高溫原位顯微拉曼樣品池的製作方法

2023-06-26 22:10:51

專利名稱：高溫原位顯微拉曼樣品池的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種原位拉曼樣品池。
目前，由於普通的拉曼光譜儀對所測試樣品與透鏡距離要求不是很嚴格，因而傳統的高溫原位拉曼樣品池設計時一般將樣品放在池正中心，距譜儀透鏡較遠(通常大於5cm)，以保證樣品可以在池內升到足夠高的溫度。魏昭彬等設計了普通高溫原位拉曼樣品池(辛勤主編，催化研究中的原位技術，原位雷射拉曼技術在多相催化研究中的應用，北京大學出版社，1993224)整個池子由石英玻璃製作，頂部為氣體進出口和加熱電爐絲及熱電偶出口，並配有水冷卻套的磨口活塞密封，樣品池底部為球形，催化劑放在中央，距窗口2～4cm。雷射從窗口入射到樣品上，從另一垂直的窗口收集散射信號，池子頂部溫度可達500～600℃，連續真空系統可抽空到1.33×10-3Torr以上。
廈門大學化學系催化教研室廖遠琰等設計(辛勤主編，催化研究中的原位技術，Raman光譜方法在催化研究中應實例枚舉，北京大學出版社，1993253)的樣品池由垂直放置的透明石英管、金屬端蓋、帶冷卻水套基座、熱電偶、電熱器組件及金屬外保護等主要部件構成。石英管經O圈、壓環、螺母等與帶冷卻水套的基座內壁成側面密封。上下端蓋分別設有氣體出口和進口管。採用內熱式電熱器組件從下端蓋加入的方式。上下基座間加套闢有通光口的金屬護套管，既可防患高壓下石英管脫落或破裂，又可兼起隔熱作用。當在300℃高溫下進行測試時，可在金屬護套管上加罩鋁箔並塗上珍珠巖保溫層，可大大減少熱輻射對儀器可能的損害。必要時還可通水冷卻。該池結構簡單，工作溫度可高至～700℃，並能經受一定壓力(～1.5MPa)，尤其適合於加壓高溫的反應現場的光譜測試。由於採用直立管式，容易與JYU1000Raman譜儀的背反射附件直接配套使用。隨著科學技術的新發展，在九十年代中期出現一種新的共焦顯微拉曼光譜儀LABRAM(法國Dilor公司制)。它採用一種新的光學濾波器Notch Filter高效地濾除了瑞利線，僅用一級0.5米光柵光譜儀分光，因而信號的傳輸效率大大提高；加之配備高靈敏度的CCD探測器，因而和傳統的拉曼光譜儀相比，LABRAM型共焦顯微拉曼光譜儀具有靈敏高(提高102～103倍)和掃描速度快等優點，給拉曼光譜帶來新的生命力。但由於該譜儀要求待測樣品與透鏡距離不得超過8mm，且透鏡表面塗有一層有機物膜，它在高溫非常容易變質，這樣傳統的高溫原位拉曼樣品池因較難符合這些要求而無法再用。
本實用新型的目的在於提供一種供高溫原位檢測樣品表面信息的高溫石英原位顯微拉曼樣品池。
本實用新型包括池體、加熱電阻絲、熱電偶、冷凝水套、進出水口、進出氣管，池體用石英玻璃製成，熱電偶置於池體內，加熱電阻絲繞成螺旋狀密封在石英管內作為加熱源，石英管內充入惰性氣體。樣品池頂部設裝有兩塊石英窗片的水冷卻層，厚度為3～6mm。池體外設保溫層和進出氣管，池體底部用磨口活塞密封，冷凝水套置於磨口外，冷凝水套設有進出水口。
置放加熱電阻絲的石英管呈圓形或橢圓形，且距離石英窗片1～3mm。
本實用新型由於頂部設有一個水冷卻系統，不僅可減少信號損失，而且使溫度可以在極短的距離內(7～8mm)由測試樣品處的750℃降到聚焦鏡頭處的室溫，以避免高溫對光譜儀聚焦透鏡的損傷。樣品池真空度可抽到10-4Torr以上。測試樣品壓成薄片後置於加熱源上，距石英窗片1～3mm，這樣便保證諧儀聚焦鏡頭與樣品距離在8mm以內。整個樣品池用石英玻璃製做，底部用磨口密封。磨口外用水冷卻降溫，使得池子氣密性良好。本原位顯微拉曼樣品池適用於高溫原位檢測在各種氣氛下(對石英玻璃有腐蝕性氣體除外)樣品表面和表面物種信息。


