有更高的专一性。

发明概述

名词

用于本发明，出现在说明书和权利要求书中的下面名词和表达有以下含义：

“谱型”在本发明中的含义是由原子或分子受到激发后放出或吸收的一种或多种电磁频率所形成的谱型。

“催化谱型”在本发明中的含义是物理催化剂的谱型，这种催化剂以波束或场的形式被用于一个化学反应系统时，能够从以下几方面催化化学反应：

a)完全取代物理化学催化剂；

b)与物理化学催化剂一起使用增加反应速率；

c)作为负催化剂降低反应速率；或者

d)改变反应途径生成专一产物。

“频谱催化剂”在本发明中的含义是作为在反应系统中的催化剂的电磁能量，例如，具有一种谱型的电磁能，它能够影响、控制或使一个化学反应定向发生。

“频率”在本发明中的含义包括准确的频率或大致相同的频率。

本发明的目的是通过应用频谱催化剂形式的电磁能量来控制或使一个化学反应定向发生，所述频谱催化剂具有至少一种可以启动、活化或影响化学反应中所包含的反应物的电磁能量频率。

在这个意义上，本发明的主要目的是提供一种在化学反应中能有效、有选择地和经济地取代和/或增强已知物理催化剂的方法，该方法包括以下步骤：

a)复制至少一种物理催化剂谱型的频率；和

b)将反应体系暴露在至少一种物理催化剂的谱型的频率下。

本发明还有一个目的是提供一种在化学反应系统中用频谱催化剂取代物理催化剂的方法，该方法包括以下步骤：

a)确定物理催化剂的电磁谱型；和

b)用至少一种电磁能量发射源复制至少一种物理催化剂电磁谱型的频率；和

c)将化学反应系统暴露在至少一种被复制的电磁谱型的频率下以足够的照射量和照射时间催化该化学反应。

本发明进一步的一个目的是提供一种使用增强物理催化剂的频谱催化剂来影响和使化学反应定向的方法，该方法包括以下步骤：

a)用至少一种电磁能量发射源复制至少一种物理催化剂谱型的频率；和

b)用至少一种复制的具有大约从无线频率到紫外频率范围的电磁谱型的频率照射化学反应系统足够长的时间以催化该化学反应；和

c)在反应系统中引入物理催化剂。

上述方法可以采取在用物理催化剂的电磁谱型照射反应系统之前、和/或过程中、和/或之后将物理催化剂引入反应系统来实现，或者使反应系统同时受到物理和频谱催化剂的作用。

本发明的另一个进一步的目的是提供一种使用频谱催化剂来影响和使化学反应定向的方法，该方法包括以下步骤：

a)在所说的反应系统中确定起始反应物的电磁谱型；

b)在所说的反应系统中确定最终产物的电磁谱型；

c)由所说的反应物和得到产物的电磁频谱计算出附加的电磁谱型确定需要的频谱催化剂；

d)产生至少一种需要的频谱催化剂的频率；和

e)用至少一种需要的频谱催化剂的频率照射反应系统。

在本发明中被取代或增强的特定的物理催化剂包括任何固体、液体或气体催化剂以及具有同相或异相催化活性的催化剂。同相催化剂是指分子能分散在与反应化合物同一相中的催化剂。异相催化剂是指分子不能分散在与反应化合物同一相中的催化剂。除此之外，被认为是生物催化剂的酶也包括在本发明中。被取代或增强催化剂实施例由元素和分子催化剂组成，包括，但不局限于，金属，例如：银、铂、氧化铂、镍、钯、铑、铜、钌和铁；半导体金属氧化物和硫化物，例如：氧化镍、氧化锌、氧化镁、氧化铋/氧化钼、二氧化钛、钛酸锶、硫化镉、硒化镉、碳化硅、磷化镓、二氧化钨、和三氧化镁硫酸铜；绝缘氧化物，例如：三氧化二铝、二氧化硅、和氧化镁；以及齐格勒—纳塔催化剂，例如：四氯化钛和三烷基铝。

不希望受到任何应用理论或解释的束缚，可以相信物理催化剂为系统提供必要的活化能，该活化能引发和/或促进反应生成中间体和/或最终产物。因此，已经发现可以用复制的物理催化剂谱型和将反应系统暴露于以电磁辐射形式的电磁能量的方法取代物理催化剂。具有特定频率或频率范围的能量可以用光谱方法确定并通过任意产生电磁能量的辐射方式传递到反应系统。

