CN111678885A - 化学反应观测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种化学反应观测系统和方法。该化学反应观测系统产生太赫兹信号，并将太赫兹信号通过反应腔后，生成携带有太赫兹信号、反应物信息、中间物信息和产物信息的混合光谱信号，通过太赫兹信号提取混合光谱信号中的物质光谱信息，再对物质光谱信息进行定性分析和定量分析，从而获取反应物、中间物和产物的成分和含量；上述化学反应观测系统可以避免将化学反应过程中的气体产物转移至分析仪进行分析，采用太赫兹光谱技术直接分析实时在线化学反应过程的观测结果，实现化学反应的气相化学反应过程的观测，从而提高检测分析结果的准确度。
Description
技术领域
本申请涉及化学反应监测领域，特别是涉及一种化学反应观测系统及方法。
背景技术
实时掌握反应生成的产物成分和含量，来控制反应进程，这在气体合成及性能表征的气态化学反应中及其重要。
传统技术中，将反应腔中的气体产物取样到分析仪中，采用气相色谱法来检测气体产物的成分和含量。但是，传统的检测方式需要从反应腔将气体产物取出转移到分析仪中进行分析，在转移过程中气体产物可能发生其它化学反应，使得气体产物变质，从而导致检测分析结果的准确度降低。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高检测分析结果准确度的化学反应观测系统及方法。
一种化学反应观测系统，所述系统包括：
发射器，用于发射太赫兹信号；
反应腔，用于接收所述发射器发射的太赫兹信号，并且所述太赫兹信号通过所述反应腔后，生成携带有太赫兹信号、反应物信息、中间物信息和产物信息的混合光谱信号；
接收器，用于接收从所述反应腔透射出的所述太赫兹信号和混合光谱信号，并将所述太赫兹信号和所述混合光谱信号发送给处理设备；及
所述处理设备，用于接收所述太赫兹信号和所述混合光谱信号，通过所述太赫兹信号提取所述混合光谱信号中的物质光谱信息，对所述物质光谱信息进行定性分析和定量分析，以确定所述反应物、中间物和产物的成分和含量；其中，所述中间物表征所述化学反应过程中生成的物质，所述产物表征所述化学反应结束后生成的物质。
在其中一个实施例中，所述反应腔包括：
反应容器，用于为所述反应物提供所述化学反应的空间；
温控设备，与所述反应容器相连，用于向所述反应容器提供相应的温度。
在其中一个实施例中，所述反应容器包括：第一侧壁、与所述第一侧壁相连的底座和顶壁、气体输入单元、压力表以及反应催化单元；
所述第一侧壁上设置有太赫兹光窗，所述太赫兹光窗用于让所述太赫兹信号以及所述混合光谱信号透过；
所述气体输入单元，设置为管状结构，且设置于所述反应容器的第一侧壁上，用于接收所述化学反应的反应物；
所述压力表，与所述反应容器为分体式设计，用于实时检测所述反应容器内的压力值；
所述反应催化单元，设置于所述反应容器的所述底座和所述顶壁上，用于提供催化剂，以催化所述反应物发生所述化学反应。
在其中一个实施例中，所述反应容器还包括：气体输出单元；
所述气体输出单元，设置为管状结构，且设置于所述反应容器的第一侧壁上，用于排出所述反应容器内生成的残留气体。
在其中一个实施例中，所述反应催化单元包括：氙灯和催化剂放置架；
所述氙灯，设置于所述反应容器的所述顶壁上，作用于所述化学反应所需的催化剂上；
所述催化剂放置架，设置于所述反应容器的所述底座上，用于放置所述化学反应所需的催化剂。
在其中一个实施例中，所述反应容器还包括：单向阀；
所述单向阀，设置于所述气体输入单元和所述气体输出单元上，用于控制所述反应物单向进入所述反应容器，以及控制所述残留气体单向输出所述反应容器。
在其中一个实施例中，所述反应容器还包括：进样口；
所述进样口，设置于所述反应容器的所述第一侧壁上，用于向所述反应容器内注入所述反应物；所述反应物为挥发性有机液体。
在其中一个实施例中，所述反应容器还包括：真空泵；
所述真空泵，设置于所述反应容器的所述第一侧壁上，用于在所述化学反应观测系统保持密封状态时，对所述反应容器抽气，让所述反应容器处于真空环境。