圖1為本實用新型的結構示意圖。
圖2為CeO2/BaF2甲烷氧化偶聯催化劑吸附氧後在不同溫度下的原位顯微拉曼光譜圖。
以下實施例結合附圖對本實用新型的結構和優點作進一步的說明。
如圖1所示，池體由光學石英玻璃製成，厚0.5～2mm，圓形石英窗片(1)置於池體頂部，厚度為3～6mm，構成樣品池頂部水冷卻層，進出水口(2，3)位於兩側。加熱電阻絲(13)採用鉬絲或鎢絲，繞成螺旋狀密封在石英管內形成加熱源(5)，石英管內充入惰性氣體。池體外設石棉保溫套(4)和進出氣管(7，8)，池體底部用磨口活塞(12)密封，磨口冷凝水套(10)置於磨口外，磨口冷凝水套出水口(9)池體頂部水冷卻進水口(2)用橡皮管連接，冷凝水套還有進水口(11)。熱電偶(6)置於池體內，用於指示池內溫度。雷射經譜儀聚焦透鏡後經過一個3～6mm厚包括兩塊石英窗片(1)和一個水冷卻層聚焦於樣品表面，樣品表面散射信號沿原路收集回譜儀檢測系統。出氣口可與大氣相通或真空系統相連，可對樣品進行高溫抽空預處理，也可以通入各種氣體對催化劑進行製備條件、活化處理和反應氣氛下的物相結構變化進行研究。該樣品池可以用於考察反應條件下催化劑表面形貌，特別是原位跟蹤反應分子在催化劑表面的活化和轉化情況，從而推斷氣固催化反應的機理。另外還可用於研究樣品的表面性質，如酸鹼性、氧化還原等。
該原位顯微拉曼樣品池可應用於甲烷氧化偶聯反應、甲烷氧化制合成氣和低碳烷烴(C2～C4)臨氧定向選擇轉化等研究，圖2為CeO2/BaF2甲烷氧化偶聯催化劑吸附氧後在不同溫度下的原位顯微拉曼光譜圖。在高溫下(750℃)催化劑表面上檢測到超氧物種(1165cm-1)和晶格氧物種(238，451cm-1)，並且發現這些氧物種在高溫下能轉化甲烷、乙烷和乙烯。
權利要求1.高溫原位顯微拉曼樣品池，包括池體、加熱電阻絲、熱電偶、冷凝水套、進出水口、進出氣管，池體用石英玻璃製成，熱電偶置於池體內，其特徵在於加熱電阻絲繞成螺旋狀密封在石英管內作為加熱源，石英管內充入惰性氣體；樣品池頂部設裝有兩塊石英窗片的水冷卻層，厚度為3～6mm；池體外設保溫層和進出氣管；池體底部用磨口活塞密封，冷凝水套置於磨口外，冷凝水套設有進出水口。
2.如權利要求1所述的高溫原位顯微拉曼樣品池，其特徵在於置放加熱電阻絲的石英管呈圓形或橢圓形，且距離石英窗片1～3mm。
專利摘要涉及一種原位拉曼樣品池,池體用石英製成,熱電偶置於池體內,電阻絲繞成螺旋狀密封在石英管內作為加熱源,樣品池頂部設裝有兩塊石英窗片的水冷卻層,池體外設保溫層,池體底部用磨口活塞密封,磨口外置設冷凝水套。由於頂部設有水冷卻系統,既可減少信號損失,又使溫度可在極短的距離內由測試樣品處的750°降到聚焦鏡頭處的室溫,以避免高溫對光譜儀聚焦透鏡的損傷,可適用於高溫原位檢測在各種氣氛下樣品表面信息。
文檔編號G01N21/63GK2278217SQ9620085
公開日1998年4月8日 申請日期1996年5月16日 優先權日1996年5月16日
發明者龍瑞強, 黃亞萍, 萬惠霖 申請人:廈門大學