ITMI20060583A1 - Controllo in tempo reale basato sulla spettoscopia per chimica assistita da microonde - Google Patents

Controllo in tempo reale basato sulla spettoscopia per chimica assistita da microonde Download PDF

Info

Publication number
ITMI20060583A1
ITMI20060583A1 IT000583A ITMI20060583A ITMI20060583A1 IT MI20060583 A1 ITMI20060583 A1 IT MI20060583A1 IT 000583 A IT000583 A IT 000583A IT MI20060583 A ITMI20060583 A IT MI20060583A IT MI20060583 A1 ITMI20060583 A1 IT MI20060583A1
Authority
IT
Italy
Prior art keywords
sample
microwave
microwave energy
source
application
Prior art date
Application number
IT000583A
Other languages
English (en)
Inventor
Jr Michael John Collins
Sr Michael John Collins
Michael E Mcmanus
Original Assignee
Cem Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cem Corp filed Critical Cem Corp
Publication of ITMI20060583A1 publication Critical patent/ITMI20060583A1/it

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/80—Apparatus for specific applications
    • H05B6/806—Apparatus for specific applications for laboratory use
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/12—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electromagnetic waves
    • B01J19/122—Incoherent waves
    • B01J19/126—Microwaves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/65—Raman scattering
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/66—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light electrically excited, e.g. electroluminescence
    • G01N21/68—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light electrically excited, e.g. electroluminescence using high frequency electric fields
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/80—Apparatus for specific applications
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/12—Processes employing electromagnetic waves
    • B01J2219/1203—Incoherent waves
    • B01J2219/1206—Microwaves
    • B01J2219/1209—Features relating to the reactor or vessel
    • B01J2219/1212—Arrangements of the reactor or the reactors
    • B01J2219/1215—Single reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/12—Processes employing electromagnetic waves
    • B01J2219/1203—Incoherent waves
    • B01J2219/1206—Microwaves
    • B01J2219/1209—Features relating to the reactor or vessel
    • B01J2219/1221—Features relating to the reactor or vessel the reactor per se
    • B01J2219/1224—Form of the reactor
    • B01J2219/1227—Reactors comprising tubes with open ends
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/12—Processes employing electromagnetic waves
    • B01J2219/1203—Incoherent waves
    • B01J2219/1206—Microwaves
    • B01J2219/1209—Features relating to the reactor or vessel
    • B01J2219/1221—Features relating to the reactor or vessel the reactor per se
    • B01J2219/1224—Form of the reactor
    • B01J2219/123—Vessels in the form of a cup
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/12—Processes employing electromagnetic waves
    • B01J2219/1203—Incoherent waves
    • B01J2219/1206—Microwaves
    • B01J2219/1209—Features relating to the reactor or vessel
    • B01J2219/1221—Features relating to the reactor or vessel the reactor per se
    • B01J2219/1224—Form of the reactor
    • B01J2219/123—Vessels in the form of a cup
    • B01J2219/1233—Closure means, such as lids, caps, seals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/12—Processes employing electromagnetic waves
    • B01J2219/1203—Incoherent waves
    • B01J2219/1206—Microwaves
    • B01J2219/1209—Features relating to the reactor or vessel
    • B01J2219/1221—Features relating to the reactor or vessel the reactor per se
    • B01J2219/1224—Form of the reactor
    • B01J2219/123—Vessels in the form of a cup
    • B01J2219/1233—Closure means, such as lids, caps, seals
    • B01J2219/1236—Frames for holding the lid in place
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/12—Processes employing electromagnetic waves
    • B01J2219/1203—Incoherent waves
    • B01J2219/1206—Microwaves
    • B01J2219/1209—Features relating to the reactor or vessel
    • B01J2219/1221—Features relating to the reactor or vessel the reactor per se
    • B01J2219/1239—Means for feeding and evacuation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/12—Processes employing electromagnetic waves
    • B01J2219/1203—Incoherent waves
    • B01J2219/1206—Microwaves
    • B01J2219/1209—Features relating to the reactor or vessel
    • B01J2219/1221—Features relating to the reactor or vessel the reactor per se
    • B01J2219/1242—Materials of construction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/12—Processes employing electromagnetic waves
    • B01J2219/1203—Incoherent waves
    • B01J2219/1206—Microwaves
    • B01J2219/1209—Features relating to the reactor or vessel
    • B01J2219/1221—Features relating to the reactor or vessel the reactor per se
    • B01J2219/1242—Materials of construction
    • B01J2219/1245—Parts of the reactor being microwave absorbing, dielectric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/12—Processes employing electromagnetic waves
    • B01J2219/1203—Incoherent waves
    • B01J2219/1206—Microwaves
    • B01J2219/1248—Features relating to the microwave cavity
    • B01J2219/1251—Support for the reaction vessel
    • B01J2219/1254—Static supports
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/12—Processes employing electromagnetic waves
    • B01J2219/1203—Incoherent waves
    • B01J2219/1206—Microwaves
    • B01J2219/1248—Features relating to the microwave cavity
    • B01J2219/1251—Support for the reaction vessel
    • B01J2219/1263—Support for the reaction vessel in the form of a open housing or stand
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/12—Processes employing electromagnetic waves
    • B01J2219/1203—Incoherent waves
    • B01J2219/1206—Microwaves
    • B01J2219/1248—Features relating to the microwave cavity
    • B01J2219/1266—Microwave deflecting parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/12—Processes employing electromagnetic waves
    • B01J2219/1203—Incoherent waves
    • B01J2219/1206—Microwaves
    • B01J2219/1248—Features relating to the microwave cavity
    • B01J2219/1269—Microwave guides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/12—Processes employing electromagnetic waves
    • B01J2219/1203—Incoherent waves
    • B01J2219/1206—Microwaves
    • B01J2219/1248—Features relating to the microwave cavity
    • B01J2219/1272—Materials of construction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/12—Processes employing electromagnetic waves
    • B01J2219/1203—Incoherent waves
    • B01J2219/1206—Microwaves
    • B01J2219/1275—Controlling the microwave irradiation variables
    • B01J2219/1284—Intensity
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/12—Processes employing electromagnetic waves
    • B01J2219/1203—Incoherent waves
    • B01J2219/1206—Microwaves
    • B01J2219/1287—Features relating to the microwave source
    • B01J2219/129—Arrangements thereof
    • B01J2219/1293—Single source

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
  • Control Of High-Frequency Heating Circuits (AREA)
  • Constitution Of High-Frequency Heating (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Saccharide Compounds (AREA)