在其中一个实施例中，所述温控设备包括：第二侧壁、水浴容器和水机；
所述水浴容器，与所述反应容器的所述底座相连，用于承载水的容器；
所述第二侧壁上设置有进水口，所述进水口用于让水注入所述水浴容器内；
所述水机，设置于所述第二侧壁上，用于控制所述水浴容器内的水在预设温度值。
在其中一个实施例中，所述第二侧壁上还设置有出水口，所述出水口用于将所述水浴容器内的水排回至所述水机里。
一种化学反应观测方法，所述方法包括：
获取太赫兹信号、反应物和催化剂；
通过所述催化剂催化所述反应物发生化学反应，生成所述化学反应的中间物和产物；
将所述太赫兹信号透射通过化学反应空间，生成携带有太赫兹信号、反应物信息、中间物信息和产物信息的混合光谱信号；
通过所述太赫兹信号和所述混合光谱信号，进行信息分离处理，获取物质光谱信息；
对所述物质光谱信息进行定性分析和定量分析，以确定所述反应物、所述中间物和所述产物的成分和含量。
上述化学反应观测系统和方法，化学反应观测系统可以产生太赫兹信号，并将太赫兹信号通过反应腔后，生成携带有太赫兹信号、反应物信息、中间物信息和产物信息的混合光谱信号，通过太赫兹信号提取混合光谱信号中的物质光谱信息，再对物质光谱信息进行定性分析和定量分析，从而获取反应物、中间物和产物的成分和含量；上述化学反应观测系统可以避免将化学反应过程中的气体产物转移至分析仪进行分析，采用太赫兹光谱技术直接分析实时在线化学反应过程的观测结果，实现化学反应的气相化学反应过程的观测，从而提高检测分析结果的准确度。
附图说明
图1为一个实施例中化学反应观测系统的整体结构框图；
图2为一个实施例中化学反应观测系统中反应腔的整体结构框图；
图3为一个实施例中化学反应观测系统中反应腔的具体结构框图；
图4为一个实施例中化学反应观测方法的流程示意图。
附图标记说明：
100、发射器；200、反应腔；210、反应容器；211、气体输入单元；2111、太赫兹光窗；212、压力表；213、反应催化单元；2131、氙灯；2132、催化剂放置架；214、气体输出单元；215、单向阀；216、进样口；217、真空泵；220、温控设备；221、水浴容器；2211、进水口；2212、出水口；222、水机；300、接收器；400、处理设备。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本申请的化学反应观测系统进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
图1为一实施例提供的一种化学反应观测系统的整体结构示意图，可应用于在线化学反应的环境中。该化学反应观测系统包括：发射器100、反应腔200、接收器300以及处理设备400。
其中，所述发射器100，用于发射太赫兹信号；
所述反应腔200，用于接收所述发射器发射的太赫兹信号，并且所述太赫兹信号通过所述反应腔后，生成携带有太赫兹信号、反应物信息、中间物信息和产物信息的混合光谱信号；
所述接收器300，用于接收从所述反应腔透射出的所述太赫兹信号和混合光谱信号，并将所述太赫兹信号和所述混合光谱信号发送给处理设备400；及
所述处理设备400，用于接收所述太赫兹信号和所述混合光谱信号，通过所述太赫兹信号提取所述混合光谱信号中的物质光谱信息，对所述物质光谱信息进行定性分析和定量分析，以确定所述反应物、中间物和产物的成分和含量；其中，所述中间物表征所述化学反应过程中生成的物质，所述产物表征所述化学反应结束后生成的物质。
具体的，化学反应观测系统中的发射器100可以包括信号源以及太赫兹发射器。其中，信号源可以提供入射信号，该入射信号可以为射频信号；太赫兹发射器可以接收信号源提供的入射信号，然后混频放大入射信号的频率，生成频率较高的太赫兹信号。在本实施例中，上述入射信号的频率通常为15GHz左右，太赫兹信号的频率通常为200GHz～300GHz左右。