优选的具体实施方式的描述

很多反应都会在很大程度上受具有特定电磁谱型的频谱催化剂的影响和控制，这种频谱催化剂传递预先决定的能量引发、控制和/或促进反应系统。例如，本发明中所用的频谱催化剂可以取代并提供通常由物理催化剂所提供的额外能量。频谱催化剂可以是正催化剂增加反应速率，也可以作为负催化剂降低反应速率。而且频谱催化剂还可以通过在一个反应系统中使用两种催化剂来增强物理化学催化剂的作用。频谱催化剂能够改善化学催化剂的活性并且排除许多反应的高温高压要求。频谱催化剂只能取代特定的部分化学催化剂，因而，在许多工业反应中降低了物理催化剂的高成本。

在本发明中，频谱催化剂提供了足够量的由特定频率或频率范围组成的电磁辐射并且持续足够长的时间来引发、和/或促进化学反应。随着来自频谱催化剂的电磁能量的被吸收，化学反应通过一种或几种途径进行，其中包括：能够激发电子到高能态引发化学反应的能量转移；可以参与化学反应的离子化或分解的反应物；稳定的最终产物；参与化学反应的中间体的激发和/或稳定化。

如果化学反应提供至少一种反应物“A”转变成至少一种得到的产物“B”，可以使用物理催化剂“C”。反过来说，物理催化剂“C”的谱型能够以电磁波束或电磁场的形式催化反应。

物质A和B＝未知频率，C＝30赫兹；

因此，物质A+30赫兹

物质B

本发明中物理催化剂“C”的电磁谱型可以用已知的光谱学方法来测定。使用光谱仪器可以在接近应用物理催化剂的化学反应的条件下优先确定所用的物理催化剂的电磁谱型。光谱学方法是一种通过确定被吸收或发射的有关电磁能量的频率来测定系统所允许存在的态之间的能量差的过程。一般来说，光谱描述的是电磁辐射与物质的相互作用。当光子与原子或分子相互作用时，可以观察到原子和分子性质的变化。

原子和分子存在几种不同的运动形式。整个分子的转动、化学键的振动、甚至电子运动，是如此地快以至只能通过电子云分布来观察。每一种运动都是量化的。也就是说原子和分子只能位于对应于不连续能量的不同的能态上。不同量子态之间的能量差由所包含的运动形式决定。因此，对于不同形式的运动产生跃迁所需能量的频率也不同。也就是说每一种类型的运动都对应于电磁波谱不同区域的能量吸收并且可以用不同的光谱仪器测量每一种光谱区域。一个原子或分子的总运动能量至少是它的电子、转动和振动能之和。

在吸收和发射光谱中，原子或分子的能量变化与发射或吸收的电磁能量频率之间的关系由所谓的玻尔频率条件给出：

ΔE＝hv

式中h是普郎克常数，v是频率，ΔE是起始与终了状态的能量差。

电子光谱是原子或分子中电子从一个能级运动到另一个能级的结果。一种分子物理催化剂的谱型不仅包括电子能量跃迁还可能有转动和振动能级之间的跃迁。因此，分子光谱要比原子光谱复杂得多。原子或分子与光子相互作用后所能观察到的主要变化有激发、离子化和/或化学键的断裂，所有这些可以通过包括能够给出相同能级裂分信息的发射和吸收光谱在内的光谱方法测量或定量。

在发射光谱中，当原子或分子置于火焰上或放电时，它们会吸收能量变成“激发态”。当它们回到“正常”态就会发出辐射。这种发射是原子或分子从高能或者说是“激发”态跃迁到较低能态的结果。跃迁中所失去的能量以电磁能的形式发射出来。“激发”原子通常产生线光谱而“激发”分子则产生带光谱。

在吸收光谱中，在一定频率范围内扫描时接近单色入射光的吸收可以被检测到。在吸收过程中原子或分子从低能态跃迁到高能态。电磁能吸收所引起的能量变化只可能发生在被称为量子的单位能量的整数倍的地方，它是每一种吸收物质的特征。吸收光谱可以分为四类：转动、转动—振动、振动和电子。

