實驗室流動化學整體解決方案
  1概述：
  近年來，隨著微反應(yīng)連續(xù)化學技術(shù)的普及，不少單位已經(jīng)采購了各類微反應(yīng)器并開始嘗試進行相關(guān)實驗，在實驗過程中已經(jīng)總結(jié)了不少的經(jīng)驗，同時也遇到了不少的問題，對此，歐世盛公司針對流動化學的實驗室硬件及軟件做了大量的了解和開發(fā)工作，現(xiàn)將具體工作簡單總結(jié)如下。
  流動化學實驗室其主要功能應(yīng)著重考慮它的效率、安全及便捷性，針對這個思路我們通過與國內(nèi)外相關(guān)單位的大量交流、實驗，將流動化學實驗室的設(shè)備組成分解如下：
 

圖1 流動化學系統(tǒng)流程圖  如圖所示，物料通過高壓輸液泵輸送到微反應(yīng)器中，在高壓密閉的微通道管路中，通過溫度控制，使合成反應(yīng)能夠快速完成并極大提高收率，背壓閥能夠人為控制反應(yīng)器內(nèi)壓力，物料在出口處通過在線檢測器檢測合成結(jié)果，經(jīng)過檢測后的產(chǎn)品可通過樣品采集器按預(yù)設(shè)的收集條件收集到不同的容器中。整個反應(yīng)系統(tǒng)可通過管理軟件實現(xiàn)自動控制，具有方法建立、模塊搭建、模塊參數(shù)設(shè)置，全反應(yīng)過程參數(shù)實時監(jiān)控，數(shù)據(jù)追溯，用戶管理及智能專家數(shù)據(jù)庫等功能，專用管理軟件可將整個反應(yīng)體系效率發(fā)揮到極致。
  2流動化學的各個模塊存在的問題及解決辦法
  2.1供料系統(tǒng)
  在流動化學中，供料系統(tǒng)的準確性、 穩(wěn)定性、可靠性決定了能否精準完成流動化學反應(yīng)，現(xiàn)有連續(xù)化設(shè)備中供料系統(tǒng)一般多采用不同材質(zhì)、不同流速的高壓恒流輸液泵。傳統(tǒng)的高壓恒流輸液泵在特定條件下具有流量穩(wěn)定、耐壓高、運行可靠、結(jié)構(gòu)簡單，成本較低等特點。歐世盛推出了DP系列雙柱塞高壓恒流輸液泵，流量范圍0.001~500ml/min，壓力范圍0~40 MPa，可以滿足大部分體系供料需求。
 

性能參數(shù)：
    型號 DP-S10 DP-M10 DP-P10 DP-F10 流量范圍 0.001-10.000mL/min 耐壓 40MPa 40MPa 30MPa 2MPa 泵材料 316L Monel k-500 PEEK PTFE 流量準確度 0.5% 流量重復(fù)性 RSD 0.3% 進口管路 OD 1/8" ID 1/16" PFA 管 出口管路 OD 1/16" ID 0.03" PFA/316L/F276管 控制方式 3.1" OLED液晶屏、PC軟件管理系統(tǒng) 通信接口 RS232（標配）、RS485、LAN、藍牙、Wifi（選配） 尺寸（深 寬 高）mm 310 215 140（含泵頭） 輸入電壓 AC 198V-242V 80W
型號 DP-S50 DP-M50 DP-F50 流量范圍 0.001-50.0mL/min 耐壓 25MPa 25MPa 2MPa 泵材料 316L Monel k-500 PTFE 流量準確度 1% 流量重復(fù)性 RSD 0.5% 進口管路 OD 1/8" ID 1/16" PFA 管 出口管路 OD 1/16" ID 0.03" PFA/316L/F276 控制方式 3.1" OLED液晶屏、PC軟件管理系統(tǒng) 通信接口 RS232（標配）、RS485、LAN、藍牙、Wifi（選配） 尺寸（深 寬 高）mm 330 230 150（含泵頭） 輸入電壓 AC 198V-242V 150W