Description

Descrizione del brevetto per invenzione industriale avente per titolo:
"Controllo in tempo reale basato sulla spettroscopia per chimica assistita da microonde"
a nome: CEM Corporation
con sede: 3100 Smith Farm Road, P.O. Box 20
Matthews , NC 28106-0200 (U.S.A.)
di nazionalità statunitense ed elettivamente domiciliata presso i suoi mandatari: Dr. A. Santostetano, p.i. R. Monti, Ing. L. Parisi, Dr. E. Ferrari, Ing.
D. Filippini, a Milano, Via Dogana 1
(Ufficio Internazionale Brevetti Ing. C.Gregorj S.p.A.) depositata il Nr,
Mi 2006 A 00 05 03 Sfondo dell'invenzione
La presente invenzione si riferisce alla chimica assistita da microonde, e in particolare si riferisce alla misurazione e al controllo delle reazioni chimiche assistite da microonde in corso.
Come generalmente riconosciuto nelle arti chimiche, molte reazioni chimiche possono venire iniziate o accelerate aumentando la temperatura (ossia tramite riscaldamento) dei reagenti. Di conseguenza, l'effettuazione delle reazioni chimiche ad elevate temperature (ossia al di sopra di quella ambiente) fa
normalmente parte di molti processi chimici.
Il vantaggio di utilizzare l'energia delle microonde per elevare la temperatura di una reazione chimica è ben noto. Ad esempio, il brevetto US n.
6.753.517 di Jennings descrive uno strumento di sintesi chimica assistita da microonde che utilizza energia di microonde controllata.
Inoltre, recenti sviluppi hanno aumentato l'uso
dell'energia delle microonde per iniziare, accelerare
o mantenere le reazioni chimiche, oltre che per elevare la temperatura. In alcuni casi, le microonde
vengono applicate in modo utile mantenendo temperature di reazione moderate o anche fredde (ossia alla o
al di sotto della temperatura ambiente).
Il monitoraggio di vari parametri della chimica
assistita da microonde può essere utile nel controllo
dell'input dell'energia delle microonde. Ad esempio,
il brevetto US n. 5.972.711 di Barclay et al descrive
un metodo per processi chimici assistiti da microonde
che comprende il monitoraggio della temperatura di
una miscela di reagenti per mantenere i reagenti ad
una temperatura prestabilita o più o meno intorno ad
essa .
In un altro esempio, il brevetto US n. 6.227.041
On&T&perisi) n. Albfo S623M' di Collins et al descrive un metodo e un apparecchio ^ per misurare il contenuto volatile dei campioni. Il
metodo comprende il monitoraggio del peso e della temperatura del campione durante l'applicazione dell'energia delle microonde. Il metodo comprende inoltre la moderazione dell'applicazione della potenza
delle microonde in base alla temperatura misurata,
per impedire la bruciatura del campione.
Ancora in un altro esempio, il brevetto US n.
6.288.279 di Greene et al descrive un metodo per
l'uso di potenza a variazione continua nella chimica assistita da microonde. Il metodo comprende la misurazione e la moderazione del ciclo di funzionamento
della potenza delle microonde applicata in base ad un parametro misurato selezionato di un campione ad un
punto prestabilito di riferimento. I parametri di misurazione preferiti includono la temperatura e la pressione .
I suddetti strumenti e metodi sono esemplificativi per le proprie rispettive applicazioni. Inoltre,
tutti beneficiano di un meccanismo di controllo a retroazione. Il meccanismo di controllo a retroazione
si basa su almeno un parametro misurato, che può comprendere la temperatura, la pressione, il contenuto volatile, o il peso ad esempio. Questi parametri sono misurati utilizzando strumenti standard, ossia un pi¬
rometro ad infrarossi per misurare la temperatura e
un trasduttore di pressione per misurare la pressione .
I processi chimici vengono comunemente valutati
rispetto ai contaminanti e alla resa del prodotto. A
questo proposito, sono ben noti gli spettrometri per
valutare e monitorare i campioni chimici, i processi
o entrambi per questi ed altri criteri. In termini
generali, la spettroscopia è la fisica della teoria e
l'interpretazione delle interazioni tra l'oggetto e
la radiazione elettromagnetica. La radiazione elettromagnetica può essere considerata un flusso di energia detto quanti o fotoni. La quantità di energia
in ogni quanto determina la lunghezza d'onda della
radiazione .
Gli elettroni orbitanti negli atomi occupano tipicamente uno "stato fondamentale" o il livello di
energia minima. Gli atomi legati formano una molecola, generando un nuovo livello energetico di stato
fondamentale degli elettroni. In alcune condizioni,
un elettrone può acquisire energia che lo eleva ad un livello energetico superiore (vale a dire uno "stato
eccitato"). Gli elettroni negli atomi, i gruppi funzionali o le molecole possono cambiare il proprio li
(<lr>Wl%<C§fisi) n. Albi 852BM vello energetico solo quando quanti di radiazione di
stinti vengono assorbiti o emessi dalla molecola. La frequenza della radiazione assorbita o emessa è una funzione diretta della variazione di energia dell'elettrone. Pertanto, la spettroscopia è la misurazione degli spettri di assorbimento ed emissione.
Poiché le quantità di energia assorbite o emesse sono caratteristiche di particolari atomi, molecole e
gruppi funzionali, la spettroscopia è ampiamente usata per identificare e quantificare le composizioni chimiche .
In base alla lunghezza d'onda, alla tecnica o entrambe le cose, sono scientificamente utili molti tipi diversi di spettroscopia. Questi includono, sebbene non limitati in tal senso, la spettroscopia ad assorbimento di infrarossi (IR), spettroscopia a fluorescenza, ad ultravioletti/luce visibile (UV/VIS), e spettroscopia Raman.
La pubblicazione del brevetto US n. 2003/0116027
di Brulls descrive un metodo di monitoraggio di un processo di liofilizzazione utilizzando la spettroscopia. La pubblicazione di brevetto di Brulls descrive il fatto che una analisi spettroscopica in
tempo reale del processo di liofilizzazione può essere utilizzata per il controllo a retroazione del prò
cesso in base ai valori di misurazione estratti, qua-
li la temperatura e il contenuto di umidità.
La sintesi chimica assistita da microonde viene
comunemente effettuata in contenitori di reazione
chiusi. Ciò presenta un problema per quanto riguarda
la misurazione di alcuni parametri di reazione, ad
esempio la formazione di contaminanti attraverso reazioni secondarie, e la resa del prodotto. Attualmente, le tecniche assistite da microonde devono monitorare questi ed altri parametri utilizzando una tecnica invasiva o almeno un qualche contatto fisico con
il contenitore o i suoi contenuti (ad esempio un trasduttore di pressione). Vedi brevetto US n. 6.630.652
di Jennings ad esempio.
La spettroscopia è un metodo utile per monitorare
non invasivamente una reazione in corso. Il contenitore di reazione è tipicamente fatto di materiale trasparente alla microonde, quale quarzo o vetro. Alcuni metodi di spettroscopia tuttavia, quali la spettroscopia UV/VIS e IR sono impediti dal vetro poiché il vetro forma una barriera opaca a queste lunghezze d'onda. Pertanto, ove i contenitori di vetro siano desiderati o necessari, la spettroscopia UV e IR è meno allettante e potenzialmente inutile. La spettroscopia Raman è una alternativa allettante alle UV/VIE