需要说明的是，化学反应观测系统中的反应腔200，可以接收太赫兹发射器发射的太赫兹信号，并且反应腔200可以直接将接收到的太赫兹信号发射给接收器300；并且反应腔200接收到的太赫兹信号通过反应腔200后，可以生成携带有太赫兹信号、反应物信息、中间物信息和产物信息的混合光谱信号。上述反应物可以为气体，还可以为液体，还可以为气体和液体。在反应腔200内发生化学反应前，上述混合光谱信号可以为携带有太赫兹信号和反应物信息的光谱信号；在反应腔200内发生化学反应过程中，上述混合光谱信号可以为携带有太赫兹信号和中间物信息的光谱信号；当然在反应腔200内发生化学反应结束后，上述混合光谱信号可以为携带有太赫兹信号和产物信息的光谱信号。其中，反应腔200可以设置有能够透射太赫兹信号的窗口；且反应腔200可以为化学反应空间。
可以理解的是，化学反应观测系统中的接收器300，可以接收反应腔200透射出的太赫兹信号，还可以接收反应腔200透射出的混合光谱信号，并将太赫兹信号和混合光谱信号发送给处理设备400。
另外，化学反应观测系统中的处理设备400可以包括信息采集器和处理器。其中，信息采集器可以接收接收器300发射的太赫兹信号和混合光谱信号，并采集混合光谱信号中太赫兹光谱的吸收谱得到混合光谱信息，采集太赫兹信号中的太赫兹光谱信息，并将混合光谱信息和太赫兹光谱信息发送给处理器。处理器可以对混合光谱信息进行分离处理得到物质光谱信息，并对物质光谱信息进行定性分析和定量分析，以确定化学反应中的反应物、中间物和产物的成分和含量。上述混合光谱信息可以为混合光谱信号中的中频信号携带的光谱信息。另外，信息采集器还可以接收接收器300发射的太赫兹信号，并采集太赫兹信号中的太赫兹光谱信息，并将太赫兹光谱信息发送给处理器，以供处理器对混合光谱信息进行分离处理时使用。可选的，处理器可以从混合光谱信息中滤除掉太赫兹光谱信息，得到物质光谱信息。上述物质光谱信息可以为反应物光谱信息，还可以为中间物光谱信息，当然，还可以为产物光谱信息。上述反应物光谱信息可以包括反应物的吸收光谱、折射率和消光系数等信息，以吸收峰的形式呈现；上述中间物光谱信息和产物光谱信息中包含的信息与反应物光谱信息类似，对此不再赘述。其中，反应物、中间物和产物的成分可以体现在太赫兹光谱中。
还可以理解的是，不同的物质具有不同的吸收峰，也可以理解为吸收峰的位置不同。上述定性分析可以理解为通过确定吸收峰的位置，来判断混合光谱信号中包含的气体成分的过程。可选的，吸收峰可以理解为物质对太赫兹光谱的吸收产生的波峰；物质的浓度越大，吸收峰的强度越大。本实施例可以根据物质浓度与吸收峰强度之间的线性关系，采用机器学习和化学计量法进行建模，得到一个线性关系式，从而根据该线性关系式确定混合光谱信号中所包含的气体的浓度，该过程可以理解为定量分析过程。
上述化学反应观测系统，化学反应观测系统可以产生太赫兹信号，并将太赫兹信号通过反应腔后，生成携带有太赫兹信号、反应物信息、中间物信息和产物信息的混合光谱信号，通过太赫兹信号提取混合光谱信号中的物质光谱信息，再对物质光谱信息进行定性分析和定量分析，从而获取反应物、中间物和产物的成分和含量；上述化学反应观测系统可以避免将化学反应过程中的气体产物转移至分析仪进行分析，采用太赫兹光谱技术直接分析实时在线化学反应过程的观测结果，实现化学反应的气相化学反应过程的观测，从而提高检测分析结果的准确度。
在一个实施例中，如图2所示提供了一种反应腔的结构示意图。化学反应观测系统中的反应腔200包括：反应容器210以及温控设备220。
其中，所述反应容器210，用于为所述反应物提供所述化学反应的空间；
所述温控设备220，与所述反应容器210相连，用于向所述反应容器提供相应的温度。
具体的，化学反应观测系统中的反应腔200包括反应容器210，反应容器210可以为反应物提供化学反应环境。反应容器210可以为空心柱体结构，该空心柱体结构可以为空心圆柱体结构或者空心棱柱体结构；在本实施例中，图2示出了反应容器210为一个空心圆柱体结构。