分子的转动光谱与发生在分子转动态的变化有关。转动态之间的能量差别很小，因此引起转动能级变化的频率也非常低且电磁能的波长很长。分子转动态的能隙取决于键长和键角。纯粹的转动光谱出现在远红外、微波和无线频率区(见表1)。

转动—振动光谱与分子振动态改变的跃迁有关而且还可能伴随着转动态的变化。吸收发生在较高频率或较短的波长处，通常发生在中红外区(见表1)。

由于键的弯曲和伸缩产生了来自于不同振动能级的振动光谱。伸缩振动是沿两个原子之间键轴方向原子间距离的改变。弯曲振动以两键夹角的改变为特征。分子的振动光谱一般在近红外区。

电子光谱来自于原子和分子电子态之间的跃迁，并且同时伴随着分子转动和振动态的改变。能差相对较大，因此吸收发生在相当大频率或相对短的波长处。原子或分子的不同的电子态相应于电磁波谱的红外、紫外—可见或X—射线区(见表1)。

表1

电磁辐射作为一种能量形式可以被吸收或发射，因此，在本发明中可使用多种不同类型的光谱来决定物理催化剂的谱型，包括但不仅限于：X—射线、紫外、红外、微波、原子吸收、火焰发射、原子发射、电感耦合等离子体、DC氩等离子体、电弧发射、火花发射、高—分辨激光、辐射、拉曼等光谱。

为研究电子跃迁，将需要所用物质加热到很高温度，例如在火焰中，这时分子被原子化和被激发。原子化气体的另一种非常有效的方法就是利用气体放电。当气体位于两个充电的电极之间时，产生电场，电子从气体原子本身和电极释放出来。这些电子与气体原子碰撞使气体原子发生原子化、激发和离子化。利用高频场不用电极也可能产生气体放电。改变场强可以改变激发能。对于固体物质可以采用电火花或电弧激发。当采用电火花或电弧时，所要分析的物质发生汽化，原子被激发。

发射光谱仪的基本部分包括一个装有被激发样品的石英池。样品的辐射穿过狭缝被分散装置分成光谱。谱型可以在荧光屏、胶片或检测器上检测出来。

原子会强烈地吸收与它发射频率相同的电磁能量。经常进行吸收的测量以使从一个源发射的电磁辐射通过波长—限制装置并且照射到样品池中物理催化剂样品上。当一束白光穿过样品时，选择波束中某些的频率被吸收。没有被物理催化剂吸收的电磁辐射穿过样品池到达检测器。当剩下的波束被分散成光谱时，被吸收的频率在连续光谱上表现为暗线。这些暗线的位置与同样的分子或原子在发射光谱中的位置完全一样。发射和吸收光谱仪都可以通过正常的商业渠道获得。

因此，例如在确定了物理催化剂的电磁谱型后，可以复制谱型并将其应用到化学反应体系中。在可接受的近似电磁辐射频率范围内的一个或多个频率发生器都可以在本发明中使用。在催化光谱中复制一种或多种频率时，没有必要准确地复制频率。例如，用1000兆兆赫兹所达到的效果，用与此非常接近的频率如1001兆兆赫兹或999兆兆赫兹也能达到。因此，存在着一个催化反应的准确频率的上下范围。除此之外，在准确频率上下的频谱催化剂频率的谐振，会导致与准确频率发生共振并催化反应。最后，通过复制一种或多种准确频率的作用机理能够催化反应，而不是使用准确频率本身。例如，铂在催化氢和氧生成水的反应时，部分是通过在约1060兆兆赫兹频率处激发羟基自由基来进行。该反应也可以用微波频率激发羟基自由基来催化，这样复制的是铂的作用机理。

电磁辐射发射源应该具有下列特征：所要波长的高强度，长寿命，以脉冲和连续形式发射的电磁能的能力和稳定性。

发射源可以包括，但不仅限于：电弧灯，例如氙灯，氢和氘灯，氪灯，高压汞灯，铂，银；等离子体电弧放电灯例如：砷，铋，镉，铯，锗，汞，钾，磷，铅，铷，锑，硒，锡，钛，铊和锌；单个或多个元素的中空阴极灯，如：铜，铂，和银；阳光和相干电磁发射，例如：受激辐射微波放大器和激光。

受激辐射微波放大器是能够产生或放大具有很高稳定性和准确性的电磁波的装置。受激辐射微波放大器的作用原理与激光器相同，但产生的电磁能量位于光谱的无线频率波和微波区，而不是可见区。在受激辐射微波放大器中电磁能是通过分子转动能级之间的跃迁产生的。