e IR a questo proposito, poiché il vetro è sostan-
zialmente trasparente a molte delle frequenze comunemente usate per la spettroscopia Raman.
In breve la spettroscopia Raman misura le energie vibrazionali delle molecole in modo diverso dagli altri metodi spettroscopici. La spettroscopia Raman si basa sulla misurazione della diffusione inelastica, opposta alla elastica, dei fotoni delle molecole. La diffusione avviene a seguito di una collisione tra energia fotonica incidente proveniente da una sorgente energetica, quale un laser, e una molecola. La diffusione elastica dei fotoni avviene quando l'energia fotonica incidente eguaglia l'energia dei fotoni diffusi in ogni direzione dopo la collisione. In questo caso, i fotoni diffusi non forniscono informazioni sulla molecola.
Al contrario, la diffusione in elastica avviene quando i fotoni incidenti guadagnano o perdono energia a seguito della collisione con una molecola. In questo caso, i fotoni diffusi forniscono informazioni sulla molecola. Una profonda revisione della teoria e della pratica della spettroscopia Raman si trova in Handbook of Vibratìonal Spectroscopy (John Chalmers e Peter Grifiiths editori, 2001) e in Handbook of Raman Spectroscopy: From thè Research Laboratory to thè
un Parisi) o 852BM Process Line (Ian R. Lewis e Howell G. M. Edwards editori, 2001).
La spettroscopia Raman è stata utilizzata nelle tecniche assistite da microonde per un periodo limitato. Stellman et al., utilizza la spettroscopia Raman per monitorare la polimerizzazione tramite microonde di un epossido con reticolazione amminica in funzione del tempo. (Christopher M. Stellman et al.,
In Si tu Spectroscopic Study of Microwave Polymerization, Applied Spectroscopy, (49)3, 1995). In questo
studio, gli spettri Raman dell'epossido polimerizzato
tramite microonde vengono rilevati in modo continuo
in si tu su un periodo di polimerizzazione di 2.4 minuti. Gli spettri rilevati dopo questo frame temporale (vale a dire maggiore esposizione) vengono scartati in quanto il campione ha preso fuoco per accumulo
di calore in eccesso.
Più recentemente, Pivonka e Empfield hanno integrato una sonda Raman con un sintetizzatore di microonde commerciale in modo da fornire una retroazione spettrale in tempo reale dalle reazioni organiche per l'analisi in si tu in tempo reale della resa, dei meccanismi e della cinetica nelle reazioni assistite da microonde (Don E. Pivonka e James R. Empfield, Real-Time in si tu Raman Analysis of Microwave-assisted Or
ganic Reactions , Applied Spectroscopy, (58)1, 2004).
Il problema persistente alla luce di quanto riferito è la mancanza di uno strumento disponibile in
commercio e di un metodo per il controllo a retroazione in tempo reale e non invasivo della sintesi
chimica assistita da microonde. Logicamente un altro
problema che consegue è la mancanza di uno strumento
e metodo per l'auto-ottimizzazione della sintesi chimica assistita da microonde in base ad analisi spettrale non invasiva in tempo reale.
Sommario e obbiettivi dell'invenzione
L'invenzione è un apparecchio per la sintesi chimica assistita da microonde, che comprende una sorgente di radiazione di microonde per applicare energia di microonde ad un campione, una cavità per microonde in comunicazione d'onda con la sorgente per
contenere il campione durante l'applicazione
dell'energia di microonde, e una sorgente di radiazione sostanzialmente monocromatica in comunicazione
elettromagnetica con detta cavità per applicare luce
sostanzialmente monocromatica al campione, un rilevatore posizionato per rilevare la diffusione Raman
della luce proveniente da detta sorgente monocromatica dal campione, e un dispositivo di controllo in comunicazione di segnale con detta sorgente di energia
di microonde e detto rilevatore della diffusione Ra-
man per moderare l'applicazione dell'energia di microonde al campione in base alla diffusione Raman misurata .
L'invenzione è inoltre un metodo per la sintesi chimica assistita da microonde. Il metodo comprende l'applicazione di energia delle microonde a reagenti del campione, la propagazione di radiazione sostanzialmente monocromatica ai reagenti del campione, la misurazione della diffusione Raman della luce monocromatica dal campione, e la moderazione dell'applicazione dell'energia di microonde al campione in base alla diffusione Raman misurata.
Pertanto, un obbiettivo dell'invenzione consiste nel fornire uno strumento di sintesi chimica assistita da microonde che irradia un campione con radiazione elettromagnetica (ad esempio radiazione proveniente da una sorgente laser),e un rilevatore per rilevare almeno qualche radiazione dal campione.
Un ulteriore obbiettivo della presente invenzione consiste nel fornire uno strumento di sintesi chimica assistita da microonde che riceve e analizza i dati provenienti dal rilevatore di radiazioni e controlla l'applicazione dell'energia di microonde in base ai dati ricevuti.
Un ulteriore obbiettivo della presente invenzione
consiste nel fornire uno strumento di sintesi chimica
assistita da microonde che ottimizza le condizioni di
reazione in tempo reale (ad esempio l'applicazione di
energia di microonde) in base ai dati ricevuti e analizzati.
Un ulteriore obbiettivo della presente invenzione
consiste nel fornire un metodo di sintesi chimica assistita da microonde che ottimizza automaticamente le
condizioni di reazione in tempo reale tramite misurazione non invasiva dei fotoni diffusi con un rilevatore di radiazioni, e controlla l'ingresso di energia
di microonde in base alle misurazioni.
I suddetti ed altri obbiettivi e vantaggi
dell'invenzione e il modo in cui gli stessi vengono
realizzati diverranno chiari in base alla seguente
descrizione dettagliata presa in congiunzione con i
disegni allegati, in cui:
Breve descrizione dei disegni
La fig. 1 è una vista prospettica di un complesso
di strumento e contenitore secondo la presente invenzione .
La fig. 2 è una vista prospettica parziale del
contenitore di reazione per microonde e della cavità
per microonde della presente invenzione.
La fig. 3 è una vista prospettica che illustra un contenitore di reazione rappresentativo.
La fig. 4 è una vista prospettica dello strumento che illustra i componenti interni.
La fig. 5 è una vista prospettica dello strumento, che illustra ulteriormente i componenti interni.
La fig. 6 è una vista prospettica posteriore del complesso di strumento e contenitore secondo la presente invenzione.
Descrizione dettagliata
