本文帶你了解原位檢測與過(guò)程分析的技術(shù)與應用

　　原位檢測與過(guò)程分析(以下簡(jiǎn)稱(chēng)ICPA)技術(shù)平臺是以自動(dòng)反應量熱儀為基礎，并搭載在線(xiàn)分子光譜儀、在線(xiàn)粘度計、在線(xiàn)pH計、在線(xiàn)顆粒度檢測儀等探頭式原位檢測儀器的高技術(shù)多參量測控平臺。
 

　　通過(guò)對上述儀器組件在硬件與軟件層面的集成，可實(shí)現化學(xué)反應工藝過(guò)程模擬、多參量測控、數據分析與聯(lián)用等功能。
 

　　其中，ICPA技術(shù)平臺的多參量測控功能可原位采集化學(xué)反應過(guò)程中體系溫度、壓力、反應熱、組分、pH值、粘度和顆粒度等參量的實(shí)時(shí)數據，從而高效獲取化學(xué)反應特征信息。
 

　　由于無(wú)須進(jìn)行取樣、樣品前處理等操作，與傳統的離線(xiàn)分析手段相比，ICPA技術(shù)具有不破壞樣品、不引入干擾因素、不丟失過(guò)程信息等優(yōu)勢，可用于反應機理研究、反應風(fēng)險評估、工藝參數快速優(yōu)化等。
 

　　另外，由于具備高自動(dòng)化、高數據通量的特點(diǎn)，該技術(shù)是未來(lái)實(shí)現全自動(dòng)化實(shí)驗室、智能工廠(chǎng)的重要基礎。
 

　　接下來(lái)跟大家分享一下ICPA的應用案例
 

　　有機化學(xué)中從1,4-二羰基化合物產(chǎn)生吡咯、呋喃或噻吩的反應稱(chēng)為Paal-Knorr反應。取代的吡咯、呋喃和噻吩是許多具有生物活性的天然產(chǎn)物和藥物活性成分(APIs)的基本結構單元，因此Paal-Knorr反應是一類(lèi)比較有價(jià)值的合成方法。
 

　　對于利用胺類(lèi)與1,4-二羰基衍生物合成吡咯的Paal-Knorr反應，一般認為半縮醛胺中間體的環(huán)化是反應的決速步驟，因此測定該中間體的生成與變化是研究反應機理的關(guān)鍵。
 

　　本實(shí)驗以2,5-己二酮為底料、滴加乙醇胺的方式進(jìn)行Paal-Knorr吡咯合成。利用ICPA技術(shù)平臺分子光譜(中紅外)原位檢測功能，可表征反應過(guò)程中體系紅外吸收光譜隨時(shí)間變化。
 

　　通過(guò)對全譜圖進(jìn)行基線(xiàn)校正和特征峰趨勢分析，可以識別出反應體系各組分濃度的變化，其中波數1110 cm-1處的吸收峰呈現先上升后下降的趨勢，且符合仲胺基上C-N鍵的伸縮振動(dòng)峰位置，可初步識別為半縮醛胺中間體的特征峰。
 

　　利用特征峰強度變化可對反應物、產(chǎn)物和中間體的濃度及相對濃度變化過(guò)程進(jìn)行半定量分析?？梢园l(fā)現，反應物和產(chǎn)物的相對濃度之和在1110 cm-1吸收峰出現前后恒等于1，且在反應過(guò)程中出現的下降趨勢與1110 cm-1吸收峰的變化趨勢相吻合。由此可以確認1110 cm-1是半縮醛胺中間體的特征峰。
 

　　確認中間體的特征峰之后，可以通過(guò)原位采集紅外數據高效研究工藝條件對反應過(guò)程的影響。如圖6所示，提高反應溫度會(huì )抑制中間體的生成，驗證了半縮醛胺中間體脫水是Paal-Knorr反應的決速步驟，溫度對這一步反應速率的影響更顯著(zhù);
 

　　另外，投料順序也影響反應過(guò)程，以乙醇胺為底料、滴加2,5-己二酮的反應方式?jīng)]有明顯的中間體生成。
 

　　ICPA技術(shù)是現代測控技術(shù)、儀器科學(xué)和現代計量學(xué)的結合體，是研究化學(xué)反應機理與工藝開(kāi)發(fā)的新興手段。后續我們將介紹更多ICPA檢測方法以及該技術(shù)在醫藥、農藥、聚合物、新能源等行業(yè)研發(fā)與生產(chǎn)中的應用實(shí)例。