JP2020146681A - 比例的剛性ライナーを備える圧力放出容器、及び関連するマイクロ波化学反応法 - Google Patents
比例的剛性ライナーを備える圧力放出容器、及び関連するマイクロ波化学反応法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020146681A JP2020146681A JP2020042832A JP2020042832A JP2020146681A JP 2020146681 A JP2020146681 A JP 2020146681A JP 2020042832 A JP2020042832 A JP 2020042832A JP 2020042832 A JP2020042832 A JP 2020042832A JP 2020146681 A JP2020146681 A JP 2020146681A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cylindrical
- reaction vessel
- liner
- cylinder
- cap
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- 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
- B01J3/00—Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
- B01J3/04—Pressure vessels, e.g. autoclaves
- B01J3/042—Pressure vessels, e.g. autoclaves in the form of a tube
-
- 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
-
- 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
- B01J3/00—Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
- B01J3/03—Pressure vessels, or vacuum vessels, having closure members or seals specially adapted therefor
-
- 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
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/02—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties
- B01J2219/0204—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties comprising coatings on the surfaces in direct contact with the reactive components
- B01J2219/0209—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties comprising coatings on the surfaces in direct contact with the reactive components of glass
-
- 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
- B01J2219/1212—Arrangements of the reactor or the reactors
- B01J2219/1218—Multiple reactors
-
- 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
- B01J2219/1248—Features relating to the microwave cavity
- B01J2219/1251—Support for the reaction vessel
- B01J2219/1257—Rotating supports
-
- 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
- H05B2214/00—Aspects relating to resistive heating, induction heating and heating using microwaves, covered by groups H05B3/00, H05B6/00
- H05B2214/03—Heating of hydrocarbons
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Clinical Laboratory Science (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Pressure Vessels And Lids Thereof (AREA)
Abstract
【課題】一般の加圧チャンバを使用するシステムの相互汚染の危険性を除去すると共に、動的排気及び再密閉を提供する、マイクロ波高温高圧化学反応容器システムの構造改善。【解決手段】1つの閉鎖端11と口を画定する1つの開放端とを含む比較的壁の薄い使い捨て剛性ライナー円筒体14、及び剛性ライナー円筒体を閉鎖するために剛性ライナー円筒体の口に置かれるライナーキャップ18を含む。ライナーキャップは、剛性ライナー円筒体の内径に係合される従属円柱と、円筒ライナーキャップが剛性ライナー円筒体の口で剛性ライナー円筒体中に静置できるように、剛性円筒ライナー内に落下せずに剛性ライナー円筒体上に静置するのに十分な直径を有する、従属円筒柱の一端のディスクと、を含む。従属円柱は、ライナーキャップと剛性ライナー円筒体の間にガスを排気する空間及び動的排気作用を提供する、通路を含む。【選択図】図1
Description
本発明は、マイクロ波化学反応法(例えば、酸分解、溶媒抽出及び合成)のための改良型排気かつ密封容器である。
マイクロ波化学反応法(例えば、酸分解、溶媒抽出及び合成)のためのマイクロ波放射の使用は、通常、当業者に周知である。
「分解」という用語は、材料を形成する化合物をその成分元素にまたはより塩基性の化合物に還元する、複数の十分理解されている処理を意味する。一般に、前記処理は溶媒を使用して実行される。分解終了後、その成果物は通常、希釈されることができ、そうして1つ以上の定量的分析技術を使用して試験され得る、無色またはほとんど無色の溶液である。加圧分解技術を使用する場合、処理温度は、密封した加熱容器中で分解を実施することにより上昇する。これによって、前記反応が、分解溶媒の大気圧沸点を超える温度に達する場合がある。それにより、これは、分解を達成する化学反応の速度も増大させる。
試料の構造またはマトリックスに作用して、それを、その成分またはより塩基性な化合物に還元するために、酸分解は、しばしば高温、高圧またはその両方で1つ以上の強酸を使用する。マイクロ波酸分解にて、マイクロ波放射は、マイクロ波放射に反応する物質にエネルギーを加えるために使用する。マイクロ波は、急速に、少ない溶媒を使用して、及び従来の加熱方法より高温かつ高圧で酸分解を行うことを支援できる。研究室用に割り当てられるマイクロ波放射の周波数及び対応する波長が、例えば2450MHzまたは約12cmを使用するため、マイクロ波を利用した技術は、消費者向け電子レンジに表面的に類似している装置の内部に同様に配置されるが、その供給源、導波路、空洞及び制御要素がより精巧な密閉容器中で多くの場合実行される。
「抽出」という用語は、分析ツールより前に、それが試料調製としてしばしば他のものと混合されるとき、所望の物質(多くの場合、有機化合物)を分離する処理を意味する。従来の技術による溶媒抽出は膨大な量の時間及び溶媒を消費し、汚染の可能性を残す。マイクロ波を利用した密閉容器での抽出は、従来の溶媒抽出に必要だったものより短い時間及び少ない溶媒量を使用して、同時に多くの試料を調製するために使用できる。
「合成」という用語は、1つ以上の生成物を得るための化学反応の実行の工程を意味する。マイクロ波を利用した密閉容器での合成は、反応物質を、高圧及び高温に急速に加熱するのを可能にする。当業者であれば、アレニウスの法則に基づいて、大部分の化学反応の速度が反応混合物を加熱することによって増大することを理解している。大部分の合成反応がいくつかの時点で加熱を必要とするので、マイクロ波加熱は、反応時間、したがって全体の生成時間を著しく低減することができる。マイクロ波を利用する加熱と合わせて密閉容器を使用することは、数日及び数時間から数分または数秒まで反応時間を低減することができる。
