光化學(xué)流動(dòng)反應(yīng)器以無與倫比的精度將光直接輸送到液相反應(yīng)中。這些系統(tǒng)持續(xù)推動(dòng)化學(xué)轉(zhuǎn)化，使用聚焦光和受控流量來提高效率、安全性和可擴(kuò)展性。本文逐步解釋了它們的設(shè)計(jì)和功能，以準(zhǔn)確展示它們的運(yùn)作方式以及它們?cè)诂F(xiàn)代合成化學(xué)中的重要性。

什么是光化學(xué)流動(dòng)反應(yīng)器？

光化學(xué)流動(dòng)反應(yīng)器通過狹窄的、通常是微結(jié)構(gòu)的管道引導(dǎo)液相反應(yīng)物，這些管道暴露在受控光源下，通常是 LED 或調(diào)諧到特定波長(zhǎng)的激光器。這種幾何形狀最大限度地提高了每單位體積的光子通量，并確保了高表面積與體積比，與批處理系統(tǒng)相比，這提高了光子吸收效率。通過保持層流和嚴(yán)格調(diào)節(jié)停留時(shí)間，這些反應(yīng)器可在反應(yīng)介質(zhì)中實(shí)現(xiàn)一致的輻照。這種均勻的曝光消除了梯度驅(qū)動(dòng)的低效率，如局部過熱或不完全轉(zhuǎn)換，這些都會(huì)限制批量設(shè)置。流式平臺(tái)還允許精確調(diào)節(jié)反應(yīng)參數(shù)，如溫度、壓力和流速，這使得它們?cè)诒３诌x擇性和重現(xiàn)性的同時(shí)，對(duì)于放大光化學(xué)過程是必不可少的。

關(guān)鍵組件及其工作原理

1. 光源

任何光反應(yīng)器的核心都是其光源，通常是提供廣譜紫外線的紫外燈（低壓或中壓汞）或有效提供特定波長(zhǎng)光（通常為280nm至550nm）的 LED 陣列。在MF-V6G等反應(yīng)器中，LED光源安裝在可互換的模塊中，允許化學(xué)家調(diào)整波長(zhǎng)以滿足他們的反應(yīng)要求。

2. 反應(yīng)器路徑

這是反應(yīng)物經(jīng)過的實(shí)際路線。它可以包括圍繞燈的盤繞 FEP 、石英管，或由 LED 照亮的微流體芯片

反應(yīng)器路徑由紫外線透明材料制成，因此光子可以穿透并觸發(fā)化學(xué)反應(yīng)。

3. 外殼和光學(xué)系統(tǒng)

外殼保護(hù)用戶免受有害紫外線輻射，同時(shí)液冷散熱排出紅外熱，從而優(yōu)化反應(yīng)性能和熱安全性。

4. 溫度控制

光化學(xué)反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生大量熱量。許多反應(yīng)器包括：

空氣冷卻系統(tǒng)（風(fēng)扇或管道）

水套或熱塊

這確保了高能燈產(chǎn)生的熱量不會(huì)降解反應(yīng)物或扭曲反應(yīng)條件。溫度穩(wěn)定性對(duì)于可重現(xiàn)的光化學(xué)至關(guān)重要。

5. 泵和流量控制

雖然從技術(shù)上講是外部的，但流量控制至關(guān)重要。泵以規(guī)定的流速將反應(yīng)物輸送到反應(yīng)器中，該流速?zèng)Q定了停留時(shí)間（溶液被照射的時(shí)間）。背壓調(diào)節(jié)器也可用于保持壓力并防止在反應(yīng)過程中形成氣體或蒸汽氣泡。

工作原理：循序漸進(jìn)

1、加載系統(tǒng)：儲(chǔ)液罐裝滿反應(yīng)物溶液并連接到泵。

2、起始流動(dòng)：泵驅(qū)動(dòng)溶液通過反應(yīng)器的流路。

3、照明和反應(yīng)：當(dāng)溶液通過透明管或通道時(shí)，它會(huì)暴露在光源下。分子吸收光子并進(jìn)入激發(fā)態(tài)，啟動(dòng)所需的光化學(xué)轉(zhuǎn)變。

4、溫度穩(wěn)定：主動(dòng)冷卻將反應(yīng)器保持在所需的設(shè)定點(diǎn)（例如 25 °C），確保來自光的熱量不會(huì)破壞反應(yīng)。

5、產(chǎn)品系列：反應(yīng)溶液離開反應(yīng)器并被收集或送至下游處理。由于流動(dòng)是連續(xù)的，因此反應(yīng)器可以運(yùn)行數(shù)小時(shí)，從而生產(chǎn)出可縮放數(shù)量的產(chǎn)品。

反應(yīng)器設(shè)計(jì)變化

· 帶燈的線圈反應(yīng)器：其中盤繞管纏繞在中央燈上。這確保了均勻的照射和基于線圈長(zhǎng)度的可擴(kuò)展停留時(shí)間。

· 帶 LED 的微反應(yīng)器：緊湊的芯片式設(shè)計(jì)，適用于小規(guī)模或高通量實(shí)驗(yàn)。LED 提供直接、均勻的照明。

批處理與連續(xù)流

實(shí)際示例工作流程

假設(shè)您正在進(jìn)行 365 nm 光化學(xué)氧化：

第 1 步：準(zhǔn)備您的溶液（底物、催化劑、溶劑）。

第 2 步：將泵設(shè)置為 5mL/min。

第 3 步：在MF-V6G(CRT)上選擇一個(gè) 365 nm LED 模塊。

第 4 步：使用液冷裝置將反應(yīng)器保持在 25 °C。

第 5 步：當(dāng)溶液流過微通道（4.6分鐘的停留時(shí)間）時(shí)，它會(huì)變成藍(lán)色，表明產(chǎn)物形成。流出物收集在培養(yǎng)瓶中。

由于條件是固定的，因此液體的每一部分都恰好看到4.6分鐘的光，從而實(shí)現(xiàn)一致的轉(zhuǎn)化率和最少的副產(chǎn)品。

調(diào)整條件

· 光強(qiáng)度：通過電源設(shè)置進(jìn)行調(diào)整或選擇輸出較高的燈泡。

· 波長(zhǎng)：交換 LED 燈或汞燈模塊。

· 流速：流速較慢 = 停留時(shí)間較長(zhǎng) = 轉(zhuǎn)化率較高。

· 溫度：通過內(nèi)置冷卻/加熱控制。

最后的思考

光化學(xué)流動(dòng)反應(yīng)器，如MF-V6G，采用精密工程設(shè)計(jì)，可提供可靠、高效和安全的光驅(qū)動(dòng)合成。它們的模塊化、控制系統(tǒng)和內(nèi)置安全功能使其成為現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)室中不可或缺的工具。

通過了解這些組分如何協(xié)同工作（從光傳輸?shù)綔囟瓤刂疲?，您可以更有信心和可擴(kuò)展性地進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)。想看看光化學(xué)流動(dòng)反應(yīng)器的運(yùn)行情況嗎？如果您想了解更多信息，請(qǐng)聯(lián)系我們。