In una prima realizzazione, l'invenzione è uno strumento 10 (fig. 1) per effettuare la sintesi chimica assistita da microonde. Lo strumento 10 comprende un alloggiamento 11 dell'apparecchio a microonde e un alloggiamento 12 del rilevatore Raman, tipicamente fatti di materiale plastico o metallico robusto. Gli alloggiamenti 11, 12 proteggono i componenti interni descritti nella presente. Almeno uno degli alloggiamenti 11, 12 è ventilato con aperture a fessura 13 per facilitare il raffreddamento dei componenti interni. La fig. 1 mostra inoltre altre caratteristiche generali dello strumento 10, come un commutatore di potenza 14, una visualizzazione di status 15, e un contenitore di reazione 20 trasparente alle microonde. Il contenitore di reazione 20 è circondato da un
attenuatore 16 e può essere alimentato utilizzando un tubo di alimentazione 17. L'attenuatore 16 impedisce che l'energia delle microonde fuoriesca dal contenitore 20.
La fig. 2 è una vista prospettica parziale dell'alloggiamento 11 dell'apparecchio a microonde e dei vari componenti interni dentro di esso. In breve, la fig. 2 illustra una sorgente di microonde 25, una guida d'onda 26, una cavità 27 per microonde, un motore di agitazione 28, una ventola 30, il proprio alloggiamento accluso 31, e un trasduttore di pressione 33. Sono inoltre mostrati il contenitore di reazione 20, il tubo di alimentazione 17 e vari dispositivi elettronici 35 per controllare ad esempio il visualizzatore di status 15.
Sorgenti di microonde utili sono ben note ai medi esperti della tecnica e possono comprendere magnetroni, klystron, e dispositivo a stato solido. Nello strumento 10, le microonde viaggiano dalla sorgente 25 attraverso la guida d'onda 26 fino alla cavità 27 per microonde. Il campione nel contenitore di reazione 20 assorbe l'energia delle microonde quando l'energia entra nella cavità 27 per microonde. In questo modo, la cavità 27 per microonde è in comunicazione di microonde con la sorgente di microonde 25.
La guida d'onda 26 è costituita da un materiale che riflette le microonde verso l'interno e impedisce che fuoriescano in qualunque modo indesiderato. Tipicamente, tale materiale è un metallo adatto che, a parte la sua funzione di confinamento delle microonde, può essere scelto sulla base del costo, della resistenza, della lavorabilità, della resistenza alla corrosione, o qualunque altro criterio desiderato o adatto. Nelle realizzazioni preferite dell'invenzione, le porzioni di metallo della guida d'onda 26 e della cavità sono formate da acciaio inossidabile.
Come nel caso di altri tipi di chimica, può essere vantaggioso nella chimica organica assistita d microonde agitare e miscelare il campione nel contenitore di reazione 20. Ciò viene realizzato ad esempio utilizzando un motore 28 per azionare un agitatore magnetico, come descritto nella pubblicazione di brevetto US n. 2003/0170149 di Jennings.
La ventola 30 serve a raffreddare i dispositivi elettronici e le parti della sorgente di microonde 25 dello strumento 10, nonché ad agevolare l'azione di prevenzione dal surriscaldamento della cavità 27 per microonde in presenza di reazioni chimiche in corso. Oltre ad avere la capacità di raffreddare adeguatamente lo strumento e la cavità, la natura o scelta
della ventola può venire lasciata alla discrezione
del singolo esperto nella tecnica. In una realizzazione tipica, la ventola 30 è montata in un alloggiamento 31 per dirigere il flusso d'aria attraverso i dispositivi elettronici e la sorgente di microonde 25 in modo da raffreddarli più efficacemente.
La fig. 3 illustra un contenitore di reazione 20 esemplificativo per contenere il campione nella cavità 27 per microonde. Il contenitore di reazione 20 può essere un dispositivo di prova di forma tubolare, ma può essere anche una beuta dal fondo circolare o altro contenitore adatto. Si dovrebbe notare che il contenitore 20 mostrato in fig. 3 è illustrativo e non limita in alcun modo l'invenzione ad una forma specifica o ad un volume rispetto al contenitore 20. Il contenitore di reazione 20 è inoltre formato da un materiale trasparente alle microonde. Materiali trasparenti alle microonde adatti sono ben noti agli esperti medi della tecnica, e comprendono ad esempio vetro, quarzo, e vetro al borosilicato, quale PYREX®. Nelle realizzazioni preferite, il contenitore di reazione 20 ha un volume (a volte definito come "volume operativo") di almeno 0.25 millimetri circa, che è una dimensione vantaggiosa per esperimenti sul banco.
Come mostrato anch'esso in fig. 3, il contenitore
di reazione 20 può comprendere un raccordo 21 per il
tubo di alimentazione 17. Il raccordo 21 comprende inoltre mezzi di tenuta 22 (ad esempio guarnizioni circolari fatte di materiale chimicamente inerte) per impedire perdite di campione. Raccordi adeguati sono noti agli esperti medi della tecnica e comprendono ad esempio raccordi filettati, valvole, raccordi a connessione rapida e cravatte fermatubi.
La fig. 4 illustra le parti in comune con la fig. 2 ed altre parti interne dello strumento 10. Dispositivi di fissaggio 29 tengono la porzione superiore dell'alloggiamento 11 dello strumento in posizione. Sono anche illustrate la cavità 27 per microonde, le aperture a fessura 13, e un commutatore di potenza 14. Inoltre, un alloggiamento 39 del dispositivo Raman racchiude una sorgente di radiazione 40 sostanzialmente monocromatica. La sorgente 40 è in comunicazione elettromagnetica con la cavità 27 per microonde per applicare luce sostanziale monocromatica al campione. In una realizzazione preferita, la sorgente 40 di radiazione monocromatica è un laser. Ulteriorimente racchiuso dall'alloggiamento 39 del dispositivo Raman vi è un rilevatore Raman 50 posizionato per rilevare la diffusione Raman della luce proveniente dalla sorgente 40 monocromatica dal campione. Il ri
levatore Raman può essere ad esempio un tubo fotomol¬
tiplicatore o un dispositivo ad accoppiamento di carica (CCD).
La fig. 4 illustra inoltre vari cavi 36 e connettori elettrici 37. Rispetto allo strumento e al metodo dell'invenzione, i cavi 36 e i connettori elettrici 37 sono noti agli esperti medi della tecnica per il funzionamento di routine dello strumento 10 e non vengono discussi più dettagliatamente nella presente.
La strumento 10 è controllato da un dispositivo di controllo (non mostrato) in comunicazione di segnale con la sorgente 25 di energia di microonde e il rilevatore Raman 50 per moderare l'applicazione dell'energia di microonde al campione in base alla diffusione Raman rilevata. Ad esempio, il dispositivo di controllo è un microprocessore in comunicazione elettronica con la sorgente 25 di energia di microonde e il rilevatore Raman 50. Preferibilmente, il microprocessore controlla che la sorgente 25 di energia di microonde applichi energia di microonde ad impulsi. In questo modo, l'applicazione ad impulsi dell'energia di microonde evita il surriscaldamento del campione.
I microprocessori sono ben noti in questa ed altre tecniche per controllare molti tipi di dispositi
vi elettronici e meccanici. I recenti passi avanti