マイクロ波化学法で一般に使用される温度で、使用する容器の圧力は2つの構成部分から生成される。第1は、分解または合成部分によって生成された蒸気圧、または他のガス生成反応である。周知の量の周知の組成物の温度に基づくので、このような蒸気圧は通常、予測可能である。第2は、反応工程中、特に分解または抽出で発生するガス状副生成物の圧力であり、試料のサイズ及び組成に基づくので、通常予測できない。したがってマイクロ波化学反応法で使用する容器は、マイクロ波透過性でなければならないが、予測不可能な高圧に耐えるために必要な構造能力を提供しなければならない。
当業者であれば、マイクロ波分解、抽出及び合成を実施するために利用可能な方法を熟知している。例えば、分解反応を実施する1つの方法は、金属クランプで固定した大きな金属空洞反応チャンバの中に複数の反応容器を挿入して、それらにガス(例えば、窒素)からの高圧をかけて容器を密閉し、マイクロ波を使用して容器を加熱して、化学反応の速度を上げる。最近の例は、Ultrawave Microwave Acid Digestion System(Milestone Inc.,25Controls Drive,Shelton,CT06484,https://milestonesci.com/ultrawave−microwave−acid−digestion−system/(2019年1月3日にアクセス))を含み、Multiwave7000(Anton Paar,3955World Houston Parkway,Suite170,Houston,TX77032,https://www.anton−paar.com/us−en/products/details/microwave−digestion−system−multiwave−7000/(2019年1月3日にアクセス))は、合理的にサイズ設定した底面積を有し、同様に、金属空洞反応チャンバ、反応容器を密閉する高圧ガス、及び容器を加熱して反応を促進するマイクロ波を使用する。したがって、ユーザは、同じ懸念及び不便さ、ならびに大きな底面積の器具と同様に同じ試料サイズ及び試料数の制約に取り組んでいる。
UltraWaveまたはMultiWaveなどの装置の構造及び操作は、それらの弱点を示す。公然の目標は、もちろん、使い捨て反応容器をユーザに提供することである。それは、実際には、ユーザが1度だけ容器を使用することが経済的に有利だとわかるように、容器が、安価な容器を製造できる種類及び量の材料から形成され得ることを意味する。
この目的を達成するために、これらの装置は、窒素でかなり加圧された(例えば、1500〜3000psi)金属製の高圧容器の内部に、液体浴(一般的な水または希酸を入れた)中の固定されていないまたはゆるく固定された蓋を備える、もろい容器を置く。マイクロ波が水を加熱する一方で、この高圧は容器の蓋を押さえる。その結果、容器の組成物は、マイクロ波との任意の双極子相互作用の代わりに、温水による従来の伝導方法で加熱される。
高圧は、多くの第2の問題を生じさせる。第1に、通気が高圧容器中の容器を二次汚染するので、窒素圧力(それ自体としては安全)は、少しも排気されずに、意図した反応の全体にわたって容器を強制的に閉じて、それを保つのに十分高くなければならない。
別の不利な点として、反応容器のサイズが比較的小さくなければならない。例えば、約1リットルの容量の高圧容器は、約15個の20ml容器または約5個の50ml容器を保持できる。しかし、これらの小さい容器サイズは、ガス容量とガス圧力の間の逆相関のため、圧力問題を悪化させる。別の言い方をすれば、容器サイズが低減すると、容器中の任意の所与反応によって生成された圧力は、同じ温度条件下の大きな容器と比較して増大する。
更に別の問題として、機械的圧力より窒素圧力がもろい容器を閉じるために使用されるので、圧力が解除されて、相互汚染せずにキャップまたは蓋が容器からはずされる前に、長期の冷却ランプ時間が必要とされる。
他のシステムは、高圧の1つの反応チャンバの使用を回避して、各試料のための個別のマイクロ波透過性圧力容器を使用する。マイクロ波透過性圧力容器は、破損せずに比較的高い圧力に耐えることができる、工学的に設計されたプラスチックから一般的に製造される。しかし、多くの工学的に設計されたポリマーの性質は、容器が圧力下で破損した場合、それは壊滅的なまでに破損する傾向がある。壊滅的な破損を避けるために、圧力放出のためのいくつかの手段を含む、マイクロ波分解容器が開発された。場合によっては、圧力放出は、予定圧力で破損する隔壁によって遮断されるごく一部の経路を備える、容器の内部から外側まで通じる小さい経路によって提供される。このような容器の圧力が所定の制限を超えるとき、隔壁が破裂して、いかなる壊滅的な破損もせず、またはもう少しで壊滅的な破損になるところで、ガスは容器から出る。同一出願人による米国特許第6,258,329号、同第5,520,886号、同第5,427,741号、同第5,369,034号及び同第5,230,865号は、放出システムの隔壁タイプを代表するものである。
圧力放出が終了する代わりに一時的であり、反応が圧力放出の間とその後に続くことができる容器が開発された。容器の圧力が所定の限度を超えるとき、このような容器は少量のガスを排気して、一旦圧力が所定の制限より下がれば、それ自体を再密封する。例としては、同一出願人による米国特許第6,927,371号、同第6,287,526号及び同第6,136,276号が挙げられる。
更に改善されたものとして、同一所有者の米国特許第10,065,168号、同第8,852,533号及び同第8,795,608号は、永続的な容器損傷または変形をせずに、反応容器から過度の圧力を限定的に放出して、その後再密封できる、浮動キャップを備えるフルオロポリマー反応容器を記載する。各フルオロポリマー反応容器は、分解反応によって作成される高圧下で、反応容器を元の状態のままに保つために必要な半径方向強度を提供する、補強スリーブに挿入される。反応容器と共にスリーブを使用することは、いくつかの他の方法で使用される大量の金属空洞によって生じる問題を取り除く。
しかし、フルオロポリマー反応容器は、いかなる化学反応もマイクロ波法を終了した後に残留汚染を容器に残すので、使用の間に洗浄する必要がある。この洗浄は、米国特許第10,065,168号、同第8,852,533号及び同第8,795,608号の特許に記載されているシステムの対応する利点にかかわらず、時間がかかる。これは、毎日の多数の試料処理で効率の損失になる。フルオロポリマー反応容器の内壁に一般的に適合するサイズ及び形状を有する、マイクロ波透過性可撓性フィルムフルオロポリマーライナー(例えば、同一出願人による2018年3月23日出願の特許出願第15934164号(____________公開)(Vessel and Disposable Inner Sleeve for Microwave Assisted Reactions))は、反応容器を洗浄する必要性を取り除くことができる。しかし、小さいまたは粉末状の試料を可撓性ライナー内に導入することは、扱いにくさを証明する場合がある。例えばガラスから作成した壁の厚いライナーは、試料の導入を容易にするが、費用を増加させて、分解反応により生じる高圧条件下の破損に影響されやすくなり得る。更に、無蓋ライナーは、ライナー内部の圧力が増加するにつれて、ライナーの内容物がライナーから漏れて、反応容器を汚染するという可能性があり得る。
したがって、高圧反応の間、破損することを回避すると共に、費用効果の高い剛性ライナーを使用できる、高圧マイクロ波化学反応法における制御放出及び自己再密閉する容器アセンブリの必要性が存在し続ける。
本発明は、反応が進行し、一般の加圧チャンバを使用するシステムと関連した相互汚染の危険性を除去すると共に、他の利点の中でも動的排気及び再密閉を提供する、マイクロ波高温高圧化学反応の反応容器システムの構造改善である。前記改善は、比較的壁の薄い使い捨てライナー円筒体を含む。
一態様にて、本発明は、1つの閉鎖端と口を画定する1つの開放端とを含む剛性ライナー円筒体、及び剛性ライナー円筒体を閉鎖するために剛性ライナー円筒体の口に置かれるライナーキャップを備える、マイクロ波高温高圧強鉱酸分解容器システムの構造改善である。ライナーキャップは、前記剛性円筒ライナーの内径に対して固定される従属円柱と、剛性円筒ライナー内に落下せずに剛性ライナー円筒体上に静置するのに十分かつ円筒反応容器の内径より小さい直径を有する、従属円柱の一端のディスクと、を含む。ライナーキャップは、その口で剛性ライナー円筒体中に静置できる。従属円柱は、ライナーキャップと剛性ライナー円筒体の間のガスを排気する隙間を提供する、通路を有する(すなわち、画定する)。
別の態様で、本発明は、内側入れ子容器が1つ以上の反応組成物を含有する、2つの同軸状に配置されかつ入れ子のマイクロ波透過性反応容器の間の間隙空間にマイクロ波吸収液体を加えることを含む、マイクロ波高温高圧化学反応法である。間隙空間のマイクロ波吸収液体の量は、同じマイクロ波放射の適用下の反応組成物の蒸気圧と同じまたはそれ以上(所定の範囲に対して)であるとして開始するマイクロ波放射の下で、蒸気圧を発生させるのに十分である。マイクロ波吸収液体は他の点では、関連組成物、出発材料もしくは最終生成物、またはそれら間のもしくはそれらの中での反応と干渉しない。