型號 DP-S200 DP-M200 DP-F200 流量范圍 0.1-200mL/min 耐壓 15MPa 15MPa 2MPa 泵材料 316L Monel k-500 PTFE 流量準確度 2% 流量重復(fù)性 RSD 1% 進口管路 OD 1/8" ID 1/16" PFA 管 出口管路 OD 1/16"或1/8 ， ID 0.03" 或1/16 PFA/316L/F276 控制方式 3.1" OLED液晶屏、PC軟件管理系統(tǒng) 通信接口 RS232（標配）、RS485、LAN、藍牙、Wifi（選配） 尺寸（深 寬 高）mm 420 295 195（含泵頭） 輸入電壓 AC 198V-242V 500W
型號 DP-S500 DP-M500 DP-S1000 DP-M1000 流量范圍 1-500.0mL/min 1-1000mL/min 耐壓 10MPa 10MPa 2MPa 2MPa 泵材料 316L Monel k-500 316L Monel k-500 流量準確度 2% 流量重復(fù)性 RSD 1% 進口管路 OD 1/4" ID 3/16" PFA 管 出口管路 OD 1/8" ID 1/16" 316L管 控制方式 3.1" OLED液晶屏、PC軟件管理系統(tǒng) 通信接口 RS232（標配）、RS485、LAN、藍牙、Wifi（選配） 尺寸（深 寬 高）mm 430 310 210（含泵頭） 輸入電壓 AC 198V-242V 500W 但該泵對粘度高、微粒溶液體系等并不適用，還由于很多原料體系并不十分純凈，恒流泵的機械單向閥結(jié)構(gòu)會導(dǎo)致其長期供液時流量精度不準的情況，高壓恒流輸液泵由于單向閥結(jié)構(gòu)的限制，會出現(xiàn)如下情況(1)不能處理長時間輸送格式試劑、有機鋰試劑、高濃度鹽溶液(鹽析出影響單向閥開啟閉合，大大降低了流量精度)(2)高壓體系下輸送物料精度下降(3)不能輸送粘性液體。高壓輸液泵的這些特性限制了其在連續(xù)化學中進一步的廣泛應(yīng)用。 歐世盛為解決這一痛點在國內(nèi)首次推出了無閥雙頭高壓連續(xù)注射泵，雙注射泵無脈動交替運行，無機械單向閥。該泵在連續(xù)反應(yīng)輸送物料過程中具有顯著的優(yōu)勢(1)可輸送高濃度鹽溶液(2)輸送高粘度液體(3)無機械單向閥輸送精度與體系壓力無關(guān)(4)可輸送納米顆粒及懸浮液(5)兼容高壓恒流泵物料輸送能力。目前歐世盛提供兩型HP-高壓注射泵和LP-低壓注射泵，流量范圍0.001-100mL可選，可提供0-3Mpa的泵送壓力。
 

HP-高壓注射泵性能參數(shù): 型號 HP-S10 HP-S50 HP-S100 驅(qū)動方式 雙注射泵 流量范圍 0.01-10.0mL/min 0.01-50.0mL/min 0.01-100.0mL/min 泵體材料 316L 316L 316L 耐壓 3MPa 3MPa 3MPa 長期工作壓力 0.01-3MPa 0.01-3MPa 0.01-3MPa 每步注射量 0.8 m   最小速度 0.15mm/min   最大速度 320mm/min   流量準確度 0.5%   流量重復(fù)性 RSD 0.3%   進口管路 OD 1/8" ID 1/16" PFA 管   出口管路 OD 1/8" ID 1/16" 或OD 1/16" ID 0.03" 316L/F276管 控制方式 3.1" OLED液晶屏、PC軟件管理系統(tǒng) 通信接口 RS232（標配）、RS485、LAN、藍牙、Wifi（選配） 尺寸（深 寬 高）mm 410 260 360（含泵頭） 輸入電壓 AC 198V-242V 200W   LP-低壓注射泵性能參數(shù):