nell'applicazione della fisica dei semiconduttori e nel trattamento del silicio a questi dispositivi consentono microprocessori più piccoli e più potenti per controllare macchinari e processi complicati. La discussione comprende, sebbene non limitata in tal senso, Dorf, The Electrical Engineering Handbook, seconda edizione (1997), CRC Press LCC; e Wolf, S., Silicon Processing for thè VLSI Era, (1990), Lattice Press .
In riferimento allo strumento e al metodo dell'invenzione presente, il microprocessore può far girare un programma che definisce i parametri prestabiliti o risponde all'input dell'operatore in tempo reale. Ad esempio, lo strumento e il metodo della presente invenzione possono essere utili come dispositivo di controllo di qualità per misurare le caratteristiche di un campione in base ai parametri definiti da un programma per computer. Le deviazioni dai parametri prestabiliti spingono il microprocessore a moderare l'input dell'energia di microonde per portare il campione nelle specifiche. In alternativa, un operatore può effettuare modifiche in tempo reale "al volo" all'applicazione dell'energia di microonde in base alla diffusione Raman rilevata.
Il microprocessore può inoltre moderare
l'applicazione dell'energia di microonde rispetto al
trasduttore di pressione 33 (vedi fig. 2). In riferimento alle figg. 2 e 4, il trasduttore di pressione
33 è in comunicazione di pressione con il campione
nel contenitore di reazione 20 e in comunicazione elettronica con il dispositivo di controllo per moderare l'applicazione delle microonde in base alla
pressione nel contenitore di reazione 20 esercitata
dal campione.
In un'altra realizzazione lo strumento 10 è uno
strumento di sintesi chimica assistita da microonde
comprendente una sorgente 25 di microonde, mezzi per
il controllo dell'applicazione dell'energia di microonde proveniente dalla sorgente 25 di microonde, un
contenitore 20 trasparente alle microonde per contenere un campione in comunicazione d'onda con la sorgente 25 di microonde, una sorgente 40 di energia laser attorno al contenitore 20 per applicare radiazioni luminose amplificate al campione, e un rilevatore
50 posizionato attorno al contenitore 20 per rilevare
la diffusione Raman della luce proveniente dalla sorgente 40 di energia laser dal campione.
I mezzi per il controllo dell'applicazione di energia delle microonde includono un microprocessore
(non mostrato) in comunicazione elettronica con la
sorgente 25 di microonde e il rilevatore Raman 50 per ricevere e analizzare i dati provenienti dal rilevatore Raman 50 e controllare simultaneamente la sorgente 25 di microonde. Pertanto, l'input di energia delle microonde al campione è controllato e ottimizzato in modo controllato a retroazione.
La sorgente 40 di energia laser può generare luce ultravioletta (UV), luce visibile (VIS), luce infrarossa (IR), o luce infrarossa vicina (NIR). Gli esperti medi della tecnica comprenderanno che la luce UV si riferisce alla gamma di lunghezze d'onda della luce compresa tra 200 nanometri (nm) e 400 nm, la luce VIS si riferisce alla gamma di lunghezze d'onda compresa tra circa 380 nm e 780 nm, e la luce IR si riferisce alla gamma di lunghezze d'onda compresa tra circa 0.75 micrometri (μπι) e 1000 pm. NIR si riferisce allo spettro IR più vicino alla luce VIS (ad esempio circa 785 nm). In una realizzazione preferita, la sorgente 40 di energia laser è un diodo laser che genera luce NIR ad una lunghezza d'onda di circa 785 nanometri. La sorgente 40 di energia laser può anche essere in comunicazione elettronica con il microprocessore.
Lo strumento 10 può inoltre comprendere un senso
re di temperatura (schematicamente illustrato al
in fig. 2) attorno al contenitore di reazione 20 per misurare la temperatura del campione. In una realizzazione tipica, il sensore di temperatura 32 viene scelto dal gruppo formato da rilevatori ad ultrarossi, rilevatori ad ultravioletti, e sensori a fibre ottiche. Preferibilmente, il sensore di temperatura 32 è in comunicazione elettronica con il microprocessore. Di conseguenza, il microprocessore controlla l'applicazione delle microonde dalla sorgente 25 di microonde in base alla temperatura misurata.
La fig. 5 illustra lo strumento in modo simile alla fig. 4, ma con la cavità per microonde rimossa per mostrare il contenitore di reazione 20, un tubo ottico 42, e uno stub RF 46. Lo stub RF 46 impedisce all'energia delle microonde di lasciare la cavità 27 per microonde (vedi fig. 4), in modo simile al suddetto attenuatore 16. La fig. 5 illustra inoltre un supporto 41 per riflettore per sostenere un riflettore (non mostrato), mezzi di regolazione 43 per focalizzare il laser sul campione attraverso il tubo ottico 42, un motore di azionamento 44 per regolare un supporto 47 del contenitore di reazione perché alloggi contenitori di varie dimensioni nella cavità 27 per microonde, e una scheda di circuito 45 per con
trollare elettronicamente il motore di azionamento
44.
Tipicamente, la sorgente laser 40, il riflettore (non mostrato), il supporto 41 del riflettore, il tubo ottico 42, il reticolo (non mostrato), e il rilevatore Raman 50 sono ottenuti come unità autonoma, come lo spettrometro Raman Advantage NIR fornito dalla DeltaNu® di Laramie, Wyoming, USA. In generale, il reticolo è inteso dai medi esperti della tecnica come uno spettroscopio che impiega un reticolo di trasmissione o ricezione per diffondere la luce. Inoltre, il reticolo ha solitamente una fenditura e mezzi di focalizzazione (quale un riflettore di reticolo) per focalizzare la luce dispersa dal reticolo in linee spettrali. In una realizzazione preferita, la luce viene focalizzata su un rilevatore CCD.
La fig. 6 è una vista prospettica posteriore degli alloggiamenti 11, 12 dello strumento, che illustra alcuni elementi aggiuntivi. La fig. 6 illustra la ventola di raffreddamento 30, il commutatore di potenza 14, e un connettore 34 per il trasduttore di pressione 33 precedentemente descritto. La fig. 6 illustra inoltre un ingresso 66 del cavo di alimentazione e connessioni per i dispositivi periferici, in modo da avvantaggiarsi della piena capacità dello
strumento. Nelle realizzazioni preferite ad esempio, lo strumento comprende una porta parallela 67, una porta seriale 68 e una porta 69 di bus seriale universale (USB) per ricevere l'input da o fornire input a gli altri dispositivi elettronici, in particolare i dispositivi basati su microprocessore, quali personal computer, assistenti personali digitali o altri dispositivi adeguati.
In un altro aspetto, l'invenzione è un metodo per la sintesi chimica assistita da microonde che comprende l'applicazione di energia di microonde a reagenti del campione, la propagazione di radiazione sostanzialmente monocromatica ai reagenti del campione, la misurazione della diffusione Raman della luce monocromatica dal campione, e la moderazione dell'applicazione dell'energia di microonde al campione in base alla diffusione Raman misurata. In una realizzazione preferita, le fasi di applicazione, propagazione, misurazione, e moderazione sono controllate simultaneamente tramite un microprocessore.