別の態様で、本発明は、マイクロ波高温高圧化学反応のための容器システムである。この態様にて、本発明は、高温で強鉱酸に耐性があり、マイクロ波放射を透過するポリマーにより形成される円筒反応容器を含む。円筒反応容器は、1つの閉鎖端と、円筒反応容器用の口を画定する1つの開放端と、を有する。反応容器は、円筒反応容器内部に同軸で配置される剛性ライナー円筒体を有する。剛性ライナー円筒体は、円筒反応容器の閉鎖端に隣接して配置される1つの閉鎖端と、円筒反応容器口の下方で剛性ライナー円筒体の口を画定する1つの開放端と、を含む。円筒反応容器の内径と共に剛性ライナー円筒体の外径は、円筒反応容器と剛性ライナー円筒体の間の間隙空間を画定する。マイクロ波透過性材料から形成される円筒ライナーキャップは、剛性ライナー円筒体を閉じるために剛性ライナー円筒体の口中に静置される。円筒ライナーキャップは、前記剛性ライナー円筒体の内径密に合致する円周を有する従属円筒柱と、ライナーキャップの円筒柱と剛性ライナー円筒体の間にガスを排気する隙間を提供するための円筒柱に沿った通路と、を含む。円筒ライナーキャップが剛性ライナー円筒体の口で所定の位置に静置できるように、従属円筒柱の一端のディスクは、前記剛性ライナー円筒体の外径より大きくかつ前記円筒反応容器の内径より小さい直径を有する。マイクロ波透過性反応容器プラグは、円筒反応容器の口中に、及び剛性ライナー円筒体の口より上方に、及び円筒ライナーキャップに対して同軸上に静置する。雌ねじキャップは、円筒反応容器の口で円筒反応容器上の雄ねじと係合し、軸閉鎖力を加えて、容器システムに耐圧閉鎖を提供するために反応容器プラグを圧迫する。マイクロ波透過性円筒補強スリーブは、容器システムの耐半径方向圧力強度を増大させるために、円筒反応容器及び剛性ライナー円筒体の両方と同軸に円筒反応容器を取り囲む。
別の態様で、本発明は、マイクロ波高温高圧化学反応法である。内側入れ子容器が分解試料及び前記試料を分解するのに十分な量の鉱酸を含有する、2つの同軸状に配置されかつ入れ子のマイクロ波透過性反応容器の間の間隙空間にマイクロ波吸収液体を加えることと;内側入れ子反応容器内に滑り入って、内側入れ子容器から間隙空間の少なくとも1つの圧力によって作動する動的通路を含む、マイクロ波透過性キャップで内側入れ子反応容器を閉じることと;耐圧キャップとの接続で外側入れ子反応容器を閉じて、それにより間隙空間の圧力強度を増大させることと;反応温度で反応組成物(例えば、強鉱酸及び分解試料、合成のための有機溶媒)によって発生する高い蒸気圧の排気を可能にすると共に、マイクロ波放射の適用下で、内側入れ子反応容器中の組成物によって作成されるいくつかの蒸気圧に耐えるのに十分な量で滑動キャップに対して閉鎖力を適用することと;マイクロ波放射の適用下で、マイクロ波吸収液体の増加した蒸気圧または気体状態に基づいて間隙空間の圧力を同時に増加させると共に、内側入れ子反応容器内部の反応組成物に及び間隙空間のマイクロ波吸収液体にマイクロ波放射を適用して、それにより酸中の試料の分解を促進することと;を含む、マイクロ波高温高圧化学反応法である。間隙空間のマイクロ波吸収液体の量は、同じマイクロ波放射の適用下で軸閉鎖力を加えるために滑動キャップを圧迫する、マイクロ波放射下で蒸気圧を発生させるのに十分である。マイクロ波吸収液体は他の点では、関連組成物、出発材料もしくは最終生成物、またはそれら間のもしくはそれらの中での反応と干渉しない。
別の態様にて、本発明は、入れ子反応容器と入れ子格納容器の間の及びそれらにより画定される小さな環状間隙空間を備える、マイクロ透過性圧力解放円筒格納容器の内部に同軸で入れ子になった、マイクロ透過性圧力解放かつ再密閉円筒反応容器を含む、高温高圧マイクロ波化学反応のための容器システムである。
本明細書で使用する場合、「入れ子」及びその過去形「入れ子になった」は、「互いにすぐ近くにもしくはその内部に置かれている、または固定されている、ものの集合体・・・、別のものの内部に1つをはめるまたは置く、・・・箱、ポット及び鍋、皿、小さいテーブルなどとして互いと一緒にまたはその内部にはめる」として様々に理解することができる、それらの辞書の意味で使用される。Lawrence Urdang and Stuart Flexner,The Random House College Dictionary,1972,Random House Inc。
本発明の上述の及び他の目的及び利点は、添付の図面と併せて以下の詳細な明細に基づいて明らかになるであろう。
本発明は、マイクロ波高温高圧化学反応法のための容器システムである。
高圧容器型器具で使用される少数の小さな容器とは対照的に、本発明は、それぞれが容量50と75mLの間の40個の容器、または容量100mlの最高24つの容器のセットを通常使用する。
本発明による容器システムの図1は断面図、図2は分解正面図である。図1に示されるように、容器システムが大まかに9で示されて、それは、高温で、関連する溶媒(例えば、分解反応のための強鉱酸または抽出及び合成反応のための有機溶媒)に耐性を示し、ならびにマイクロ波放射及び赤外線を透過するポリマーにより形成される円筒反応容器10を含む。通常の実施形態は、フルオロポリマー(例えば、ポリテトラフルオロエチレン(「PTFE」)及び等価物)による。「高温」とは一般的に、選択された溶媒で、及び加熱溶媒によって発生する増加した圧力(すなわち、大気圧より高い)下で、より急速に意図された反応をうまく引き起こす室温より高い温度を指す。一般に、いくつかの限定されない方法で温度を上昇させる必要性は存在しない。
円筒反応容器10は、閉鎖端11及び開放端12を有する。円筒反応容器10の閉鎖端の例示の実施形態にて、円筒反応容器10の外側表面は、円筒反応容器10の内側表面より長い。したがって、円筒反応容器10がその閉鎖端上の平坦面に載せられる場合、円筒体の中心が表面に接触しない一方で、円筒反応容器10の閉鎖端の外周縁だけは円筒反応容器10が置かれる表面に接触する。赤外線装置(図示せず)が円筒反応容器10中に起きる反応の温度を読み込むことができるように、円筒反応容器10の底の凹部13は赤外線ウィンドウとして機能する。開放端12は、反応容器10の口を画定する。
剛性ライナー円筒体14(例示の実施形態では大まかにいって試験管に似ている)は、円筒反応容器10内部で同軸で入れ子になっている。剛性ライナー円筒体14は、円筒反応容器10の内径と共に、円筒反応容器10と剛性ライナー円筒体14の間の間隙空間15を画定する外径を有する。剛性ライナー円筒体は通常、堅く、マイクロ波放射及び赤外線を透過して、化学的に不活性の及び光学的に透明な材料で形成される。それは通常、ガラス、石英及び等価物からなる群から選択される。
剛性ライナー円筒体14が円筒反応容器10に入れ子になっているとき、剛性ライナー円筒体14は、円筒反応容器10の閉鎖端11に隣接して配置される1つの閉鎖端16を含む。剛性ライナー円筒体14が円筒反応容器10に入れ子になっているとき、剛性ライナー円筒体14は、円筒反応容器10の口の下方に配置される口を画定する、1つの開放端17を有する。円筒ライナーキャップ18は剛性ライナー円筒体14の口に適合して、剛性ライナー円筒体14を閉じる。円筒ライナーキャップ18は、高温で強鉱酸に耐性があって、マイクロ波放射を透過するポリマーにより形成される。
図3は、ライナーキャップ18の斜視図を提供する。図3で示すように、ライナーキャップ18は、ディスク19、従属円筒柱20及び円筒ノブ21を含む。従属円筒柱20が剛性ライナー円筒体14の内部を係合するが、剛性ライナー円筒体14内に更に滑り込むことができるように、ディスク19の底面22上の従属円筒柱20は、剛性ライナー円筒体14の内周に密に合致する円周を有する。ライナーキャップ18が剛性ライナー円筒体14の口で剛性ライナー円筒体14の所定の位置に静置できるように、ディスク19は、剛性ライナー円筒体14の外径より大きくかつ円筒反応容器10の内径より小さい直径を有する。例示の実施形態で、ディスク19は剛性ライナー円筒体14の周縁に載せてあり、従属円筒柱20は剛性ライナー円筒体14の口内に滑り入って静置する。円筒ノブ21はディスク19の上面23から延在して、従属円筒柱20と同軸に配置される。円筒ノブ21は、ディスク19及び従属円筒柱20より小さい直径を有して、剛性ライナー円筒体14から円筒ライナーキャップ18の指先での取り外しを容易にする。
ライナーキャップ18は、例示の実施形態で従属円筒柱20の周縁に沿って軸方向に配向されている通路24を含み、図3で示す実施形態で更に示されるように、従属円筒柱20に沿った平らな斜めの面取り部である。通路24は、剛性ライナー円筒体14の化学反応から放出されるガスが、従属円筒柱20と剛性ライナー円筒体14の間で排気されるための空間を提供する。