需要说明的是，化学反应观测系统中的反应腔200还包括温控设备220，该温控设备220可以为化学反应提供相应的反应温度。温控设备220与反应容器可以为活动连接，还可以为固定连接，对此本实施例不做限定。其中，活动连接可以为卡扣连接、花键连接、螺栓连接等等；固定连接可以为焊连接、粘连接等等。
参见图3所示，所述反应腔200中的反应容器210包括：第一侧壁、与所述第一侧壁相连的底座和顶壁、气体输入单元211、压力表212以及反应催化单元213。
所述第一侧壁上设置有太赫兹光窗2111，所述太赫兹光窗2111用于让所述太赫兹信号透过；
所述气体输入单元211，设置为管状结构，且设置于所述反应容器210的第一侧壁上，用于接收所述化学反应的反应物；
所述压力表212，与所述反应容器210为分体式设计，用于实时检测所述反应容器210内的压力值；
所述反应催化单元213，设置于所述反应容器210的所述底座和所述顶壁上，用于提供催化剂，以催化所述反应物发生所述化学反应。
在本实施例中，反应腔200中的反应容器210可以包括第一侧壁、与第一侧壁相连的底座和顶壁；第一侧壁可以为空心圆柱体结构的圆柱壁，底座可以为空心圆柱体结构的圆柱底，顶壁可以为空心圆柱体结构的圆柱顶。反应容器210的第一侧壁上可以设置太赫兹光窗2111，该太赫兹光窗2111可以透射太赫兹信号和混合光谱信号。太赫兹光窗2111的窗口可以为不吸收太赫兹波，且在太赫兹频段具有透射特性的材质；该材质可以为聚乙烯、聚四氟乙烯等。由于聚四氟乙烯的耐热性大于聚乙烯的耐热性，因此，本实施例可以优先聚四氟乙烯作为太赫兹光窗2111窗口的材质。可选的，反应容器210上可以设置有两个太赫兹光窗2111，其中一个太赫兹光窗2111可以作为反应容器210接收太赫兹信号的光窗，另外一个太赫兹光窗2111可以作为反应容器210射出太赫兹信号和混合光谱信号的光窗，两个光窗设置于反应容器210的不同位置。
需要说明的是，反应容器210还可以包括气体输入单元211，气体输入单元211设置为管状结构；该管状结构可以为中空圆柱状结构，也可以为中空方柱状结构等等。上述气体输入单元211可以设置于反应容器210的第一侧壁上，可以接收化学反应的反应物；该反应物可以为惰性气体，还可以为参加化学反应的其它气体；该惰性气体可以为氮气和氩气等等。上述气体输入单元211具体可以设置于反应容器210接收太赫兹信号的光窗(即太赫兹光窗2111)上侧，具体位置可以参见图3所示。
进一步地，上述反应容器210还可以包括压力表212，压力表212与反应容器210可以为分体式设计，可以实时显示反应容器210内的压力值，以控制化学反应所需的压力条件。
另外，反应容器210还可以包括反应催化单元213，反应催化单元213可以设置于反应容器210的底座和顶壁上，用于提供催化剂，以催化反应物发生化学反应。
可选的，所述反应催化单元213包括：氙灯2131和催化剂放置架2132。
其中，所述氙灯2131，设置于所述反应容器210的所述顶壁上，作用于所述化学反应所需的催化剂上；
所述催化剂放置架2132，设置于所述反应容器210的所述底座上，用于放置所述化学反应所需的催化剂。
在本实施例中，反应催化单元213包括的氙灯2131可以理解为利用氙气放电而发光的电光源；氙灯2131可以设置于反应容器210的顶壁。上述反应催化单元213还可以包括催化剂放置架2132，催化剂放置架2132可以设置于反应容器210的底座上，可以放置化学反应所需的固体催化剂。打开氙灯2131后，可以作用于化学反应所需的催化剂上，然后催化剂作用，催化化学反应发生。
另外，反应容器210还包括：所述气体输出单元214，所述气体输出单元214设置为管状结构，且设置于所述反应容器210的第一侧壁上，用于排出所述反应容器210内生成的残留气体。
在本实施例中，上述气体输出单元214可以设置为管状结构，该管状结构可以为中空圆柱状结构，也可以为中空方柱状结构等等。上述气体输出单元214可以设置于反应容器210的第一侧壁上，可以在化学反应结束后，通过气体输入单元211输入惰性气体，以排出反应容器210内的残留气体。