In via esemplificativa e in riferimento allo strumento dell'invenzione, il metodo comprende la misurazione e l'analisi della fotodiffusione Raman dal campione prima, durante, e dopo l'applicazione dell'energia di microonde al campione. Un impulso di
energia laser proveniente dalla sorgente laser si
proietta sul riflettore, attraverso il tubo ottico e nel campione. La successiva fotodiffusione Raman viene raccolta attraverso il tubo ottico, sul reticolo e in un rilevatore CCD. I dati originali provenienti dal rilevatore vengono letti dal microprocessore. L'input di energia di microonde viene modificato in base alla retroazione in tempo reale dal campione e rispetto ai parametri di programma del microprocessore. Il microprocessore contiene inoltre le informazioni misurate (ossia i dati) in formato elettronico. In questo modo, le condizioni di reazione vengono ottimizzate in base ai dati in tempo reale provenienti dal rilevatore Raman.
I parametri di programma del microprocessore comprendono, pur non essendo limitati in tal senso, il monitoraggio e la moderazione della temperatura, del tempo di reazione, della pressione, dell'esaurimento dei reagenti del campione, della percentuale dei reagenti del campione convertiti in prodotto, e della formazione di sottoprodotti indesiderati. Pertanto, la fase di moderazione dell'applicazione di energia di microonde al campione prende in considerazione anche le misurazioni in tempo reale dei parametri indicati per ottimizzare automaticamente le condizioni di
reazione rispetto ai suddetti parametri in modo da raggiungere un risultato desiderato.
Il monitoraggio della temperatura dei reagenti del campione può venire effettuato utilizzando un sensore di temperatura scelto dal gruppo formato da rilevatori ad infrarossi, rilevatori ad ultravioletti e sensori a fibre ottiche. Di conseguenza, la moderazione dell'input di energia delle microonde si può basare sulla temperatura monitorata.
Rispetto allo strumento dell'invenzione, la fase di applicazione dell'energia di microonde ai reagenti del campione comprende l'applicazione di energia di microonde ai reagenti del campione in un contenitore di reazione trasparente alle microonde. Inoltre, l'applicazione dell'energia di microonde può essere fatta ad impulsi di lunghezza variabile nel tempo a seconda del volume del campione. Pertanto il surriscaldamento del campione viene evitato. Il surriscaldamento del campione può venire evitato inoltre raffreddando attivamente il campione (ossia raffreddando il campione con l'utilizzo della suddetta ventola).
La fase di propagazione di radiazione sostanzialmente monocromatica ai reagenti del campione comprende la propagazione di luce laser al campione. In una realizzazione preferita, la lunghezza d'onda della
( Parisi)
nm. Alb 2BM luce laser è di circa 785 nanometri.
Per ottenere i dati migliori possibili dal campione, il metodo dell'invenzione prevede inoltre la
focalizzazione del laser sul campione. La fase di focalizzazione può venire realizzata manualmente o automaticamente. La distanza del fuoco viene calibrata
con un riferimento standard, tipicamente cicloesano.
Altri riferimenti standard sono noti agli esperti medi della tecnica. I risultati migliori si ottengono
quando il punto focale è leggermente dentro la parete
del contenitore di reazione.
La misurazione della diffusione Raman della luce monocromatica dal campione si ottiene raccogliendo e analizzando la luce diffusa dal campione con l'aiuto
del rilevatore e del microprocessore. Come citato in precedenza, il rilevatore può essere un tubo fotomoltiplicatore o un CCD.
L'irradiazione intensiva di luce può provocare fluorescenza superiore al segnale Raman. Pertanto, l'analisi della luce diffusa dal campione può comprendere la sottrazione delle informazioni di fluorescenza. In alcuni casi, i dati di fluorescenza contengono informazioni chimiche utili (ad esempio minerali) . In altri casi ove le informazioni sulla fluorescenza sono inutili o interferiscono con i dati Ra
man, il microprocessore può essere programmato per sottrarre le informazioni sulla fluorescenza.
Il microprocessore rivede le misurazioni della diffusione Raman almeno una volta al secondo per generare uno spettrogramma. Tipicamente, lo spettrogramma è memorizzato in un formato elettronico nella memoria associata con il microprocessore e viene visualizzato su un dispositivo periferico, quale il monitor di un computer. Gli spettrogrammi sono calcolati e generati dal processore utilizzando la geometria euclidea, nello specifico una formula di curva interpolante non lineare. Brevemente, la formula di curva interpolante non lineare misura la variazione in corrispondenza di ogni punto sugli assi X e Y. Per una discussione approfondita dei principi euclidei, il lettore si rimanda ad un testo adeguato sul soggetto di Posamentier (Alfred S. Posamentier, Advanced Euclidean Geometry: Excursions for Secondary Teachers and Students, 2005, Key Curriculum Press). La tecnica è tuttavia ben compresa dagli esperti medi dell'arte.
Come menzionato in precedenza, il metodo dell'invenzione provvede alle modifiche in tempo reale dell'input di energia delle microonde rispetto ai parametri di programma del microprocessore. Questo include l'aggiunta di liquidi o solidi come richiesto prima, durante e dopo il metodo. In via esemplifica-
tiva e non limitante, il metodo può inoltre includere l'aggiunta di un reagente accoppiante al campione in modo da facilitare la conversione dei reagenti del campione in prodotti. Un altro esempio comprende l'aggiunta di un reagente catalizzatore al campione per accelerare la velocità di reazione. Rispetto allo strumento dell'invenzione, l'aggiunta di liquidi o solidi viene realizzata utilizzando il suddetto tubo di alimentazione.
Gli esperti medi della tecnica comprenderanno che, rispetto allo strumento dell'invenzione, il metodo consente la sottrazione dello spettro di base immediatamente prima o dopo l'aggiunta dei liquidi o solidi. In questo modo qualunque effetto provocato dall'aggiunta di liquidi o solidi può venire misurato da una base "di azzeramento". Inoltre, lo strumento e il metodo della presente invenzione possono essere combinati utilmente e con successo con altri sistemi e tecniche vantaggiosi nella chimica assistita da microonde. Questi possono comprendere, sebbene non limitati in tal senso, sistemi e tecniche a flusso continuo quali quelli esposti nel brevetto US di proprietà congiunta n. 6.867.400; e sistemi e tecniche per la sintesi (o altre reazioni) che utilizzano ma
teriali di partenza eterogenei o molto viscosi, come
lo strumento e il metodo esposti nella pubblicazione di brevetto US concessa in modo congiunto n.
2005/0045625A1.
Nella descrizione e nei disegni sono state descritte le realizzazioni preferite dell'invenzione. I termini specifici sono stati usati solo in senso generico e descrittivo e non a scopo limitativo. L'ambito dell'invenzione è definito nelle rivendicazioni seguenti.