激光器是产生具有相同频率，相位和方向的光子束的大功率相干光子源，即：传播完全相同的光子束。因此，例如，物理催化剂预先确定的谱型可以通过一系列或一组产生所需频率的激光器来得到。

任何能够产生频谱催化剂要求的频率或频率范围电磁辐射的激光器都可以在本发明中使用。激光器可以在大部分光谱范围内使用。它们能够以连续或脉冲形式操作。发射线光谱和连续光谱的激光器都可以在本发明中使用。线光源包括：氩离子激光器，红宝石激光器，氮激光器，Nd:YAG激光器，二氧化碳激光器，一氧化碳激光器，氮氧化物—二氧化碳激光器。除了由激光器发射的线光谱，几种其它的谱线能够通过一种激光器或另一种激光器发射晶体频率的加减来得到。本发明中所使用的混合频率装置包括不同的频率发生器和频率混合器的总和。本发明中所使用的其它激光器包括，但不仅限于晶体激光器，如掺杂Cr³⁺的氧化铝激光器，掺杂Nd³⁺的铝酸钇激光器；气体激光器，如氦—氖激光器，氪—离子激光器；玻璃激光器，化学激光器，例如：振动激发的氯化氢和氟化氢激光器；染料激光器，如甲醇中的罗丹明6G激光器；和半导体激光器，例如：Ga_1-xAl_xAs。许多型号可以调整到不同的频率范围，因此一台仪器能够提供几种不同的频率并且运用到反应系统中(见表2)。

表2

来自单个激光器或一系列激光器的相干光被简单地集中于反应发生的区域。光源必须足够接近以避免出现光照不到反应系统的“死区”，但还要有足够远的距离确保入射光的完全吸收。由于紫外光源产生热量，它们需要冷却以保持正常运行。对于每一个反应其引进反应系统激发的照射时间将依个体选择：对于大面积暴露于光源的连续反应照射时间要短或对于其它系统与光的接触时间要长一些。

本发明的一个更进一步的目的是使用通过反应物和所得到的产物谱型的波形分析计算并施加所需的频谱催化剂向反应系统提供电磁能量。这种电磁能作为频谱催化剂来产生所需的化学反应。从根本上说，确定物质的光谱数据被用来进行简单的波形计算以得到催化反应所需的正确的电磁能频率。

物质A＝50赫兹，而物质B＝80赫兹

80赫兹—50赫兹＝30赫兹：

因此，物质A+30赫兹

物质B。

确定反应物和所得到的产物的谱型，可以通过以前提到的光谱方法来完成。一旦用特定频率或物质与电磁辐射相互作用的频率确定了谱型，频谱催化剂的电磁谱型也就决定了。采用反应物和所得到的产物的谱型，波形分析计算可以决定反应物和所得到的产物之间的能量差，计算得到频谱催化剂形式的电磁谱型能够用于系统催化反应。计算得到的频谱催化剂的特定频率或谱型频率将为系统提供必须的能量来影响和引发化学反应。

进行波形分析计算得到正确的电磁能频率可以通过使用复杂代数，傅立叶变换，或由商标为Mathematica的产品和由Wolfram公司提供的Wavelet变换来实现。

此外，所需催化剂的电磁谱型可以由所定义和早已解释的电磁辐射发射源产生并应用于反应系统。许多此类发射源发射具有范围大约从红外到紫外的电磁能。而且，许多此类发射源发射可见光范围的电磁能。

频谱催化剂可以在许多不同的从生化过程到工业反应技术领域中应用。

最令人吃惊的催化剂就是在活的机体中催化各种各样反应的酶。机体内发生的所有复杂的过程中没有什么比酶催化更突出更实质。酶令人吃惊的性质不仅在于它们可以在10⁶到10¹²的范围内提高生化反应速率，它们还具有高度的专一性。一种酶只能与某种分子作用而体系中的其它部分不受影响。某些酶被发现具有极高的专一性而其它的则可以催化一些反应。如果一个生物反应只能用一种酶来催化，那么这种酶活性的丧失或降低会大大地抑制该特定的反应并且可能对机体有害。如果发生这种情况，确切的酶或其机制的频谱催化剂能够确定，那么酶的缺乏能够通过取代酶的频谱催化剂得到提高。本发明其中一个目标是以频谱催化剂的形式提供与由酶传输的相同的能量频率。