  型號 LP-2 LP-10 LP-20 LP-50 流量范圍 0.001-2mL/min 0.005-50mL/min 0.01-20mL/min 0.1-50mL/min 單注射器內(nèi)體積 1mL 5mL 10mL 20mL 每步注射量 0.006 L 0.03 L 0.06 L 0.12 L 驅(qū)動方式 雙注射泵 泵材料 玻璃/PTFE/FEP 耐壓 0.6MPa 長期工作壓力 0.3MPa 最小速度 0.06mm/min 最大速度 120mm/min 流量準確度 0.5%（滿量程） 流量重復(fù)性 RSD 0.3%（滿量程） 進口管路 OD 1/8" ID 1/16" PFA 管 出口管路 OD 1/8" ID 1/16" PFA管 控制方式 3.1" OLED液晶屏、PC軟件管理系統(tǒng) 通信接口 RS232（標配）、RS485、LAN、藍牙、Wifi（選配） 尺寸（深 寬 高）mm 320 190 380（含泵頭） 輸入電壓 AC 198V-242V 120W   2.2微反應(yīng)器
  目前在國內(nèi)有多家制作加工微反應(yīng)器的企業(yè)，樣式有板式、管式，材料有碳化硅、不銹鋼、哈氏合金等多種規(guī)格，但在流動化學中，微反應(yīng)器的關(guān)鍵在于設(shè)計，不同反應(yīng)類型需要配置不同的微反應(yīng)器。歐世盛公司已跟多家微反應(yīng)器供應(yīng)商建立聯(lián)系，公司的應(yīng)用部門可協(xié)助用戶選擇一款更適合的微反應(yīng)器。并可以協(xié)助聯(lián)系國內(nèi)頂尖流動化學研究團隊，協(xié)助工藝開發(fā)。
  2.3壓力控制模塊---全自動背壓調(diào)節(jié)器
  在連續(xù)化反應(yīng)過程中，體系壓力需要通過調(diào)節(jié)背壓閥來進行控制。在應(yīng)用過程中需要調(diào)節(jié)壓力的反應(yīng)包括高溫高壓反應(yīng)、氣體參與的反應(yīng)(氫化反應(yīng)、氧化反應(yīng)、插羰反應(yīng)、氯化反應(yīng)、氨化反應(yīng))、有氣體生成的反應(yīng)(吲哚合成反應(yīng)、重氮反應(yīng))、低沸點溶劑高溫反應(yīng)。
  目前實驗室采用手動調(diào)壓閥進行體系壓力控制，存在體系壓力控制不準、手動調(diào)節(jié)頻繁、壓力數(shù)據(jù)無法追蹤的問題。基于目前實驗室應(yīng)用現(xiàn)狀，歐世盛公司在國內(nèi)首次設(shè)計開發(fā)出一款智能全自動背壓閥。其具有顯著的特點(1)內(nèi)置自學習功能，通過自學功能，可在3秒內(nèi)可快速實現(xiàn)壓力調(diào)節(jié)，提高效率(2)課遠程電腦控制(3)設(shè)定壓力梯度。該自動部件的出現(xiàn)提高了工藝開發(fā)效率，配合在線檢測器及樣品采集器，為工藝開發(fā)提供了有力工具。
 

全自動背壓調(diào)節(jié)器性能參數(shù)：
型號 BP  A/100/250/500/1500/3000/6000 壓力控制范圍 0-100/250/500/1500/3000/6000psi 接觸介質(zhì)材料 316L 控制精度 1% 閥響應(yīng)時間 3S 使用溫度 -40oC-70oC 進液出液口螺紋 10-32UNF 控制方式 3.1" OLED液晶屏、PC軟件管理系統(tǒng) 通信接口 RS232、RS485、Wifi（選配） 尺寸（深 寬 高）mm 300 105 110 允許環(huán)境溫度 5 oC -50 oC 輸入電壓 AC 198V-242V 150W   2.4在線檢測模塊