円筒ライナーキャップ18及び剛性ライナー円筒体14の上方かつそれらと同軸上で、マイクロ波透過性反応容器浮動プラグ25は円筒反応容器10の口に静置する。図1で示される実施形態にて、反応容器浮動プラグ25は、円筒反応容器10の口の内径と同じまたはそれよりわずかに大きい直径を有する、円筒部26を有する。したがって、反応容器浮動プラグ26の円筒部は、円筒反応容器10の口で円筒反応容器10の周縁に載る。図1に示す実施形態で、反応容器浮動プラグ25は下の円錐台形部27を有する。円筒反応容器10は、反応容器浮動プラグ25の円錐台形部27が円筒ライナーキャップ18上方の円筒反応容器10の口に静置されるのを可能にし、及び図1に示す実施形態で、反応容器浮動プラグ25と円筒ライナーキャップ18の間に小さい間隙空間31を残す、その開放端12の傾斜リップ30を有する。この間隙空間31の機能は、本方法の実施形態及び他の図面に関して記載されかつ明確にされる。本明細書で使用する場合及び米国特許第8,852,533号に記述されているように、「浮動」という語句は、反応容器浮動プラグ25と容器システム9の任意の他の部分の間及びその中のいかなる直接的機械効率もなく、反応容器浮動プラグ25が反応容器10及び傾斜リップ30に対して静止関係に配置されることを意味する。
反応容器浮動プラグ25の円錐台形部27の底部は、反応容器浮動プラグ25と同軸の小さい円筒切欠き32を含む。この円筒切欠き32によって、円筒ライナーキャップ18の円筒ノブ21が切欠き32内部に入れ子になるのが可能になる。
反応容器浮動プラグ25の上方で、反応容器キャップ33は、円筒反応容器10の上部の外側の雄ねじ35を係合する雌ねじ34を有する。雌ねじ34及び雄ねじ35が完全に係合するとき、反応容器キャップ33は反応容器浮動プラグ25を圧迫して、図1に示される容器システム9に耐圧閉鎖を提供する。米国特許第8,852,533号で説明したように、反応容器浮動プラグ25は、反応容器キャップ33の反応によって適所に保持される。反応容器キャップ33の上部36は排気口37を含み、その動作は容器システム9の他の要素に関して記載されかつ明確にされる。
図2は、容器システム9の追加の耐半径方向圧力強度を提供するために、容器システム9がマイクロ波透過性円筒補強スリーブ40に同軸で挿入されることを示す。補強スリーブが試料にも鉱酸にも接触しないので、それは、重量、強度及び費用要因の最善の組み合わせを提供する材料から選択されかつ形成されることができる。(例えば)同一出願人による米国特許第6,927,371号に記述されているように、高強度ポリマー内に成形される高強度の複数の層は、高強度繊維の可撓性及び耐破断性と共に、成形したポリマーの強度の両方を有する複合構造を提供する。
図6に示す実施形態で、剛性ライナー円筒体14は、差し込まれたポリマー円筒反応容器28に入れ子になっており、それは、同一所有者の2017年3月2日出願の特許出願第15447250号、米国特許公開第2017/0312728号として公開されたHigh Temperature Pressure Digestion Vessel System with Dual Action Sealに記載されている。反応容器10の場合、剛性ライナー円筒体14は、反応容器28の内径と共に、円筒反応容器28と剛性ライナー円筒体14の間の間隙空間15を画定する直径を有する。閉鎖プラグ38は、ライナーキャップ18上に静置する。閉鎖プラグ38は、反応容器28の口29中に静置する。閉鎖プラグ38中で及びそれと同軸の小さい円筒切欠き39は、ライナーキャップ18上の円筒ノブ21が閉鎖プラグ38に入れ子になるのを可能にする。キャップ53は閉鎖プラグ38上に適合し、キャップ53の側面は、反応容器28の口29の上部縁の外側を包囲する。図7は、容器システム全体54が、同様に補強スリーブ40に入れ子になることを示す。容器アセンブリ全体54は、その補強スリーブ40内部に、キャップ53に対して軸方向の力を加えるためにフレームの上部を通ってねじ式に回される垂直配向ボルト47を含む、可撓性フレーム46に適合する。
反応容器28は、容器口ではないがその近くに、円周先細り部55を有し、それは、閉鎖プラグ38が反応容器28の口中に静置するとき、閉鎖プラグ38の円周先細り部に適合する。ライナー円筒体14の口は、この先細り部の基部に静置する。反応容器10の浮動プラグ25と同様に、閉鎖プラグ38は、ライナーキャップ18の上方に小さい間隙空間31を残す、反応容器28の口中に静置する。特許出願第15447250号に詳細に記載されるように、過剰な圧力で、閉鎖プラグ38は反応容器28を軸方向に押し込む。これはフレーム46を屈曲させて、プラグの先細り部分と反応容器28の上部の間に同様に小さい間隙を作成する。プラグの上部は、反応容器28の先細り部55の上方で反応容器28の上部と接触したままである。これによって、排気が反応容器28の口29の真下で半径方向容器排気口49を通って起こるのが可能になる。この排気口49は、半径方向フレーム排気管48と一致して配向されて、過剰なガスが大気中に放出されるのを可能にする。間隙空間31の機能は、本方法の実施形態及び他の図面に関して記載されかつ明確にされる。
当業者であれば、円筒体以外の形状が反応容器及びライナーとして機能できることを理解するだろう。しかし、このような異なる形状は、複雑さ、したがって費用を追加して、その結果、ライナーが1つの試験で使用されて、そうして処分されることができるという可能性を低減する傾向がある。円筒容器及びライナーは、特定の強度の利点もある。それにもかかわらず、一方または両方の容器(例えば、六角形、八角形、十面体、十二面体)用の異なる形状(例えば、断面)を選択することがなされて、実行される可能性があることが理解されよう。
図で、ライナーキャップ18は、従属円筒柱の円周に沿って弧を置き換える平らな面取り部24として同様に例示される通路を備える、従属円筒柱を有するとして示される。
円筒体は従属円筒柱のまっすぐな形状であるが、他の形状も、キャップが剛性ライナー円筒体内に挿入されるとき、それらが軸の自由度を排除するならば組み込まれることができる。通常、軸の自由度を排除することは、従属円筒柱と剛性ライナー円筒体の内周の間に少なくとも3つの接点を必要とし、デザイン選択によっては明らかに3つ以上の接点を含むことができる。代表的な実施形態で、接点は従属円筒柱を自動芯とする。
同様に、斜めの面取り縁は、製造、圧力放出及び洗浄目的のための非常に効果的な排気路である。しかしながら当業者であれば、通路がより複雑な設計(例えば、反応空間から間隙空間までガス路を提供するためにキャップ部分を通る穿孔)を有し得ることを理解するだろう。更に、可能性としてかつ本発明内であるが、このような複雑さは同様に製造及び使用の複雑さ、ならびにおそらく最も重要なのは洗浄の容易さに複雑さを加える。
別の態様で、本発明は、マイクロ波高温高圧強鉱酸分解方法である。この実施形態で、本発明は、剛性ライナー円筒体14に分解試料、及び試料を分解するのに十分な量の鉱酸を配置することと、円筒反応容器10に同軸で剛性ライナー円筒体14を入れ子にすることと、間隙空間15にマイクロ波吸収液体(例えば、過酸化水素)を導入することと、円筒ライナーキャップ18を剛性ライナー円筒体14内に滑り入れることによって剛性ライナー円筒体14を閉じることと、反応容器浮動プラグ25により円筒反応容器10を閉じることと、反応容器10上に反応容器キャップ33を置くことと、反応容器キャップ33が反応容器浮動プラグ25を圧迫するまで、反応容器の雄ねじ35に反応容器キャップ33の雌ねじ34を係合することと、容器システム9を補強スリーブ40中に入れることと、剛性ライナー円筒体14内部の分解試料、強鉱酸及び間隙空間15中のマイクロ波吸収液体を含む、容器システム9の内容物にマイクロ波放射を適用することと、前記反応からならびに剛性ライナー円筒体14及び反応容器10を通って発される赤外線に基づく、剛性ライナー円筒体14内部の分解反応の温度を測定することと、測定した温度に基づいて容器システム9の内容物へのマイクロ波の適用を緩和することと、の工程を含む。
したがって浮動プラグ25、雄ねじ35及び雌ねじ付き反応容器キャップ33は、耐圧閉鎖接続を形成する。
間隙空間15に添加されるマイクロ波吸収液体は、剛性ライナー円筒体14中の組成物を干渉しない。
間隙空間中のマイクロ波吸収液体の量は、同じマイクロ波放射が内側入れ子剛性ライナー円筒体14中での反応を引き起こすと共に、反応温度で滑動キャップを圧迫する隙空間の圧力を画定するマイクロ波放射下で蒸気圧を発生させるのに十分である。剛性ライナー円筒体の組成物を知れば、当業者であれば認識するように、当業者は前記化学反応法が生成する圧力の量を厳密に推定できる。そうして当業者であれば、理想気体の法則または(所望する場合)いくらかより正確な気体の法則の説明の十分理解されている関係に基づき、間隙空間15中の圧力を上昇させて、剛性ライナー円筒体14中の圧力を最初に超過させるのに必要なマイクロ波吸収液体の量を算出できる、または少なくとも問題なく推定できる。
例えば通常、分解に関して、前記方法は、約0.4と0.6gの間の分解試料及び約8と12mLの間の強鉱酸を、約60と90mLの間の容量のライナー円筒体14に添加することと、約2と6mLの間の過酸化水素を間隙空間に添加することと、により実施される。