上述化学反应观测系统，化学反应观测系统中的反应腔上设置的太赫兹光窗可以透射接收太赫兹信号，太赫兹信号通过反应腔后，生成携带有太赫兹信号、反应物信息、中间物信息和产物信息的混合光谱信号，并将太赫兹信号和混合光谱信号通过太赫兹光窗透射出发送给接收器，进而接收器将接收到的太赫兹信号和混合光谱信号发送至处理设备，处理设备对混合光谱信号进行处理，以获取到反应物、中间物和产物的成分和含量；上述化学反应观测系统可以避免将化学反应过程中的气体产物转移至分析仪进行分析，采用太赫兹光谱技术直接分析实时在线化学反应过程的观测结果，实现化学反应的气相化学反应过程的观测，从而提高检测分析结果的准确度。
作为其中一个实施例，继续参见图3所示，反应腔200中的反应容器210还包括：单向阀215；
所述单向阀215，设置于所述气体输入单元211和所述气体输出单元214上，用于控制所述反应物单向进入所述反应容器210，以及控制所述残留气体单向输出所述反应容器210。
具体的，反应腔200中的反应容器210可以包括两个单向阀215，其中一个单向阀215设置于气体输入单元211上，另一个单向阀215设置于气体输出单元214上。其中，气体输入单元211上设置的单向阀215可以控制反应物单向进入反应容器210；气体输出单元214上设置的单向阀215可以控制残留气体单向输出反应容器210。
其中，反应腔200中的反应容器210还包括：进样口216；所述进样口216，设置于所述反应容器210的所述第一侧壁上，用于向所述反应容器210内注入所述反应物；所述反应物为挥发性有机液体。
需要说明的是，反应腔200中的反应容器210还可以包括进样口216；进样口216可以设置于反应容器210的第一侧壁上，化学反应观测系统可以通过进样口216向反应容器210内注入反应物。此时，该反应物可以为挥发性有机液体；例如，甲醇、乙醇等挥发性有机液体。
可选的，反应腔200中的反应容器210还包括：真空泵217；所述真空泵217，设置于所述反应容器210的所述第一侧壁上，用于在所述化学反应观测系统保持密封状态时，对所述反应容器210抽气，让所述反应容器210处于真空环境。
可以理解的是，反应腔200中的反应容器210还可以包括真空泵217；真空泵217可以设置于反应容器210的第一侧壁上。在化学反应观测系统保持密封状态时，化学反应观测系统可以通过真空泵217对反应容器210抽气，以排除反应容器210中的多余气体，让反应容器210处于真空环境。化学反应观测系统保持密封状态可以理解为化学反应观测系统中的所有结构都处于关闭状态；上述抽气可以理解为抽真空。
进一步地，反应腔200中的温控设备220包括：第二侧壁、水浴容器221和水机222。其中，所述水浴容器221，与所述反应容器210的所述底座相连，用于承载水的容器；所述第二侧壁上设置有进水口2211，所述进水口2211用于让水注入所述水浴容器221内；所述水机222，设置于所述第二侧壁上，用于控制所述水浴容器221内的水在预设温度值。
在本实施例中，温控设备220中第二侧壁的形状与反应容器210中第一侧壁的形状相同；第一侧壁为空心圆柱体结构的圆柱壁时，第二侧壁也可以为空心圆柱体结构的圆柱壁，但是，第二侧壁的内径小于第一侧壁的内径。上述第二侧壁的内部可以包含水浴容器221，第二侧壁可以为水浴容器221的侧壁；且第二侧壁上设置有进水口2211，进水口2211可以让液体注入水浴容器221内。在本实施例中，该液体可以为水。
还有，上述反应腔200中的温控设备220可以包括水浴容器221，水浴容器221可以为空心圆柱体结构。上述水浴容器221的顶部与反应容器210的底座可以活动连接，还可以为固定连接。上述水浴容器221可以承载液体，该液体可以为水。上述温控设备220中的水机222可以设置于第二侧壁上，能够控制水浴容器221内的液体在预设温度值，即化学反应所需的反应温度值。在本实施例中，预设温度值可以为1～100摄氏度。
另外，温控设备220的第二侧壁上还可以设置出水口2212，出水口2212可以将水浴容器221内的水排回至水机222里。