  目前在實驗室，合成反應(yīng)中樣品檢測都需要借助單獨的檢測設(shè)備，如：HPLC、MS(LCMS,GCMS)、NMR進行檢測。此過程包括了反應(yīng)淬滅，樣品前處理，樣品配置，樣品檢測，樣品回收及后處理。對于監(jiān)測正在進行中的反應(yīng)，其存在著諸多弊端：(1)不能真實反應(yīng)體系中各組份的真實含量；(2)無法實時監(jiān)測連續(xù)反應(yīng)合成實驗的反應(yīng)變化情況；(3)操作復(fù)雜，檢測結(jié)果受人為影響；(4)時間成本高，分析效率低下等。
  連續(xù)流合成反應(yīng)與連續(xù)在線檢測的組合在流動化學應(yīng)用中是完美結(jié)合，有效的在線檢測將對反應(yīng)體系進行持續(xù)的監(jiān)測和瞬時檢測，包括反應(yīng)物、瞬態(tài)中間產(chǎn)物和最終產(chǎn)物。在實際應(yīng)用中，有幾種分析檢測技術(shù)如NIR、拉曼光譜、UV，HPLC、GC、MS已經(jīng)成功應(yīng)用于連續(xù)流動化學反應(yīng)。歐世盛公司根據(jù)流動化學實際應(yīng)用需求，在業(yè)界首次推出UV-Vis、NIR、拉曼光譜三款在線檢測器儀器，以適用于制藥、化工領(lǐng)域的在線檢測。
  在線UV-Vis檢測器
  具有較好的選擇性和較高的靈敏度，而且對環(huán)境溫度、流動相組成變化和流速波動不敏感。適用范圍氫化反應(yīng)、顯色反應(yīng)、染料合成、中藥等。
  性能指標：
  型號 UV-Vis-950 波長范圍 200-950nm 波長準確度 1nm 噪聲 0.005Abs 信噪比 1000:1 光譜帶寬 8nm、4nm可選 池體積 20 L、10 L可選 浸出液接口規(guī)格 10-32UNF 通信接口 USB 尺寸（深 寬 高）mm 300 105 110 允許相對濕度 80% 輸入電壓 AC 198V-242V 10W   在線NIR檢測器
  近紅外光譜儀在常規(guī)光纖中有良好的傳輸特性，且分析速度快、非破壞性、多組分多通道同時測定等特點。適合絕大多數(shù)的有機化學反應(yīng)。
  性能參數(shù):

  型號 NIR-2500 波長范圍 1350-2500nm 光譜分辨率 8/16nm@1550nm 波長準確度 1.5nm@1400nm 波長重復(fù)性 0.1nm@1400nm 光度準確度 0.001Abs 穩(wěn)定性  1.0%T (@0Abs, 30min) 噪聲 0.0001AU 3s測量時間 接收器 inGaAs 流通池體積 20 L、10 L可選 流通池光程 3nm、10nm可選 近紅外光源壽命 2000h 進出液接口規(guī)格 10-32UNF 通信接口 USB 尺寸（深 寬 高）mm 300 105 110 允許環(huán)境溫度 5 oC -50 oC 允許相對濕度 80% 輸入電壓 AC 198V-242V 50W 在線拉曼檢測器
  每種物質(zhì)都有其特征的拉曼光譜，利用拉曼光譜可以鑒別和分析樣品的化學成分和分子結(jié)構(gòu)，可進行未知物質(zhì)的無損鑒定。拉曼光譜技術(shù)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于化工、化學、醫(yī)藥、生命科學等領(lǐng)域，因此在線拉曼光譜將成為流動化學最為重要的在線檢測器之一。
  性能參數(shù):
  型號 RAMAN-1000 激光波長 785nm 頻移范圍 100 ~ 3200cm-1 分辨率  8 cm-1 波長準確度 0.5nm 波長重復(fù)性 0.1nm 噪聲 0.003Abs 積分時間 5ms  60s 進出液接口規(guī)格 10-32UNF 通信接口 USB 尺寸（深 寬 高）mm 300 105 110 允許環(huán)境溫度 5 oC -50 oC 允許相對濕度 80% 輸入電壓 AC 198V-242V 10W 2.5樣品采集模塊