過酸化水素または他のマイクロ波吸収液体によって間隙空間15及び31中に作用する蒸気圧は、当業者が理解する目的にかなっている。最初にそれは、剛性ライナー円筒体14の外側の反応容器10中の全体圧力を増大させて、それにより、分解酸の沸点を上昇させて、分解の液相を維持して、それにより試料の分解を促進する。次に、ライナー円筒体14内部の圧力が、ライナー円筒体14が気体を吐き出すのを可能して、間隙空間中にその圧力を放出する間隙空間15及び31中の圧力を超えるまで、蒸気圧は、内部ライナー圧力が増大するのを可能にして、蒸発した酸及び試料が間隙空間15または31中に流出するのを防ぐ円筒ライナーキャップ18を軸方向に押す。3番目に、円筒ライナーキャップ18が反応混合物よりいくらか低温なので、酸蒸気は、剛性ライナー円筒体14内部で円筒ライナーキャップ18の表面上で液化して、剛性ライナー14内に滴り落ちて、分解に加わってそれを促進する。
プラグ25のような円筒ライナーキャップ18は、円筒ライナーキャップ18と容器システム9の任意の他の部分の間及びその中のいかなる直接的機械効率もなく、剛性ライナー円筒体に対して静置関係に置かれていることを意味する「浮動」である。
(例えば)窒素加圧チャンバに優る利点として、間隙空間31中の静水圧は、化学反応が起こっているライナー円筒体14上の適所にライナーキャップ18を維持するのを助けて、相互汚染の危険性を除去して、窒素の超過圧ならびにすべての関連する器具及び補給の必要性を不要とする。追加の利点として、ライナー円筒体14の円筒形状は、間隙空間15中の静水圧によりもたらされる外圧に耐えるのに特に好適である。更に、半径方向かつ軸方向の両方のその高圧縮強度のため、薄いガラスでさえ、ライナー円筒体14の費用を最小化して、それらの消耗を可能にするライナー円筒体14を形成するために使用できる。
分解反応が進行中の間、円筒ライナーキャップ18が剛性ライナー円筒体14から間隙空間(本実施形態にて、従属円筒柱20の面取り部24)に少なくとも1つの圧力によって作動する動的通路を提供するので、剛性ライナー円筒体14内部の蒸気圧が、間隙空間15中のマイクロ波吸収液体の蒸気圧により円筒ライナーキャップ18上に作用する蒸気圧を上回る場合、円筒ライナーキャップ18のディスク19によって、剛性ライナー円筒体14の周縁が離れて上がって、いくつかのガスが剛性ライナー円筒体14から流出するのが可能になり、それにより剛性ライナー円筒体14内部の圧力が低減する。その後、分解反応が進行し続ける間、円筒ライナーキャップ18を圧迫するマイクロ波吸収液体の蒸気圧はキャップ18を再び固定して、ディスク19は剛性ライナー円筒体14の周縁に再び静置する。
反応容器キャップ33は、ねじ式の場合、分解温度で強鉱酸の蒸気圧に耐えるのに十分な、反応容器浮動プラグ25への閉鎖力を適用する。このことにより、それは耐圧キャップ接続を提供して、間隙空間の圧力強度を増大させる。反応容器10内部の圧力が機械的に定義した設定値を超えるとき、分解反応が継続する一方で、反応容器キャップ33の上部36は、反応容器浮動プラグ25がわずかに移動して、反応容器10からガス圧を解放するのを可能にするために曲がることができる。そうして過剰なガスは、排気口37を通して排出され得る。いくつかの実施形態で、反応容器キャップ33の上部36の可撓性は、圧力放出設定値を画定するが、他の実施形態(例えば米国特許第6927371号)で、容器システム9は、わずかに可撓性なフレームの内部に固定されて、ボルトまたは他のクランプは反応容器キャップ33の可撓部36を圧迫して(ユーザによる所望の量まで)、作用する圧力、したがってガスが流出する圧力を画定する。図6に示す実施形態で、過剰なガスが容器排気口49及びフレーム排気管48を通って排気されるように、ボルト47はキャップ53を圧迫して、反応容器28を密閉するように保つ。いずれの場合でも、反応容器は、分解反応全体の間、閉じたままであり、反応容器を別途開かずに排出される。
明確にしておきたいのは、容器がフレーム中で使用されるとき、フレームはプラグに対して力を加えることができるが、この力は剛性ライナー円筒体のライナーキャップに対しては作用しない。
当業者であれば、円筒ライナー14、ライナーキャップ18ならびに間隙空間15及び31が、反応容器10もしくは28の及び他の高温高圧化学反応法(例えば、抽出もしくは合成)の同じまたは類似の目的に役立つことを理解するだろう。
例えば、窒素加圧チャンバに優る利点として、本発明の各反応容器10または反応容器28は、一般の加圧チャンバに代わって排気口37または排気口49を通って大気に排気する。したがって本発明は、システム(例えば、一般の加圧チャンバを使用するMultiwave7000またはUltrawave)に関連する相互汚染の危険性を除去する。
例えば、窒素加圧チャンバに優る更なる利点として、本発明は、各反応容器10または反応容器28中の間隙空間15及び31の液体を加熱することによって圧力を作成し、そうして加圧ガス源が共通チャンバに前加圧する必要性を除去する。これは、高圧下に大容量のチャンバを置くことに関連する費用を低減する。
更に、本発明は、高圧下の大きなチャンバに関連する危険性を排除する。容量が増加すると高圧に関連する危険性も増大するので、大きな共通チャンバの代わりに圧力を作成する本発明の間隙空間15及び31を使用することにより、効果的に危険性を除去する。
高圧下の大きなチャンバに関連する危険性を排除した結果、本発明は、同時に実行できる試料数への混入制限を排除する。各反応容器10または反応容器28は例えば容量110mLだけなので、40個以上の試料を同時に問題なく実行できる。
本発明は、反応容器と14と格納容器10の間の及びそれにより画定される小さな環状間隙空間15を備える、マイクロ透過性圧力解放かつ再密閉円筒格納容器10(これにはフルオロポリマーが特に適している)の内部に同軸で入れ子になったマイクロ透過性圧力解放かつ再密閉円筒反応容器14(これにはガラス及び石英が特に適している)としても説明され得る。
この態様について考えると、同軸入れ子円筒反応容器14は滑動キャップ18によって閉じて、同軸入れ子円筒格納容器10は、浮動プラグ25及び浮動プラグ25を圧迫する格納容器10上のねじ式可撓性キャップ33によって閉じて、そこで浮動プラグ25が同軸で滑動キャップ18を圧迫する。
動作中及び間隙空間15中のマイクロ波吸収液体の有無にかかわらず、この構成は、容器を閉じる力の大きさ及びそれにより排気し再密閉させる圧力の両方を定める。したがって、反応容器14の過剰な圧力は、本来適用される機械的な力より大きな力で滑動プラグ25に対して滑動キャップを動かして、それにより、力が釣り合って滑動キャップ18が反応容器14を再度閉じるまで、排気の実行が可能になる。
類似したやり方で、反応容器14の外側であるが格納容器10内側の圧力が、浮動プラグ25に対してねじ式キャップ33により印加される機械的な力を上回るとき、浮動プラグは、システムが等しくなった力の状態に再び達するまで、圧力が逃げるように格納容器を開く。
図5は、方法の実施形態の概略図である。同一所有者の2018年3月23日出願の特許出願第15934164号、米国特許第20190291070号として公開されたVessel and Disposable Inner Sleeve for Microwave Assisted Reactionsに記述されているように、間隙空間中のマイクロ波吸収液体と共に強鉱酸及び分解試料は、マイクロ波源50からのマイクロ波放射により容器ライナー中で加熱される。マイクロ波源50は通常マグネトロンであるが、クライストロンまたはIMPATTダイオードを含むことができる。赤外線(IR)検出器51は、剛性ライナー円筒体14の分解反応から及び凹部13を通って発される赤外線に基づき、剛性ライナー円筒体14の分解反応の温度を測定する。図5で示すように、容器システム9がIR検出器51上を連続して移動するときに、IR検出器は複数の容器システム9内部の複数の反応温度を測定する。
IR検出器51は、剛性ライナー円筒体14及び円筒反応容器10両方を透過する波長(周波数)を測定する。例えば、フッ化ポリマーは1000nm〜7.50マイクロメートルの範囲(およその)内で透過性である。したがって、IR検出器は1000nm〜7.50μmの範囲の一部以内またはすべての波長を測定する。剛性ライナー円筒体14及び円筒反応容器10が透明である、分解反応により発される赤外線を使用して、IR検出器は、円筒反応容器10または剛性ライナー円筒体14の温度を読み取る代わりに、反応溶液の温度自体を測定する。
前記方法は、マイクロ波源50及びIR検出器51と接続するプロセッサ(CPU)52を利用して、IR検出器51を用いて測定される剛性ライナー円筒体14の分解反応の温度に基づき、マイクロ波源50から円筒反応容器10に入れ子になった剛性ライナー円筒体14へのマイクロ波の適用を緩和することを更に含む。
前記方法は、周囲温度の近くまで冷却した(内部圧力の低下を可能にする)後に反応容器を開くことと、剛性ライナー円筒体14から酸及び分解試料を取り除いて、反応容器10から剛性ライナー円筒体を取り出すことと、その後、いかなる介在工程または反応容器10の洗浄もなく、新規な剛性ライナー14を反応容器10に入れることと、の工程を更に含むことができる。
前記方法は、マイクロ波による分解処理全体及び新規なライナー中の新しい試料の温度測定を繰り返す工程を更に含む。
