[發明專利]一種雙向往復式升華結晶裝置及方法

有效

• 申請號: 201510996934.X
• 申請日: 2015-12-28
• 公開（公告）號: CN105536283B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 于秋碩;張田;李曉銳;張香;齊敏;喬小艷
• 申請（專利權）人: 西北大學
• 主分類號: B01D7/02
• 分類號: B01D7/02
• 代理公司: 西安永生專利代理有限責任公司61201
• 代理人: 曹宇飛

技術領域

本發明屬于化學實驗儀器，特別涉及一種能夠實現在同一區域升華與結晶反復操作的雙向往復式升華結晶裝置及方法。

技術背景

升華結晶是由氣態變為固態晶體的結晶過程。由于較少受到其他分子的干擾，升華結晶可以獲得不同于其他結晶方式的晶體結構、形貌。此外，升華結晶的晶體形貌是無干擾條件下結晶自組裝過程特點的反映，可以作為晶體分子模擬結果的參照依據。

目前實驗中的升華裝置多分為升華區和結晶區，固體粉末由升華區氣化，生成的氣態分子轉移至結晶區凝華結晶。整個過程中，氣態分子在結晶區多為自由凝華，由于結晶過飽和度在不同位置的波動，會造成大量的成核現象，最終形成粒度小且不均勻的晶體，小個晶體往往與較大晶體連接在一起。較小的晶體難以滿足晶體結構特性分析的需要，而大晶體分散于小晶體中間，并與之粘連，給樣品的選取造成較大困難。

發明內容

本發明為了克服現有單向的升華結晶裝置所存在的結晶粒度不均、晶體粘連的問題，提供了一種能夠逆向反應，使結晶晶體的粒度相對均勻且能夠實現在結晶區進行升華-結晶反復操作的雙向往復式升華結晶裝置。

同時，本發明還提供了一種利用上述裝置實現升華-結晶反復、連續操作的雙向往復式升華結晶方法。

本發明實現上述目的所采用的技術方案是包括主反應管，在主反應管的兩端分別設置有與主反應管連通的第一載氣管和第二載氣管，在主反應管內腔依次設置有第一結晶管、升華管和第二結晶管，第一結晶管和第二結晶管分布在升華管的兩側并且關于升華管對稱，在主反應管外壁上沿著圓周方向設置有與第一結晶管、升華管以及第二結晶管正對的第一結晶加熱層、升華加熱層和第二結晶加熱層。

上述升華管的中部是圓管結構，兩端是錐形管結構并且其錐度是0.5～1.5。

上述第一結晶管和第二結晶管與升華管相對一側的管口為錐形管結構。

上述第一結晶管和第二結晶管與升華管相對一端的管口截面小于升華管的管口截面。

上述第一結晶管、升華管和第二結晶管的管壁距離主反應管內壁的間隙是1～1.5mm。

上述第一載氣管、第二載氣管、第一結晶管、升華管和第二結晶管與主反應管同軸設置。

一種用上述的雙向往復式升華結晶裝置實現雙向往復式升華結晶的方法，由以下步驟組成：

(1)稱取質量m的待升華的原料粉末放入升華管內，將升華管和第一結晶管、第二結晶管分別轉移至主反應管內對應的中部升華區和兩端的結晶區；

(2)開通第一載氣管和第二載氣管，經第一載氣管向主反應管內通入氮氣，并從第二載氣管排出，排空后設置第一結晶區和第二結晶區的溫度均為T₁，升華區溫度為T₂，T₁<T₂，加熱至設定溫度后保持恒溫，升華區的原料受熱升華為氣態，氮氣流動，帶動原料氣體流經第二結晶區，在第二結晶管內析出結晶；

(3)保持時間t₀后，加熱使第二結晶區升溫至T₂，升華區溫度保持為T₂，轉變氮氣流向，氮氣由第二載氣管進，第一載氣管出，第二結晶區表面的部分結晶顆粒升溫后升華為氣態并與升華區的原料氣體隨著氮氣流動轉移至第一結晶區，并且在第一結晶區內析出晶體，保持t₁時間；

(4)調整第一結晶區的溫度升高至T₂，第二結晶區的溫度降低至T₁，轉變氮氣流向，氮氣由第一載氣管進，第二載氣管出，第一結晶區表面的部分結晶顆粒升溫后升華為氣態并與升華區的原料氣體隨著氮氣流動轉移至第二結晶區，并且在第二結晶區內再次凝華析出晶體，保持t₂時間；

(5)重復步驟(2)和(4)，在第一結晶區和第二結晶區交替升華-結晶，直至晶體達到預設規格，升華區停止加熱，調整第一結晶區和第二結晶區的溫度均為T₁，待升華區溫度降至T₁以下，停止加熱，主反應管內溫度降至室溫，停止通氮氣，取出晶體。

上述T₁為80～150℃，T₂為120～200℃，t₀為5～100h，t₁為5～100h，t₂為5～100h。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：