从下面一些特定的实施例可以更清楚更好地理解本发明。

实施例1

用使H₂和O₂在物理铂催化剂接触的方法能够产生水，但总是要冒发生爆炸的危险。这个实验可以用含有物理铂催化剂谱型的频谱催化剂来代替物理铂催化剂。

为说明用频谱催化剂可以使氢和氧结合生成水，需要进行电解水以提供所必须的氢气和氧气的起始气体。一个三颈瓶两个外边的颈上装有橡皮塞，每个塞子上装有玻璃包裹的铂电极。烧瓶中充满蒸馏水并有一点盐。烧瓶中间的颈通过橡皮塞与真空管相连，真空管连接到一个Drierite柱上移走生成气体中的水。当系统中所有的气体被抽走后，使用连接在两个电极上的12V电压进行电解。电解开始紧接着产生氢气和氧气。这些气体穿过Drierite柱，通过连接在正负压力计上的真空管进入密封的圆底石英烧瓶。将一片含有干燥的钴的纸放入封密的烧瓶底部。需要使用钴试纸，因为有水时它变成粉色，而没水时它是蓝色。开始时钴试纸是蓝色。

传统物理铂催化剂可以用来自距离烧瓶大约2厘米的FisherScientific中空阴极铂灯的频谱催化剂铂的发射来代替。这使得在圆底石英烧瓶中的氧气和氢气受到来自频谱催化剂发射的辐射。一种Cathodeon Hollow Cathode Lamp Supply C610被用于在80％最大电流处(12mAmps)来点燃铂灯。反应瓶用装在圆底石英烧瓶正下方Styrofoam容器中的干冰冷却，因而避免了任何热催化的可能。打开铂灯并且照射两三天，钴试纸上的粉色很明显，表明圆底石英烧瓶中有水出现。暴露在实验室室温条件下的相同的钴试纸保持蓝色。在接下来的四五天中，连续使用频谱催化剂，钴试纸上粉色区域变得更亮更大。实验结束关灯但保持系统连接。经过四五天粉色区域慢慢消失表明烧瓶中生成的水慢慢失去，而且水的生成是由于铂灯催化的化学反应而不是烧瓶中的湿气。

若铂发射不连续，水从Drierite柱中的钴试纸上扩散走，钴的粉色消褪。

实施例2

没有催化剂的存在下，过氧化氢的分解是一个非常慢的反应。因此，有实验表明物理催化剂，非常细的铂，可以用具有铂谱型的频谱催化剂来取代。将过氧化氢放在两个有螺纹接头的石英管中。两个石英管翻转放进装满过氧化氢的烧杯中并用平板包裹在铝箔挡住入射光。其中一个包着铝箔的管作为对比实验。另一个石英管装置暴露于用Cathodeon Hollow Cathode Lamp Supply C610在80％最大电流处(12mAmps)点燃的Fisher Scientific中空阴极铂灯下24到96小时。这个管装置需监测温度的升高以保证反应不是由热效应引起的。在暴露于铂谱型下的石英管螺纹接头处有大的氧气泡生成，但在对比实验的石英管中没有气泡生成。

作为一个负对比实验来证实其它的灯不能引起相同结果，用钠灯重复该实验。(钠在传统反应中是与水反应放出氢气的反应物，而不是过氧化氢分解的催化剂。)结果表明在使用与铂谱型发射同样条件下没有大气泡生成。这说明光谱发射可以取代催化剂，它们不能取代反应物。它还表明使用中空阴极管发出热量和能量到过氧化氢中的简单效应不是气泡生成的原因而是取代了物理催化剂的铂谱型引起反应。

实施例3

众所周知某些敏感的有机体对银有中毒反应(例如：大肠杆菌，肺炎链球菌或金黄色葡萄球菌)。在这方面有实验表明发射银光谱的频谱催化剂对这些有机体有同样的作用。

野生的大肠杆菌、野生的肺炎链球菌、野生的金黄色葡萄球菌和野生的沙门氏菌被铺在标准生长基上放在不同的盘中。每个盘子放在露光容器的底部。将具有定形的狭缝的金属箔的板盖在每一个培养皿上。将Fisher Scientific中空阴极银(Ag)灯插入露光容器的顶部这样银光谱发射能照射到培养皿上的细菌。使用Cathodeon Hollow CathodeLamp Supply C610在80％最大电流处(3.6mAmps)点燃银灯，用其照射培养皿用12到24小时，然后用标准技术培养。在被银灯照射的定形狭缝处没有野生的大肠杆菌、野生的肺炎链球菌、野生的金黄色葡萄球菌生长。野生的沙门氏菌的生长受到抑制。