同一所有者の特許出願第15934164号に記述されているように、強鉱酸は、窒素、硫黄、フッ化水素及び塩化水素、ならびにこれらの酸の2つ以上の混合物からなる群から通常選択される。
これらの酸で処理するために、反応容器10は、PFA、FEPもしくはPVDF、もしくは更に加えてPTFEから、または予想される圧力及び温度ならびに強鉱酸の腐食性に耐えることができる、任意の他のポリマーから形成されることができる。
円筒ライナーキャップ18は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE、TEFLON(登録商標))、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE、KEL−F(登録商標))、ポリフッ化ビニリデン(PVDF、KYNAR(登録商標)、SYMALIT(登録商標))、ポリ(エチレンクロロトリフルオロエチレン)(ECTFE、HALAR(登録商標))、塩素処理ポリ塩化ビニル(CPVC)、ポリエチレンテレフタラートGコポリマー(PETG/PET)、ポリカーボネート(PC)、パーフルオロアルコキシ(PFA)、フッ化エチレンプロピレン(FEP)及びエチレン−テトラフルオロエチレン(ETFE)ならびに等価物からなる群から選択される、高温で強鉱酸に耐性があって、マイクロ波放射を透過するポリマーにより形成される。
図4は、上部ラック42及び下部ラック43により画定される回転台41中に配置される複数の容器システム9の斜視図である。同一所有者の米国特許第8,852,533号に記述されているように、回転台が分解処理の間マイクロ波空洞内で回転するときに、容器システム9は、ラック42、43の開口部44、45に配置されて、回転台41の中心周囲の軌道に移動する。
容器システム9を含有する回転台41の回転は、回転台41及び容器システム9が適合するサイズ及び形状の空洞のマイクロ波の固定ノードの性質にも適応する一方で、同じ空洞で同時に多くの分解処理を実施するのが可能になる利点を提供する。
容器システムが下部ラック42に適合する開口部44によって、各容器システム9の下部の露出が可能になる。図5で示すように前記方法を適用して、回転台を回転させることによって、容器システム9が連続してIR検出器51を横切って移動して、頻繁な温度測定を得ることが可能になり、上述したようにプロセッサ52がそれに応じてマイクロ波源50を調整することが可能になる。
図9は、特許出願第15447250号で説明したように、一般的なマイクロ波空洞に置かれる回転台のフレーム46の複数の容器アセンブリ56の斜視図である。回転台41のように、回転台57が適合するサイズ及び形状の空洞のマイクロ波の固定ノードの性質に適応する一方で、回転台57を回転させることは、同じ空洞で同時に多くの反応を実施するのが可能になる利点を提供する。
実験
表1(粉ミルク、認証標準物質)及び表2(米粉)は、本発明による容器システム及び方法の結果を示す。実験を以下のように行った。
表1(粉ミルク、認証標準物質)及び表2(米粉)は、本発明による容器システム及び方法の結果を示す。実験を以下のように行った。
試料を、0.5gの量で各70mlの容器に加えた。硝酸及び塩酸の組み合わせを、容量比9:1(HClに対するHNO3)、特に9mlのHNO3及び1mlのHClとして各容器に加えた。容器を、200℃まで20分のランプ、その後15分の休止を実施するために使用したCEM MARS6(商標)装置に置いた。
冷却後、成果物を、Thermo−iCapQ(商標)誘導結合プラズマ質量分光(ICP−MS)装置(ThermoFisher Scientific、www.thermofisher.com、2019年2月27日にアクセス)で分析した。
認定標準に対して結果が示すように、回復率は予想される標準偏差内で良好である。同様に、過酸化水素ブランク(すなわち、間隙空間中のマイクロ波吸収液体)中に存在する標的元素の最小量は、容器システムの構造がその意図された使用で成功することを証明する。
図面及び本明細書に、本発明の好ましい実施形態が記載されており、特定の用語が使用されているが、それらは一般的かつ説明的な意味だけで使用されており、限定のためではなく、本発明の範囲は特許請求の範囲で定義される。
Claims (17)
- 高温高圧マイクロ波化学反応法の容器システムの構造改善であって、前記改善が、
1つの閉鎖端及び口を画定する1つの開放端を含む、剛性ライナー円筒体と;
前記剛性ライナー円筒体を閉じるために前記剛性ライナー円筒体の前記口に配置される、ライナーキャップと;を含み、
前記ライナーキャップが、前記剛性円筒ライナーの内径内に収まる従属円柱と、前記ライナーキャップが前記剛性ライナー円筒体の前記口で前記剛性ライナー円筒体中に静置できるように、前記剛性円筒ライナー内に落下せずに前記剛性ライナー円筒体上に静置するのに十分な直径を有する、前記従属円柱の一端のディスクと、前記円筒ライナーキャップで及び前記剛性ライナー円筒体からのガスの排出を提供するための前記従属円柱の一部としての通路と;を含む、前記改善。 - 前記ライナーキャップが円筒状であり、
前記従属円柱が円筒状であって、前記剛性ライナー円筒体の内径に密に適合して、その中に収まる円周を有する、請求項1に記載の容器システム。 - 前記剛性ライナー円筒体が円筒反応容器内部に同軸で配置されており、前記剛性ライナー円筒体が、前記円筒反応容器の内径と共に前記円筒反応容器と前記剛性ライナー円筒体の間の間隙空間を画定する外径を有し;
前記容器システムが、前記剛性ライナー円筒体の前記口より上方の所定の位置に、及び前記円筒ライナーキャップを圧迫せずにその同軸上に静置するマイクロ波透過性反応容器プラグを更に含み;ならびに
前記容器システムが、前記円筒反応容器の前記口で前記円筒反応容器上の雄ねじと係合し、前記反応容器プラグを圧迫して、前記容器システムに耐圧閉鎖接続を提供する、雌ねじキャップを更に含む、請求項1に記載の容器システム。 - 前記剛性ライナー円筒体が円筒反応容器内部に配置されており、前記剛性ライナーが、前記円筒反応容器の内径と共に前記円筒反応容器と前記剛性ライナー円筒体の間の間隙空間を画定する外径を有し;
前記容器システムが、前記剛性ライナー円筒体の前記口より上方の所定の位置に、及び前記円筒ライナーキャップを圧迫せずにその同軸上に静置するマイクロ波透過性反応容器プラグを更に含み;
前記容器システムが前記マイクロ波透過性反応容器プラグ上に適合するキャップを更に含み、前記キャップの側面が前記反応容器の前記口の前記上部縁の外側を包囲する;請求項1に記載の容器システム。 - 前記容器システムの前記耐半径方向圧力強度を増大させるために、前記円筒反応容器及び前記剛性ライナー円筒体の両方と同軸に前記円筒反応容器を取り囲む、マイクロ波透過性円筒補強スリーブを更に含む、請求項3に記載の容器システム。
- 前記容器システムの前記耐半径方向圧力強度を増大させるために、前記円筒反応容器及び前記剛性ライナー円筒体の両方と同軸に前記円筒反応容器を取り囲む、マイクロ波透過性円筒補強スリーブを更に含む、請求項4に記載の容器システム。
- 高温高圧マイクロ波化学反応法の容器システムであって、前記容器システムが、
化学的に高温に不活性であり、マイクロ波放射を透過するポリマーで形成される円筒反応容器であって、前記円筒反応容器が1つの閉鎖端及び1つの開放端を含み、前記開放端が前記円筒反応容器の口を画定する、前記円筒反応容器と;
前記円筒反応容器内部に同軸で配置される剛性ライナー円筒体であって、前記剛性ライナー円筒体が、前記円筒反応容器の内径と共に前記円筒反応容器と前記剛性ライナー円筒体の間の間隙空間を画定する外径を有し、
前記剛性ライナー円筒体が、前記円筒反応容器の前記閉鎖端に隣接して配置される1つの閉鎖端と、前記円筒反応容器口の下方で剛性ライナー円筒体の口を画定する1つの開放端と、を含む、前記剛性ライナー円筒体と;
マイクロ波透過性材料から形成され、前記剛性ライナー円筒体を閉じるために前記剛性ライナー円筒体の前記口に静置される、円筒ライナーキャップであって、
前記円筒ライナーキャップが、前記剛性ライナー円筒体の前記内径に密に適合する円周を有する、従属円筒柱と、前記円筒ライナーキャップが前記剛性ライナー円筒体の前記口で前記剛性ライナー円筒体の所定の位置に静置できるように、前記剛性ライナー円筒体の外径より大きくかつ前記円筒反応容器の内径より小さい直径を有する、前記従属円筒柱の一端のディスクと、前記円筒ライナーキャップの前記従属円筒柱と前記剛性ライナー円筒体の間にガスを排気する隙間を提供するための前記従属円筒柱の一部としての通路と、を含む、前記ライナーキャップと;
前記円筒反応容器の前記口中で、前記剛性ライナー円筒体の前記口の上方でそれに同軸で及び前記円筒ライナーキャップと同軸で静置するが、前記円筒ライナーキャップを圧迫しない、マイクロ波透過性反応容器プラグと;
前記反応容器プラグを圧迫して、それにより前記反応システムに耐圧閉鎖を提供する、容器システムキャップと;を含む、前記容器システム。 - 前記円筒反応容器がフルオロポリマーで形成され、
前記剛性ライナー円筒体がガラス及び石英からなる群から選択され、
