マイクロリアクター用超小型NMRモニターの開発とリアルタイム熱的反応制御

开发用于微反应器和实时热反应控制的超紧凑核磁共振监测仪

基本信息

批准号：
14750145
负责人：
小川邦康
金额：
$ 3.01万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750145/
关键词：
マイクロリアクター NMR モニタリング反応制御触媒性能緩和時定数

项目摘要

本研究では、溶液濃度の直接計測が可能な磁気共鳴(Nuclear Magnetic Resonance)法をマイクロリアクター用モニターとして用い、微細なマイクロリアクターシステムに適合した直径0.5mmの検出コイルを持つ「超小型NMRモニター」を開発した。特に、コイル形状を「表面型」とすることで、マイクロリアクターへの設置が容易となり、反応場モニタリングへの適用性が向上した。この超小型NMRモニターを擬似マイクロリアクターに設置し、原料濃度としてのNMR信号を取得した。核磁気共鳴現象では、分子挙動を含む情報としてNMR信号から対応する周波数により分子の結合状態が、スペクトル強度から分子濃度を、さらには励起状態からの核スピン緩和過程を示す緩和時定数T1,T2を収集することができる。それら核磁気共鳴現象に特異的に現れる核スピンの緩和時定数を計測し、その緩和時定数が触媒表面への吸着分子状態に強く依存している。このことを利用して、タンパク質の吸着などによる触媒性能の劣化をモニタリングすることができると考え、緩和時定数の計測手法および実際の計測パルスシーケンスの製作と計測実験を行った。これより、純水でのT1、T2緩和時定数を計測し、文献値とほぼ妥当な値を得ることができ、計測手法が確立したと言える。また、マイクロリアクター温度を調整するためにガラス感光性基板を用いて微細加工を行い、マイクロリアクターに適合したマイクロチャンネルを試作した。製作したマイクロチャンネルの熱的応答を時定数として計測すると共に、マイクロヒータを用いて伝熱量の計測を行った。このマイクロチャンネルを用いることでマイクロリアクターの温調を行うことができることが分かった。

在这项研究中，我们使用可以直接测量溶液浓度的核磁共振方法作为微反应器的监测器，并创建了一个“超小型核磁共振监测器”，其检测线圈直径为0.5毫米，可兼容开发出微小的微反应器系统。特别是，“表面型”线圈形状有利于在微反应器中的安装并提高了反应场监测的适用性。这种超紧凑型核磁共振监测仪安装在伪微反应器中，以获得作为原料浓度的核磁共振信号。在核磁共振现象中，包括分子行为的信息由NMR信号确定，例如基于相应频率的分子的结合状态、光谱强度的分子浓度以及表明的弛豫时间常数T1、T2可以收集激发态的核自旋弛豫过程。我们测量了这些核磁共振现象中具体出现的核自旋的弛豫时间常数，弛豫时间常数很大程度上取决于吸附在催化剂表面的分子的状态。我们认为这可以用于监测由于蛋白质吸附等引起的催化性能的恶化，并进行了测量实验，并创建了弛豫时间常数测量方法和实际测量脉冲序列。由此，我们能够测量纯水中的T1和T2弛豫时间常数，并得到与文献值几乎合理的值，可以说测量方法已经建立。此外，为了调节微反应器的温度，我们使用玻璃感光基板通过微加工制造了适合微反应器的微通道。所制造的微通道的热响应作为时间常数进行测量，并且还使用微加热器测量传热量。研究发现，利用该微通道可以控制微反应器的温度。