Claims (33)

Rivendicazioni
1. Apparecchio per la sintesi chimica assistita da microonde, comprendente: una sorgente di radiazione di microonde per applicare energia di microonde ad un campione; una cavità per microonde in comunicazione d'onda con detta sorgente per contenere il campione durante l'applicazione dell'energia di microonde; una sorgente di radiazione sostanzialmente monocromatica in comunicazione elettromagnetica con detta cavità per applicare luce sostanzialmente monocromatica al campione; un rilevatore posizionato per rilevare la diffusione Raman della luce proveniente da detta sorgente monocromatica dal campione; e un dispositivo di controllo in comunicazione di segnale con detta sorgente di energia delle microonde e detto rilevatore della diffusione Raman per moderare l'applicazione di energia delle microonde al campione in base alla diffusione Raman rilevata.
2. Apparecchio secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre una guida d'onda tra detta sorgente e detta cavità.
3. Apparecchio secondo la rivendicazione 1, in cui detto rilevatore è un dispositivo ad accoppiamen to di carica.
Apparecchio secondo la rivendicazione 1, in CUI detta sorgente comprende un laser per applicare radiazione luminosa amplificata nel campione; e detto dispositivo di controllo comprende un microprocessore in comunicazione elettronica con detta sorgente di microonde e detto rilevatore per ricevere e analizzare i dati provenienti da detto rilevatore e controllare simultaneamente detta sorgente di microonde in modo controllato a retroazione così da ottimizzare 1'input di energia delle microonde al campione detto apparecchio comprendendo inoltre un contenitore trasparente alle microonde per tenere un campione in comunicazione d'onda con detta sorgente laser.
5. Apparecchio secondo la rivendicazione 4, in cui detto microprocessore controlla detta sorgente di radiazione di microonde per applicare energia di microonde ad impulsi.
6. Apparecchio secondo la rivendicazione 4, in cui detto contenitore trasparente alle microonde comprende inoltre un raccordo per il montaggio a chiusura su una apertura in detto contenitore, detto rac cordo avendo almeno un tubo di alimentazione attacca
to su di esso per aggiungere liquidi o solidi a detto campione.
7. Apparecchio secondo la rivendicazione 4, comprendente inoltre un trasduttore di pressione in comunicazione di pressione con detto campione in detto contenitore e in comunicazione elettronica con detto dispositivo di controllo per moderare l'applicazione delle microonde in base alla pressione nel contenitore esercitata dal campione.
8. Apparecchio secondo la rivendicazione 4, in cui detta sorgente di energia laser genera luce dal gruppo formato da luce ultravioletta, luce visibile, luce infrarossa, e luce infrarossa vicina.
9. Apparecchio secondo la rivendicazione 4, in cui detta sorgente di energia laser è in comunicazione elettronica con detto microprocessore.
10. Apparecchio secondo la rivendicazione 4, comprendente inoltre un sensore di temperatura attorno a detto contenitore trasparente alle microonde, per misurare la temperatura del campione.
11. Apparecchio secondo la rivendicazione 10, in cui detto sensore di temperatura è in comunicazione elettronica con detto microprocessore.
12. Apparecchio secondo la rivendicazione 11, in cui detto microprocessore controlla l'applicazione di
microonde da detta sorgente di microonde in base alla temperatura misurata.
13. Apparecchio secondo una qualunque rivendicazione 1 e 4, in cui detta sorgente di microonde viene scelta dal gruppo formato da magnetron!, klystron, e dispositivi a stato solido.
14. Apparecchio secondo la rivendicazione 4, in cui detto contenitore trasparente alle microonde viene scelto dal gruppo formato da vetro, quarzo, e vetro al borosilicato.
15. Apparecchio secondo una qualunque rivendicazione 1 e 4, in cui detto rilevatore è un tubo foto moltiplicatore .
16. Metodo di sintesi chimica assistita da microonde, comprendente: applicazione di energia di microonde ai reagenti del campione; propagazione di radiazione sostanzialmente monocromatica ai reagenti del campione,-misurazione della diffusione Raman della luce monocromatica dal campione; e moderazione dell'applicazione dell'energia di microonde al campione in base alla diffusione Raman misurata.
17. Metodo secondo la rivendicazione 16, in cui
la fase di moderazione dell'applicazione dell'energia di microonde comprende la moderazione dell'applicazione delle microonde in base alla temperatura monitorata.
18. Metodo secondo la rivendicazione 16, in cui la fase di applicazione dell'energia di microonde comprende inoltre l'applicazione di energia di microonde ad impulsi per lunghezze di tempo variabili a seconda del volume del campione.
19. Metodo secondo la rivendicazione 16, in cui la fase di propagazione di luce sostanzialmente monocromatica comprende la propagazione di luce laser al campione .
20. Metodo secondo la rivendicazione 16, comprendente il raffreddamento attivo del campione.
21. Metodo secondo la rivendicazione 16, in cui la fase di misurazione della diffusione Raman comprende inoltre la memorizzazione delle informazioni misurate in formato elettronico.
22. Metodo secondo la rivendicazione 16, in cui la fase di misurazione della diffusione Raman comprende inoltre la correzione delle misurazioni della diffusione sottraendo le informazioni sulla fluorescenza. 36
23. Metodo secondo la rivendicazione 16, in cui la fase di misurazione della diffusione Raman comprende inoltre la revisione delle misurazioni almeno una volta al secondo.
24. Metodo secondo la rivendicazione 16, in cui la fase di misurazione della diffusione Raman comprende inoltre l'effettuazione di calcoli euclidei per generare uno spettrogramma.
25. Metodo secondo la rivendicazione 16, in cui la fase di applicazione dell'energia di microonde al campione comprende inoltre la fase di monitoraggio della pressione nel contenitore di reazione.
26. Metodo secondo la rivendicazione 16, in cui la fase di propagazione della radiazione sostanzialmente monocromatica comprende la focalizzazione di energia laser sul campione.
27. Metodo secondo la rivendicazione 26, in cui la fase di focalizzazione viene calibrata utilizzando un riferimento standard.
28. Metodo secondo la rivendicazione 27, comprendente la focalizzazione utilizzando cicloesano come riferimento standard.
29. Metodo secondo la rivendicazione 16, in cui la fase di moderazione dell'applicazione dell'energia di microonde comprende inoltre la moderazione dell'input dell'energia di microonde sulla diffusione
Raman misurata, che indica l'esaurimento dei reagenti del campione.
30. Metodo secondo la rivendicazione 16, in cui la fase di moderazione dell'applicazione dell'energia di microonde comprende inoltre la moderazione dell'input dell'energia di microonde sulla diffusione Raman misurata, che indica una percentuale desiderata di reagenti del campione convertiti in prodotti.
31. Metodo secondo la rivendicazione 16, in cui la fase di moderazione dell'applicazione dell'energia di microonde comprende inoltre la moderazione dell'input dell'energia di microonde sulla diffusione Raman misurata, che indica la formazione di sottoprodotti indesiderati.
32. Metodo secondo la rivendicazione 16, in cui la fase di moderazione dell'applicazione dell'energia di microonde comprende inoltre la moderazione dell'input dell'energia di microonde ad un tempo ticolare .
33. Metodo secondo la rivendicazione 16, in la fase di moderazione dell'applicazione dell'ene
di microonde comprende inoltre la moderazione dell'input dell'energìa di microonde ad una pressione particolare .
IT000583A 2005-04-01 2006-03-28 Controllo in tempo reale basato sulla spettoscopia per chimica assistita da microonde ITMI20060583A1 (it)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/097,859 US7141769B2 (en) 2005-04-01 2005-04-01 Spectroscopy-based real-time control for microwave-assisted chemistry