  目前流動化學實驗室樣品分析都是由人工定期采集樣品，拿到實驗室用HPLC、GC、MS等常規(guī)檢測手段進行檢測，以判斷流動化學所合成樣品，是否滿足要求。此種方式，存在效率低，誤差大，占用大量人工，耗時耗力，且無法做到檢測結(jié)果的溯源。歐世盛公司針對此需求設(shè)計開發(fā)了樣品采集器，可與HPLC、GC、MS檢測做到無縫對接，根據(jù)不同收集需求，提供了時間間隔收集、體積收集、與在線檢測器聯(lián)用實現(xiàn)閾值收集、斜率收集等多種收集方式，同時可與高壓恒流輸液泵、微反應(yīng)器溫度、系統(tǒng)壓力自動調(diào)節(jié)、在線檢測器聯(lián)動，為優(yōu)化流動合成結(jié)果提供有效的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。樣品采集器的成功應(yīng)用，能夠在有效提高工作效率的同時降低過程操作誤差，極大減少了人工工作量。
 

樣品采集模塊性能參數(shù):
  型號 AS - 100 收集樣品容量 2  50樣品盤（2mL 樣品瓶） 采樣環(huán)體積 100 L 注射器體積  2.5mL 樣品收集最小間隔時間 2min 收集針定位精度 0.6mm 采集方式 全定量環(huán)采集 采集樣品重復(fù)性 0.3% 采集樣品殘留 0.1% 進出液接口規(guī)格 1/4-28UNF 通信接口 RS232(標配)、RS485、wifi(選配) 允許環(huán)境溫度 5 oC -50 oC 允許相對濕度 80% 輸入電壓 AC 198V-242V 150W   軟件管理軟件：
  流動化學工藝的反應(yīng)類型有成百上千種，反應(yīng)條件的設(shè)置也極其復(fù)雜，一款整體系統(tǒng)管理控制軟件變得至關(guān)重要。基于此需求歐世盛推出了一款全新流動化學專用軟件，此軟件采用模塊化、積木搭建模式，用戶可完全根據(jù)自身流動化學工藝應(yīng)用特點，在軟件中自由搭建流動化學各模塊單元及數(shù)量，包括高壓恒流輸液泵、反應(yīng)體系加熱制冷裝置、壓力控制模塊，在線檢測模塊，樣品采集模塊等等，同時可通過離線仿真模式，模擬流動化學整個系統(tǒng)工作情況。軟件采用項目管理方式，用戶通過向?qū)В笇?dǎo)用戶一步步搭建流動化學系統(tǒng)，同時通過交互式界面，形象反映出各模塊單元的工作狀態(tài)，如流速、壓力、溫度、檢測圖譜、收集結(jié)果等。軟件有兩種工作模式可供選擇，即專業(yè)模式，專家模式等，針對不同用戶需求，如專業(yè)模式，軟件會提供一些基本組建流動化學素材及一些簡單使用案例，用戶可參考其提供信息，熟悉了解流動化學，并逐步開始更加深入的應(yīng)用；專家模式，提供了系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化方案，通過大數(shù)據(jù)分析協(xié)助用戶提高工藝開發(fā)進程，將流動化學各?？蓛?yōu)勢發(fā)揮到極致。
 

流動化學目前在國內(nèi)尚屬起步階段，絕大多數(shù)用戶對此工藝有迫切需求，但苦于國內(nèi)成功示范的企業(yè)很少，在實際實驗過程中耗費了大量的時間用于摸索和試錯，歐世盛公司現(xiàn)將流動化學的工藝與相關(guān)儀器和軟件做了完整的智能化集成整合，這樣將更有利于用戶順利開展相關(guān)的實驗及工藝摸索，歐世盛公司今后將根據(jù)流動化學在不同行業(yè)的應(yīng)用特征繼續(xù)推出更為實用和智能的應(yīng)用型儀器裝備。