前記円筒ライナーキャップが、化学的に高温に不活性であり、マイクロ波放射を透過するポリマーで形成される、請求項7に記載の容器システム。 - 前記円筒ライナーキャップが、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE、TEFLON(登録商標))、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE、KEL−F(登録商標))、ポリフッ化ビニリデン(PVDF、KYNAR(登録商標)、SYMALIT(登録商標))、ポリ(エチレンクロロトリフルオロエチレン)(ECTFE、HALAR(登録商標))、塩素処理ポリ塩化ビニル(CPVC)、ポリエチレンテレフタラートGコポリマー(PETG/PET)、ポリカーボネート(PC)、パーフルオロアルコキシ(PFA)、フッ化エチレンプロピレン(FEP)及びエチレン−テトラフルオロエチレン(ETFE)からなる群から選択されるポリマーにより形成される、請求項7に記載の容器システム。
- 前記容器システムの前記半径方向耐圧強度を増大させるために、前記円筒反応容器を取り囲み、ならびに前記円筒反応容器及び前記剛性ライナー円筒体の両方と同軸であるマイクロ波透過性円筒補強スリーブを更に含む、請求項7に記載の容器システム。
- マイクロ透過性圧力解放円筒格納容器の内部に同軸で入れ子になった、
マイクロ透過性圧力解放かつ再密閉円筒反応容器であって、
前記入れ子反応容器と前記入れ子格納容器の間の及びそれらにより画定される小さな環状間隙空間を備える、前記反応容器を含む、高温高圧マイクロ波化学反応の容器システム。 - 前記同軸入れ子円筒反応容器が滑動キャップによって閉じており、
前記同軸入れ子円筒格納容器が、浮動プラグ及び前記浮動プラグを圧迫する前記格納容器上のねじ式可撓性キャップによって閉じており、
そこで前記浮動プラグが前記滑動キャップを圧迫する、請求項11に記載の容器システム。 - 前記同軸入れ子円筒反応容器がガラス及び石英からなる群から選択され、
前記同軸入れ子円筒格納容器がフルオロポリマーで形成されている、請求項12に記載の容器システム。 - マイクロ波透過性補強円筒体により取り囲まれる、請求項13に記載の容器システム。
- 前記格納容器上の前記ねじ式可撓性キャップを圧迫する可撓性補強フレーム中に配置される、請求項14に記載の容器システム。
- 一般的なマイクロ波空洞中の請求項11に記載の複数の容器システム。
- 一般的なマイクロ波空洞中の回転台上の請求項14に記載の複数の容器システム。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US16/353,302 US11351515B2 (en) | 2019-03-14 | 2019-03-14 | Pressure-release vessel with rigid proportional liner and associated microwave-assisted chemistry methods |
US16/353,302 | 2019-03-14 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020146681A true JP2020146681A (ja) | 2020-09-17 |
Family
ID=70008253
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020042832A Pending JP2020146681A (ja) | 2019-03-14 | 2020-03-12 | 比例的剛性ライナーを備える圧力放出容器、及び関連するマイクロ波化学反応法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US11351515B2 (ja) |
EP (2) | EP3827896A1 (ja) |
JP (1) | JP2020146681A (ja) |
WO (1) | WO2020186146A1 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113368781B (zh) * | 2021-05-21 | 2023-02-28 | 合肥通用机械研究院有限公司 | 耐腐蚀密封结构和具有该密封结构的双层反应釜 |
Family Cites Families (35)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4105061A (en) | 1975-12-01 | 1978-08-08 | Corning Limited | Pressure vessels |
US4882128A (en) * | 1987-07-31 | 1989-11-21 | Parr Instrument Company | Pressure and temperature reaction vessel, method, and apparatus |
US5264185A (en) | 1989-03-01 | 1993-11-23 | Floyd Terry S | High pressure and high temperature digestion vessel |
US4904450A (en) * | 1989-03-01 | 1990-02-27 | Terry Floyd | High temperature and high pressure digestion vessel assembly |
US5230865A (en) | 1989-09-08 | 1993-07-27 | Cem Corporation | Ventable rupture diaphragm-protected container for heating contained materials by microwave radiation |
DE4143541C2 (de) * | 1991-02-19 | 1999-03-04 | Mls Gmbh | Vorrichtung zum Extrahieren von Proben mittels eines Lösungsmittels bei erhöhter Temperatur |
US5427741A (en) | 1993-05-19 | 1995-06-27 | Cem Corporation | Pressure resistant reinforcing means for containers for materials to be microwave heated |
US5830417A (en) | 1993-09-24 | 1998-11-03 | Duquesne University Of The Holy Ghost | Method and apparatus for microwave assisted chemical reactions |
US20020198230A1 (en) * | 1993-09-24 | 2002-12-26 | Howard M. Kingston | Method and apparatus for microwave assisted chemical reactions |
EP0751809B1 (de) * | 1994-03-22 | 1998-11-11 | LAUTENSCHLÄGER, Werner | Vorrichtung zum aufbereiten und/oder extrahieren von proben mittels eines verdampfungsfähigen mittels bei erhöhter temperatur |
DE4412887C2 (de) | 1994-04-14 | 1998-10-29 | Berghof Lab & Automation | Vorrichtung zur In-Situ Temperaturmessung einer Probe im Druckbehälter |
US6011247A (en) * | 1997-03-03 | 2000-01-04 | Questron Canada Inc. | System for open and closed vessel microwave chemistry |
EP1079923B1 (en) | 1998-04-20 | 2007-02-21 | CEM Corporation | Flexible vessel and frame for microwave assisted chemistry |
US6258329B1 (en) | 1998-04-20 | 2001-07-10 | Cem Corporation | Microwave transparent vessel for microwave assisted chemical processes |
US6084226A (en) * | 1998-04-21 | 2000-07-04 | Cem Corporation | Use of continuously variable power in microwave assisted chemistry |