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ITMI20060583A1 true ITMI20060583A1 (it) 2006-10-02

Family

ID=36425024

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
IT000583A ITMI20060583A1 (it) 2005-04-01 2006-03-28 Controllo in tempo reale basato sulla spettoscopia per chimica assistita da microonde

Country Status (7)

Country Link
US (1) US7141769B2 (it)
JP (1) JP2006281208A (it)
CA (1) CA2541485A1 (it)
DE (1) DE102006015092A1 (it)
FR (1) FR2883771B1 (it)
GB (1) GB2424705B (it)
IT (1) ITMI20060583A1 (it)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7728295B2 (en) * 2005-09-29 2010-06-01 The Trustees Of Princeton University Method and apparatus for detecting surface and subsurface properties of materials
US7560869B2 (en) * 2005-09-29 2009-07-14 The Trustees Of Princeton University Method and apparatus for remotely monitoring properties of gases and plasmas
WO2008092129A2 (en) * 2007-01-25 2008-07-31 The Trustees Of Princeton University Method and apparatus for detecting surface and subsurface properties of materials
US8487017B2 (en) 2011-06-27 2013-07-16 Covidien Lp Biodegradable materials for orthopedic devices based on polymer stereocomplexes
CN103816850A (zh) * 2014-01-16 2014-05-28 南昌大学 一种单位质量反应物微波输出能量可控的裂解方法和装置
US10866189B2 (en) 2015-11-24 2020-12-15 Hitachi, Ltd. Optical measurement apparatus and optical measurement method
CN105843287B (zh) * 2016-03-22 2018-09-07 中国科学院上海高等研究院 微波热解生物质实时全景温度监测调控系统及方法
GB201810010D0 (en) * 2018-06-19 2018-08-01 Imperial Innovations Ltd Single particle automated raman trapping analysis
DE102018115827A1 (de) * 2018-06-29 2020-01-02 Gerlach Maschinenbau Gmbh Vorrichtung zum Vernetzen mit geregelten Mikrowellen
US20200260539A1 (en) * 2019-02-12 2020-08-13 Scp Science System and method for microwave digestion of a sample

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3020645A (en) 1959-01-26 1962-02-13 Raytheon Co Method and apparatus for control of freeze drying
JPS5655842A (en) * 1979-10-12 1981-05-16 Japan Spectroscopic Co Monitoring device for concentrating of mixed acid by laser raman spectroscopy
US4507531A (en) * 1981-10-30 1985-03-26 Raytheon Company Regulated microwave oven and method, using uniformly spaced, integral cycle control
JPH0698302B2 (ja) * 1987-04-20 1994-12-07 三菱重工業株式会社 マイクロ波による低分子物質の生成方法
CA2233623C (en) 1995-10-03 2006-08-29 David A. Barclay Microwave assisted chemical processes
US6084226A (en) 1998-04-21 2000-07-04 Cem Corporation Use of continuously variable power in microwave assisted chemistry
US6242723B1 (en) * 1998-07-30 2001-06-05 Milestone S.R.L. Apparatus for performing chemical and physical processes without sample transfer within a microwave radiation field
US6227041B1 (en) 1998-09-17 2001-05-08 Cem Corporation Method and apparatus for measuring volatile content
SE9900030D0 (sv) * 1999-01-05 1999-01-05 Astra Ab Reaction monitoring
US6529276B1 (en) * 1999-04-06 2003-03-04 University Of South Carolina Optical computational system
SE0001453D0 (sv) 2000-04-19 2000-04-19 Astrazeneca Ab Method of monitoring a freeze drying process
US6753517B2 (en) 2001-01-31 2004-06-22 Cem Corporation Microwave-assisted chemical synthesis instrument with fixed tuning
US6886408B2 (en) 2001-01-31 2005-05-03 Cem Corporation Pressure measurement in microwave-assisted chemical synthesis
TW200302830A (en) * 2002-01-11 2003-08-16 Chugai Pharmaceutical Co Ltd Anhydrate/hydrate of an erythromycin derivative and processes for preparing said anhydrate/hydrate
US7282184B2 (en) * 2002-04-19 2007-10-16 Cem Corporation Microwave assisted chemical synthesis instrument with controlled pressure release
US6858436B2 (en) * 2002-04-30 2005-02-22 Motorola, Inc. Near-field transform spectroscopy
US6867400B2 (en) * 2002-07-31 2005-03-15 Cem Corporation Method and apparatus for continuous flow microwave-assisted chemistry techniques
US6989519B2 (en) 2003-09-02 2006-01-24 Cem Corporation Controlled flow instrument for microwave assisted chemistry with high viscosity liquids and heterogeneous mixtures
US7403281B2 (en) * 2004-05-07 2008-07-22 University Of Wyoming Raman spectrometer

Also Published As

Publication number Publication date
FR2883771B1 (fr) 2011-06-10
GB2424705B (en) 2009-04-22
GB2424705A (en) 2006-10-04
JP2006281208A (ja) 2006-10-19
US7141769B2 (en) 2006-11-28
GB0606538D0 (en) 2006-05-10
FR2883771A1 (fr) 2006-10-06
US20060219710A1 (en) 2006-10-05
CA2541485A1 (en) 2006-10-01
DE102006015092A1 (de) 2006-10-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ITMI20060583A1 (it) Controllo in tempo reale basato sulla spettoscopia per chimica assistita da microonde
US7595882B1 (en) Hollow-core waveguide-based raman systems and methods
EP2952881B1 (en) Spectrum measuring device, spectrum measuring method, and specimen container
CN104568897B (zh) 基于腔外谐振腔技术的拉曼光谱增强装置、系统及方法
JP2005351907A (ja) レーザ誘導放射分光器を用いたグルコース監視装置および方法
CN107664616A (zh) 光谱测量设备
JP2009505108A (ja) マイクロ波アシスト化学反応中のリアルタイム画像化およびスペクトロスコピー
KR20010033480A (ko) 샘플링 장치
JP5473919B2 (ja) 光子密度波型の分光計
US8879061B2 (en) Analysis apparatus and analysis method
NL7905080A (nl) Monsterinvoerstelsel voor vlamloze emissiespectros- copie.
JP3895317B2 (ja) 分光光度計用試料保持体および分光光度計
EP3746755B1 (en) A method for calibrating an integrating cavity
CN111867730B (zh) 在积分腔内使用的样品容器和工具
JP2022527633A (ja) 産業生産ラインで品質管理を操作するための装置、対応する方法及びコンピュータプログラム製品
JP4052398B2 (ja) 多重計測型分析装置
EP2320211B1 (en) Spectrometer
US7808620B2 (en) Microchip testing device
JP2004177278A (ja) 小型反応分析装置
Walsh et al. Cavity enhanced plasma self-absorption spectroscopy
KR950009950A (ko) 반도체 제조장치 및 반도체 제조방법
Song et al. Optically pumped and matrix‐assisted anti‐Stokes Raman spectroscopy
CN106645080A (zh) 基于激光倍频及双空芯光纤的拉曼光谱液体探测方法
Zhao et al. Direct measurement of acoustic-phonon scattering of hot quantum-well excitons
Amari et al. Real-time monitoring of the oligomerization reaction of bis (hydroxyethyl terephthalate) by near-infrared spectroscopy and chemometrics