上述化学反应观测系统，化学反应观测系统可以实现在线化学反应过程，并采用太赫兹光谱技术直接分析实时在线化学反应过程的观测结果，实现化学反应的气相化学反应过程的观测，从而提高检测分析结果的准确度。
如图4所示为一实施例提供的化学反应观测方法的流程示意图。在本实施例中，化学反应观测方法的执行主体可以为化学反应观测系统，该方法具体可以包括以下步骤：
步骤S1000、获取太赫兹信号、反应物和催化剂。
具体的，化学反应观测系统可以对接收到的射频信号进行混频放大，生成太赫兹信号，并且接收反应物和催化剂。可选的，反应物可以为惰性气体和参加化学反应的其它气体，还可以为挥发性有机液体；该挥发性有机液体可以为甲醇、乙醇等挥发性有机物。
步骤S2000、通过所述催化剂催化所述反应物发生化学反应，生成所述化学反应的中间物和产物。
具体的，化学反应观测系统可以打开氙灯，作用于催化剂，催化剂作用并催化反应物发生化学反应，生成化学反应的中间物和产物。
步骤S3000、将所述太赫兹信号透射通过化学反应空间，生成携带有太赫兹信号、反应物信息、中间物信息和产物信息的混合光谱信号。
需要说明的是，化学反应观测系统可以接收透射的太赫兹信号，太赫兹信号通过化学反应空间后，生成携带有太赫兹信号、反应物信息、中间物信息和产物信息的混合光谱信号。在化学反应观测系统内发生化学反应前，上述混合光谱信号可以为携带有太赫兹信号和反应物信息的光谱信号；在化学反应观测系统内发生化学反应过程中，上述混合光谱信号可以为携带有太赫兹信号和中间物信息的光谱信号；当然在化学反应观测系统内发生化学反应结束后，上述混合光谱信号可以为携带有太赫兹信号和产物信息的光谱信号。
其中，上述反应物光谱信息可以包括反应物的振动信息、转动信息、吸收光谱、折射率和消光系数等信息，以吸收峰的形式呈现；上述中间物光谱信息和产物光谱信息中包含的信息与反应物光谱信息类似，对此不再赘述。上述反应物、中间物和产物的成分可以体现在太赫兹光谱中。
步骤S4000、通过所述太赫兹信号和所述混合光谱信号，进行信息分离处理，获取物质光谱信息。
具体的，化学反应观测系统可以采集太赫兹信号中太赫兹光谱的吸收谱得到混合光谱信息，采集太赫兹信号中的太赫兹光谱信息，然后从混合光谱信息中分离出太赫兹光谱信息，物质光谱信息得到。上述混合光谱信息可以为混合光谱信号中的中频信号携带的光谱信息。上述物质光谱信息可以为反应物光谱信息，还可以为中间物光谱信息，当然，还可以为产物光谱信息。
步骤S5000、对所述物质光谱信息进行定性分析和定量分析，以确定所述反应物、所述中间物和所述产物的成分和含量。
具体的，不同的物质具有不同的吸收峰，也可以理解为吸收峰的位置不同。上述定性分析可以理解为通过确定吸收峰的位置，来判断混合光谱信号中包含的气体成分的过程。可选的，吸收峰可以理解为物质对太赫兹光谱的吸收产生的波峰；物质的浓度越大，吸收峰的强度越大。本实施例可以根据物质浓度与吸收峰强度之间的线性关系，采用机器学习和化学计量法进行建模，得到一个线性关系式，从而根据该线性关系式确定混合光谱信号中所包含的气体的浓度，该过程可以理解为定量分析过程。
上述化学反应观测方法可以获取太赫兹信号、反应物和催化剂，通过催化剂催化反应物发生化学反应，生成化学反应的中间物和产物，将太赫兹信号透射通过化学反应空间，生成携带有太赫兹信号、反应物信息、中间物信息和产物信息的混合光谱信号，通过太赫兹信号和混合光谱信号，进行信息分离处理，获取物质光谱信息，对物质光谱信息进行定性分析和定量分析，以确定反应物、中间物和产物的成分和含量；该方法可以避免将化学反应过程中的气体产物转移至分析仪进行分析，采用太赫兹光谱技术直接分析实时在线化学反应过程的观测结果，实现化学反应的气相化学反应过程的观测，从而提高检测分析结果的准确度。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (11)
1.一种化学反应观测系统，其特征在于，所述系统包括：
