光化學流動反應器以無與倫比的精度將光直接輸送到液相反應中。這些系統持續推動化學轉化，使用聚焦光和受控流量來提高效率、安全性和可擴展性。本文逐步解釋了它們的設計和功能，以準確展示它們的運作方式以及它們在現代合成化學中的重要性。

什么是光化學流動反應器？

光化學流動反應器通過狹窄的、通常是微結構的管道引導液相反應物，這些管道暴露在受控光源下，通常是 LED 或調諧到特定波長的激光器。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，與批處理系統相比，這提高了光子吸收效率。通過保持層流和嚴格調節停留時間，這些反應器可在反應介質中實現一致的輻照。這種均勻的曝光消除了梯度驅動的低效率，如局部過熱或不完全轉換，這些都會限制批量設置。流式平臺還允許精確調節反應參數，如溫度、壓力和流速，這使得它們在保持選擇性和重現性的同時，對于放大光化學過程是必不可少的。

關鍵組件及其工作原理

1. 光源

任何光反應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光（通常為280nm至550nm）的 LED 陣列。在MF-V6G等反應器中，LED光源安裝在可互換的模塊中，允許化學家調整波長以滿足他們的反應要求。

2. 反應器路徑

這是反應物經過的實際路線。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

反應器路徑由紫外線透明材料制成，因此光子可以穿透并觸發化學反應。

3. 外殼和光學系統

外殼保護用戶免受有害紫外線輻射，同時液冷散熱排出紅外熱，從而優化反應性能和熱安全性。

4. 溫度控制

光化學反應會產生大量熱量。許多反應器包括：

空氣冷卻系統（風扇或管道）

水套或熱塊

這確保了高能燈產生的熱量不會降解反應物或扭曲反應條件。溫度穩定性對于可重現的光化學至關重要。

5. 泵和流量控制

雖然從技術上講是外部的，但流量控制至關重要。泵以規定的流速將反應物輸送到反應器中，該流速決定了停留時間（溶液被照射的時間）。背壓調節器也可用于保持壓力并防止在反應過程中形成氣體或蒸汽氣泡。

工作原理：循序漸進

1、加載系統：儲液罐裝滿反應物溶液并連接到泵。

2、起始流動：泵驅動溶液通過反應器的流路。

3、照明和反應：當溶液通過透明管或通道時，它會暴露在光源下。分子吸收光子并進入激發態，啟動所需的光化學轉變。

4、溫度穩定：主動冷卻將反應器保持在所需的設定點（例如 25 °C），確保來自光的熱量不會破壞反應。

5、產品系列：反應溶液離開反應器并被收集或送至下游處理。由于流動是連續的，因此反應器可以運行數小時，從而生產出可縮放數量的產品。

反應器設計變化

· 帶燈的線圈反應器：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度的可擴展停留時間。

· 帶 LED 的微反應器：緊湊的芯片式設計，適用于小規模或高通量實驗。LED 提供直接、均勻的照明。

批處理與連續流

實際示例工作流程

假設您正在進行 365 nm 光化學氧化：

第 1 步：準備您的溶液（底物、催化劑、溶劑）。

第 2 步：將泵設置為 5mL/min。

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

第 4 步：使用液冷裝置將反應器保持在 25 °C。

第 5 步：當溶液流過微通道（4.6分鐘的停留時間）時，它會變成藍色，表明產物形成。流出物收集在培養瓶中。

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，從而實現一致的轉化率和最少的副產品。

調整條件

· 光強度：通過電源設置進行調整或選擇輸出較高的燈泡。

· 波長：交換 LED 燈或汞燈模塊。

· 流速：流速較慢 = 停留時間較長 = 轉化率較高。

· 溫度：通過內置冷卻/加熱控制。

最后的思考

光化學流動反應器，如MF-V6G，采用精密工程設計，可提供可靠、高效和安全的光驅動合成。它們的模塊化、控制系統和內置安全功能使其成為現代實驗室中不可或缺的工具。

通過了解這些組分如何協同工作（從光傳輸到溫度控制），您可以更有信心和可擴展性地進行光化學反應。想看看光化學流動反應器的運行情況嗎？如果您想了解更多信息，請聯系我們。