实验室光化学反应器 CY-GHX-DC 光催化反应釜 紫光源化学反应装置

1 科学背景

化学是创造新物质的科学，合成化学是人类认识物质和创造物质的重要途径与手段。随着各种和产业的发展，人类对物质的功能不断提出新的要求，合成化学的突破和新物种的出现将大地推动科学发展和社会进步。

传统的化学是分子处于基态发生的化学，而光化学是研究分子和原子电子激发态的化学，它所涉及光的波长范围通常为100—1000纳米，即由深紫外至近红外波段。激发态分子的电子转移、能量传递和化学转换广泛存在于多种光化学、光物理和光生物过程中，电子激发态分子的性质和化学反应机理、动力学过程往往与基态分子不同，研究激发态分子的性质和变化规律具有重要的科学意义和应用价值。随着光化学理论的建立和光化学研究技术的发展，近紫外和可见光区的光化学和光物理研究得到快速发展，光化学在合成化学、材料科学、信息科学、能源科学、生命科学以及环境科学等领域发挥了很大作用。但由于缺乏光源，有关深紫外区域的光化学研究工作开展得少。

只有吸收光的分子才能发生光化学反应，这是光化学Dyi定律。迄今为止，化学家们已合成3000多万个化合物，其中在紫外和可见光区有吸收的化合物不到总量的10％，这些化合物的光化学已被研究的比较清楚，相关研究为现代分子光化学理论的建立提供了实验基础，并使光化学在各研究领域得以发展和应用。更多的化合物吸收在深紫外区，由于缺乏相应的光源，这些占合成化合物总量约化合物的光化学研究尚不多见。深紫外激光光源的发展，为只在深紫外区域有吸收的大量化合物的光化学研究提供了可能。利用深紫外激光激发这些化合物，将有可能对其激发态的光物理和光化学过程进行观察，发现新的反应，创造新的物质，发展新的理论，


基于此，在2007年设立的“深紫外固态激光源前沿装备研制”项目中，由中科院理化技术所牵头，利用具有自主知识产权的深紫外激光光源技术，开展了“深紫外激光光化学反应仪与在线检测系统研制”的工作。

2 装置综述

该项目的目标是研制一套深紫外激光光化学反应仪与在线检测系统，使用自主研制的深紫外激光光源，将深紫外激光光源与快速时间分辨技术相结合，实现对深紫外激光光化学反应的研究，并对反应中间体及反应动力学过程间分辨检测，时间分辨可达ps量J。

该装置有4个部分：光化学反应腔及特殊样品池；稳态光化学反应检测子系统；时间分辨发光光谱检测子系统；瞬态吸收光谱检测子系统。

（1）光化学反应腔及特殊样品池。痕量的氧气或水蒸气对深紫外光的吸收和衰减影响明显，深紫外光的传输和光化学反应在高真空或高纯保护气氛下进行，对真空腔和样品池的密闭性和压力承受方面的设计要求比较高。根据系统要求，委托在真空领域具有丰富经验的北京中科科仪技术发展有限责任公司进行了真空腔的设计和加工。另外，根据系统真空度的要求，并结合腔体的大小，采用了德国普发MVP070隔膜泵作为前J，与TMU261和Hicube80分子泵一起构成二J真空系统，分别对深紫外腔体和光化学反应腔体进行抽真空处理，30分钟内，可使体系的真空度达到10-5mbar以下。

液体样品池的密封效果直接关系到实验测试的可行性，因为密封不好导致的液体溢出将会污染整个腔体，对整个测试体系带来不利影响。经过多次试验发现单层密封圈的密封效果很难实现真空度达到10-5mbar以下的要求，通过与技术单位的多次沟通，设计和加工了具有多层密封的样品池，可以实现高真空条件下的液体密封。

样品测试过程中要求样品池处于转动状态，以保样品测试过程中的均匀性，通常样品的转动可以采用联杆传动和皮带传动两种形式，考虑到联杆传动需要通过真空腔体，会对真空腔的密封效果产生不利影响，而且联杆传动设计相对复杂。皮带传动则比较简单，只需真空电机通过皮带带动样品池转动，因此选择合适的真空电机是皮带传动的关键。通过比较，Z终选择了德国进口的FAULHABER真空直流微电机，实现了样品池的转速可调（0—100转/分钟）。

（2）稳态光化学反应检测子系统。该子系统主要包括稳态反应样品池和用于样品检测分析的高分辨色质联用分析仪（LC-TOF）。稳态光化学反应只要求深紫外光照射到样品上，不需光路透过样品池，其材料采用聚四氟乙烯，主要是因为聚四氟乙烯材料便于样品的密封，同时易于加工，还定制了中心带有不同大小和不同厚度凹槽的样品池，便于将有机样品密封于该凹槽中进行深紫外光照反应。

色7质联用仪用于对深紫外光化学反应产物进行检测，需要配备具有自动进样系统、柱温可控液相色谱及分辨、分子质量范围大、定性分析性能良好的质谱。经过深入调研，选择使用了Waters公司生产的质量J确度高、具有很好定性分析能力的Alliance2695/LCT Premier XE液相色谱/飞行时间质谱联用仪。