发射器，用于发射太赫兹信号；
反应腔，用于接收所述发射器发射的太赫兹信号，并且所述太赫兹信号通过所述反应腔后，生成携带有太赫兹信号、反应物信息、中间物信息和产物信息的混合光谱信号；
接收器，用于接收从所述反应腔透射出的所述太赫兹信号和混合光谱信号，并将所述太赫兹信号和所述混合光谱信号发送给处理设备；及
所述处理设备，用于接收所述太赫兹信号和所述混合光谱信号，通过所述太赫兹信号提取所述混合光谱信号中的物质光谱信息，对所述物质光谱信息进行定性分析和定量分析，以确定所述反应物、中间物和产物的成分和含量；其中，所述中间物表征所述化学反应过程中生成的物质，所述产物表征所述化学反应结束后生成的物质。
2.根据权利要求1所述的化学反应观测系统，其特征在于，所述反应腔包括：
反应容器，用于为所述反应物提供所述化学反应的空间；
温控设备，与所述反应容器相连，用于向所述反应容器提供相应的温度。
3.根据权利要求2所述的化学反应观测系统，其特征在于，所述反应容器包括：第一侧壁、与所述第一侧壁相连的底座和顶壁、气体输入单元、压力表以及反应催化单元；
所述第一侧壁上设置有太赫兹光窗，所述太赫兹光窗用于让所述太赫兹信号以及所述混合光谱信号透过；
所述气体输入单元，设置为管状结构，且设置于所述反应容器的第一侧壁上，用于接收所述化学反应的反应物；
所述压力表，与所述反应容器为分体式设计，用于实时检测所述反应容器内的压力值；
所述反应催化单元，设置于所述反应容器的所述底座和所述顶壁上，用于提供催化剂，以催化所述反应物发生所述化学反应。
4.根据权利要求3所述的化学反应观测系统，其特征在于，所述反应容器还包括：气体输出单元；
所述气体输出单元，设置为管状结构，且设置于所述反应容器的第一侧壁上，用于排出所述反应容器内生成的残留气体。
5.根据权利要求3所述的化学反应观测系统，其特征在于，所述反应催化单元包括：氙灯和催化剂放置架；
所述氙灯，设置于所述反应容器的所述顶壁上，作用于所述化学反应所需的催化剂上；
所述催化剂放置架，设置于所述反应容器的所述底座上，用于放置所述化学反应所需的催化剂。
6.根据权利要求3所述的化学反应观测系统，其特征在于，所述反应容器还包括：单向阀；
所述单向阀，设置于所述气体输入单元和所述气体输出单元上，用于控制所述反应物单向进入所述反应容器，以及控制所述残留气体单向输出所述反应容器。
7.根据权利要求3所述的化学反应观测系统，其特征在于，所述反应容器还包括：进样口；
所述进样口，设置于所述反应容器的所述第一侧壁上，用于向所述反应容器内注入所述反应物；所述反应物为挥发性有机液体。
8.根据权利要求3所述的化学反应观测系统，其特征在于，所述反应容器还包括：真空泵；
所述真空泵，设置于所述反应容器的所述第一侧壁上，用于在所述化学反应观测系统保持密封状态时，对所述反应容器抽气，让所述反应容器处于真空环境。
9.根据权利要求5所述的化学反应观测系统，其特征在于，所述温控设备包括：第二侧壁、水浴容器和水机；
所述水浴容器，与所述反应容器的所述底座相连，用于承载水的容器；
所述第二侧壁上设置有进水口，所述进水口用于让水注入所述水浴容器内；
所述水机，设置于所述第二侧壁上，用于控制所述水浴容器内的水在预设温度值。
10.根据权利要求9所述的化学反应观测系统，其特征在于，所述第二侧壁上还设置有出水口，所述出水口用于将所述水浴容器内的水排回至所述水机里。
11.一种化学反应观测方法，其特征在于，所述方法包括：
获取太赫兹信号、反应物和催化剂；
通过所述催化剂催化所述反应物发生化学反应，生成所述化学反应的中间物和产物；
将所述太赫兹信号透射通过化学反应空间，生成携带有太赫兹信号、反应物信息、中间物信息和产物信息的混合光谱信号；
通过所述太赫兹信号和所述混合光谱信号，进行信息分离处理，获取物质光谱信息；
对所述物质光谱信息进行定性分析和定量分析，以确定所述反应物、所述中间物和所述产物的成分和含量。
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