实施例4

为了进一步说明某些敏感的有机体对银有中毒反应需要进行与使用发射银光谱的频谱催化剂类似的反应。所培养的细菌从美国典型培养物保藏中心ATCC得到，其中包括大肠杆菌#25922，肺炎克氏杆菌，肺炎亚球菌#13883。有机体被铺在标准生长基上放在盘中。盘子放在露光容器的底部如咖啡罐的底部。将Fisher Scientific中空阴极银(Ag)灯插入露光容器的顶部(用铝箔包着的咖啡罐的顶部)这样银光谱发射能照射到培养皿上。使用Cathodeon Hollow Cathode LampSupply C610在80％最大电流处(3.6mAmps)点燃银灯，用其照射培养皿用12到24小时，然后用标准技术培养。培养皿用双筒显微镜检测。大肠杆菌对银光谱发射的杀菌性有中等强度的抵抗性，而Klebsiella则表现出中等强度敏感性。

为了用物理银催化剂说明相同结果，需用5毫升0.9％的无菌蒸馏盐水和蒸馏水稀释制备的80ppm的胶体银溶液。用于抗生检验的无菌实验盘浸入胶体银溶液中。相同的有机体再次从培养基中铺在标准生长基上放在盘中。胶体银检测盘放置在每一个盘子上，用标准技术培养。这一次大肠杆菌又对物理胶体银的杀菌性有中等强度的抵抗性，而Klebsiella则表现出中等强度敏感性。

实施例5

如实施例1中所说，为说明用频谱催化剂可以提高物理催化剂的作用使氢和氧结合生成水，需要进行电解水提供所必须的氢气和氧气的起始气体。

两个石英烧瓶(A和B)连接在电解系统上，每个烧瓶都有自己的真空系统和压力计。将铂粉(31毫克)放入烧瓶中。烧瓶中充氢气和氧气达到120毫米汞柱并且随反应的进行记录烧瓶中的压力。除此之外，在烧瓶中氢气和氧气压力达到220毫米汞柱时重复该实验。物理催化剂催化的反应只能产生基线反应曲线。

传统物理铂催化剂的作用被来自两个平行的Fisher Scientific中空阴极铂灯的铂频谱催化剂的发射提高，正如实施例1所述，铂灯距离烧瓶A大约2厘米。这使得氢气和氧气以及铂催化剂都能被来自频谱催化剂的发射照射。反应速率，用压力降低来测量，在进行温度控制后能够在原有基线速度上提高70％，反应速率平均提高大约60％。

Claims (28)