US6534140B2 (en) | 1999-03-01 | 2003-03-18 | Cem Limited, L.L.C. | Pressure vessel with composite sleeve |
US6287526B1 (en) * | 1999-06-01 | 2001-09-11 | Cem Corporation | Sealing closure for high pressure vessels in microwave assisted chemistry |
US6286702B1 (en) | 1999-11-16 | 2001-09-11 | Henry Buermann | Pressure release safety cap |
DE10016962C2 (de) | 2000-04-06 | 2002-02-14 | Berghof Laborprodukte Gmbh | Vorrichtung zum Aufschluß von Chemikalien |
WO2004022234A2 (en) | 2000-07-25 | 2004-03-18 | Becton, Dickinson And Company | Collection assembly |
US20030127313A1 (en) | 2001-12-20 | 2003-07-10 | Milestone S.R.L. | Device for closing a pot-like digestion vessel |
US20040043500A1 (en) | 2002-08-27 | 2004-03-04 | Rumps J Eric | Wafer-scale microwave digestion apparatus and methods |
US20040179977A1 (en) | 2003-03-10 | 2004-09-16 | Cem Corporation | Controlled Pressure Release Vessel for Microwave Assisted Chemistry |
JP4158988B2 (ja) * | 2003-12-05 | 2008-10-01 | 学校法人日本大学 | マイクロ波加熱用試料分解反応容器 |
EP1921898A1 (en) | 2006-11-13 | 2008-05-14 | Anton Paar GmbH | Method and device for heating multiple samples by microwave radiation |
US7829040B2 (en) * | 2009-03-05 | 2010-11-09 | Cem Corporation | High temperature high pressure vessel for microwave assisted chemistry |
US9237608B2 (en) | 2009-08-14 | 2016-01-12 | Cem Corporation | Pressure stepped microwave assisted digestion |
US20140117008A1 (en) | 2012-10-31 | 2014-05-01 | Mikrowellen-Labor-Systeme Gmbh | Pressure Vessel |
CN204855239U (zh) * | 2015-06-12 | 2015-12-09 | 上海元析仪器有限公司 | 一种零耗材的自恢复式高压消解组合罐 |
CN105056861B (zh) | 2015-09-15 | 2017-06-23 | 上海屹尧仪器科技发展有限公司 | 一种自泄压式单模微波反应系统 |
DE202016101637U1 (de) * | 2016-03-02 | 2017-06-06 | Mwt Ag | Reaktionsbehältersystem mit Rotorelement |
CN205604309U (zh) | 2016-03-30 | 2016-09-28 | 山东科技大学 | 一种双层测斜管帽 |
US10065168B2 (en) | 2016-05-02 | 2018-09-04 | Cem Corporation | High temperature pressure digestion vessel system with dual action seal |
US10758880B2 (en) | 2016-05-04 | 2020-09-01 | Cem Corporation | Acid digestion instrument and vessel system |
US20190291070A1 (en) | 2018-03-23 | 2019-09-26 | Cem Corporation | Vessel and disposable inner sleeve for microwave assisted reactions |
-
2019
- 2019-03-14 US US16/353,302 patent/US11351515B2/en active Active
-
2020
- 2020-03-10 EP EP21151711.5A patent/EP3827896A1/en active Pending
- 2020-03-10 EP EP20162212.3A patent/EP3708249B1/en active Active
- 2020-03-12 JP JP2020042832A patent/JP2020146681A/ja active Pending
- 2020-03-13 WO PCT/US2020/022576 patent/WO2020186146A1/en active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP3827896A1 (en) | 2021-06-02 |
EP3708249A1 (en) | 2020-09-16 |
US11351515B2 (en) | 2022-06-07 |
EP3708249B1 (en) | 2021-09-15 |
WO2020186146A1 (en) | 2020-09-17 |
US20200290001A1 (en) | 2020-09-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8852533B2 (en) | Controlled pressure release vessel for microwave assisted chemistry | |
US10527530B2 (en) | Pressure stepped microwave assisted digestion | |
US10758880B2 (en) | Acid digestion instrument and vessel system | |
US5830417A (en) | Method and apparatus for microwave assisted chemical reactions | |
US20070272542A1 (en) | Method and apparatus for microwave assisted chemical reactions | |
JP2020146681A (ja) | 比例的剛性ライナーを備える圧力放出容器、及び関連するマイクロ波化学反応法 | |
US5883349A (en) | Method and apparatus for microwave assisted chemical reactions | |
JP5042326B2 (ja) | マイクロ波支援の化学のための高温高圧ベッセル | |
JP2020073264A (ja) | デュアルアクションシールを備えた高温高圧分解容器システム | |
Matusiewicz | Systems for microwave-assisted wet digestion | |
JP4266928B2 (ja) | 小容量の試薬でマイクロ波支援の化学を実行するための容器 | |
JP4158988B2 (ja) | マイクロ波加熱用試料分解反応容器 | |
JP2019174460A (ja) | マイクロ波支援反応用容器及び使い捨てインナスリーブ | |
CN110735921B (zh) | 用于封闭微波处理的样品容器的盖 | |
JPH1137911A (ja) | 加圧分解用多重型容器 | |
MX2013003192A (es) | Equipo multifuncional y metodologias para la destilacion, destilacion por arrastre de vapor y extraccion solido-liquido usando microondas como fuente energetica. |