（3）时间分辨发光光谱检测子系统。稳态发光光谱检测是时间分辨发光光谱检测的基础，该子系统设计并搭建了基于深紫外激光激发的稳态发光光谱检测光路和检测系统，通过选择合适样品，以177.3nm脉冲激光为激发光源，利用光纤光谱仪来检测化合物的稳态发光。通过筛选，选择了具有聚集荧光增强性质的四苯基乙烯衍生物作为样品，实现了以177.3nm激光为激发光源的稳态发光光谱的检测。

在时间分辨发光光谱检测方面，采用条纹相机作为检测器来实现时间分辨发光光谱的检测。将条纹相机和光谱仪对接，在触发扫描模式下，利用皮秒激光作为光源，测试得到时间分辨发光光谱检系统的时间分辨率为35ps,优于100ps的项目指标。

光谱分辨率代表了光谱仪对精细光谱结构的分辨能力，主要取决于检测系统中分光设备的色散能力和CCD的成像质量。以具有分立谱线的灯作为光源，利用光谱仪对灯谱线进行扫描，所得谱线的半峰宽即为光谱分辨率。通过灯检测得到的系统在不同波长下的光谱分辨率达到0.3nm以下，优于项目指标值1nm。

光化学反应仪主要用于研究气相或液相介质、固定或流动体系、紫外光或模拟可见光照、以及反应容器是否负载TiO2光催化剂等条件下的光化学反应。具有提供分析反应产物和自由基的样品，测定反应动力学常数，测定量子产率等功能，广泛应用化学合成、环境保护以及生命科学等研究领域
光化学、干膜、及显影制程术语手册1、Absorption 领受，吸入
指被领受物会进入主体的内部，是一种化学式的吸入步履。如光化反映中的光能领受，或板材与绿漆对溶剂的吸入等。还有一近似词 Adsorption 则是指吸附而言，只附着在主体的概略，是一种物理式的亲和吸附。
2、Actinic Light(or Intensity，or Radiation) 有用光
指用以完成光化反映各类光线中，其Z有用波长规模的光而言。例如在360～420 nm 波长规模的光，对偶氮棕片、浅显吵嘴底片及重铬酸盐感光膜等，其等反映均Z快Z且功用Z大，谓之有用光。
3、Acutance 解像尖锐度
是指各类由感光编制所取得的图像，其线条边缘的尖锐景象抽象 (Sharpness)，此与解像度 Resolution 不合。后者是指在必定宽度距离中，可以了了的显像(Develope)解出若干良多多少组“线对”而言(Line Pair，系指一条线路及一个空间的组合)，普简易称只说解出机条“线”而已。
4、Adhesion Promotor 附出力增进剂
多指干膜中所添加的某些化学品，能促使其与铜面发生“化学键”，而增进其与底材间之附出力者皆谓之。
5、Binder 粘结剂
各类积层板中的接着树脂部份，或干膜之阻剂中，所添加用以“成形”而不致太“散”的接着及组成剂类。
6、Blur Edge(Circle)恍惚边带，恍惚边圈
多层板各内层孔环与孔位之间在做瞄准度搜检时，可把持 X光法为之。由于X光之光源与其机组均非平行光之机关，故所得圆垫(Pad)之减少回忆，其边缘之解像其实不明锐了了，称为 Blur Edge。
7、Break Point 出像点，显像点
指制程中已有干膜贴附的“在制板”，于自动保送线显像室上下喷液中遏制显像时，抵达其完成冲洗而闪现出了了图形的“旅程点”，谓之“Break Point”。所经历过的冲洗旅程，以占显像室长度的 50~75% 之间为好，如斯可以使剩下旅途中的清水冲洗，更能增强断根残膜的成果。
8、Carbon Arc Lamp 碳弧灯
晚期电路板底片的翻制或版膜的分娩时，为其所用的光源之一，是在中心迫近的碳精棒之间，施加高电压而发生弧光的拆卸。
9、Clean Room 无尘室、洁净室
是一个遭到卖力经管及精采把握的房间，其温度、湿度、压力都可加以调剂，且气氛中的尘埃及臭气已予以消弭，为半导体及细线电路板分娩制造必需的景象抽象。浅显“洁净度”的表达，是以每“立方尺”的气氛中，含有大于0.5μm以上的尘粒数目，做为分级的尺度，又为俭仆成本起见，常只在使命台面上设置部门无尘的景象抽象，以尝试必需的使命，称 Clean Benches。
10、Collimated Light 平行光
以感光法遏制回忆转移时，为添加底片与板面间，在图案上的变形走样起见，应采纳平行光遏制制程。这类平行光是经由屡次反射折射，而取得低热量且近似平行的光源，称为Collimated Light，为细线路建筑必需的装备。由于垂直于板面的平行光，对板面或景象抽象中的少许尘埃都很是缓慢，常会忠诚的暗示在所晒出的回忆上，构成许多额定的漏洞错误，反不如浅显散射或漫射光源可以也许自彼此补而消弥，故采纳平行光时，必需还要无尘室的合营才行。此时底片与待的板面之间，已无需再做抽真空的密接(Close Contact)，而可间接使用较严重的 Soft Contact或Off Contact了。