1.一种在化学反应系统中用特征频谱催化剂取代物理催化剂的方法，其特征包括下列步骤：

a)确定所说的物理催化剂的电磁谱型；

b)用至少一种电磁能发射源复制至少一个所说的物理催化剂电磁谱型的频率；和

c)用至少一种所说的复制的电磁谱型的频率照射所说的化学反应系统以足够照射量催化所说化学反应。

2.权利要求1的方法，其特征在于所说物理催化剂选自由金属，金属氧化物和金属硫化物所组成的组中的一个成员。

3.权利要求1的方法，其特征在于所说电磁能具有频率范围大约从无线频率到紫外频率。

4.权利要求1的方法，其特征在于所说物理催化剂是选自由银、铂、氧化铂、镍、钯、铑、铜、钌和铁所组成的组中的一个成员。

5.权利要求1的方法，其特征在于所说物理催化剂是银。

6.权利要求5的方法，其特征在于所说电磁能具有的频率范围大约从红外到紫外。

7.权利要求6的方法，其特征在于所说电磁能发射源是选自由中空阴极银灯和至少一个激光器所组成的组中的一个成员。

8.权利要求1的方法，其特征在于所说物理催化剂是一种酶。

9.权利要求1的方法，其特征在于所说电磁谱型由光谱方法决定。

10.一种在化学反应系统中用频谱催化剂增强物理催化剂作用的方法，其特征包括下列步骤：

a)确定所说的物理催化剂的电磁谱型；

b)用至少一种电磁能发射源复制至少一种步骤a)中的电磁谱型的频率；和

c)将所说的化学反应系统暴露在至少一种所说的复制的电磁谱型的频率下因而使得所说的物理催化剂的作用增强。

11.权利要求10的方法，其特征在于所说物理催化剂是选自由金属，金属氧化物和金属硫化物所组成的组中的一个成员。

12.权利要求10的方法，其特征在于所说电磁谱型由光谱方法决定。

13.权利要求10的方法，其特征在于所说照射化学反应系统的电磁谱型具有的频率范围大约从无线频率到紫外频率。

14.权利要求13的方法，其特征在于所说电磁频率是在可见范围的频率。

15.权利要求10的方法，其特征在于所说物理催化剂是一种酶。

16.权利要求10的方法，其特征在于包括在将所述化学反应系统暴露于所述复制电磁谱型的所述频率之前将所说物理催化剂引入化学反应系统。

17.权利要求12的方法，其特征在于所说光谱方法选自由X—射线、紫外、微波、红外、原子吸收、火焰发射、原子发射、电感耦合等离子体、DC氩等离子体、电弧发射、火花发射、高分辨激光和拉曼光谱所组成的组中的方法。

18.权利要求10的方法，其特征在于所说物理催化剂是选自由银、铂、氧化铂、镍、钯、铑、铜、钌和铁所组成的组中的一个成员。

19.权利要求13的方法，其特征在于所说电磁能源是至少一个激光器。

20.权利要求10的方法，其进一步包括在将所述化学反应系统暴露于所述复制电磁谱型的所述至少一种频率之后将所说物理催化剂引入所说的化学反应系统。

21.权利要求10的方法，其进一步包括在将所述化学反应系统暴露于所述复制电磁谱型的所述至少一种频率的步骤与将所说物理催化剂引入所说的化学反应系统的步骤实质上同时进行。

22.一种在化学反应系统中取代物理催化剂的方法，其特征在于包括下列步骤：

a)复制至少一种所说的物理催化剂的电磁谱型的频率；和

b)将所说的化学反应系统暴露在所说的复制的电磁谱型的频率下以足够照射量催化该化学反应，从而用复制的所说的电磁谱型替代所说的物理催化剂；

所说的至少一种频率是所说代替物理催化剂的所说电磁谱型的一种谐振频率。

23.一种在化学反应系统中取代物理催化剂的方法，其特征在于包括下列步骤：

a)复制至少一种所说的物理催化剂的电磁谱型的频率；和

b)将所说的化学反应系统暴露在所说的复制的电磁谱型的频率下以足够照射量催化该化学反应，从而用复制的所说的电磁谱型替代所说的物理催化剂；

所说的至少一种频率复制了所说被代替的物理催化剂的作用机理。

24.一种在化学反应系统中增强物理催化剂作用的方法，其特征包括下列步骤：

a)复制至少一种所说的物理催化剂的电磁谱型的频率；

b)将所说的化学反应系统暴露在所说的至少一种复制的电磁谱型的频率下以足够照射量增强所说物理催化剂。

25.权利要求24的方法，其特征在于所说的至少一种频率是所说增强物理催化剂的所说电磁谱型的一种谐振频率。

26.权利要求24的方法，其特征在于所说的至少一种频率复制了所说被增强的物理催化剂的作用机理。

27.一种使用频谱催化剂催化反应系统的方法，其包括下列步骤：

a)确定用于所述反应系统中的反应物的电磁谱型；

b)确定用于所述反应系统中的产物的电磁谱型；

c)由所述反应物和产物的谱型之间差值计算附加的电磁谱型，从而确定需要施加的频谱催化剂的电磁谱型；

d)产生需要施加的频谱催化剂的电磁谱型的至少一种频率；和

e)用所需的频谱催化剂的电磁谱型的所述至少一种频率照射所说的反应系统。

28.一种在化学反应系统中取代物理催化剂的方法，其包括下列步骤：

a)复制至少一个所说物理催化剂电磁谱型的频率；和；

b)以足够量将所述化学反应暴露于至少一种所说的复制的电磁谱型的频率下催化所说化学反应。