[实用新型]一种仲氢制备系统

说明书

本实用新型公开了一种仲氢制备系统，该系统包括反应催化腔，其设于低温冷头真空屏蔽罩内，与冷头刚性相连；设于反应催化腔内的温度探测器，该温度探测器与加热器相连，当温度低于设定温度时，可自动加热控温；设于反应催化腔两端的进样管路与出样管路，用于氢气进样与仲氢收集；设于反应催化腔进样端的真空抽气装置，用于提供催化反应系统的高真空；设于反应催化腔进样端的流量控制装置，用于氢气流量的控制；设于反应催化腔出样端的样品收集装置，用于仲氢收集；本实用新型的优点在于，相较于基于液氮制冷的仲氢制备方法，具有制备温度更低，仲氢转化效率更高；操作简便安全，设备集成化程度高，功能可扩展性高的优点。

技术领域

本实用新型属于生产设备技术领域，涉及一种仲氢制备系统。

背景技术

核磁共振波谱(NMR)和磁共振成像(MRI)已经在化学结构分析以及医学临床诊断上显示出无可比拟的重要作用。不过相比较于其他一些分析检测技术(如红外，x-Ray/CT)来说，NMR/MRI技术的一个显著缺点是信号的灵敏度低。这是由于NMR/MRI技术基于的原理所决定的：核磁信号的产生来源于核自旋在磁场中发生的Zeeman能级裂分，其灵敏度正比于核自旋在Zeeman能级上的布居数数差。在通常的热平衡条件下，核自旋在Zeeman能级上的布居数符合玻耳兹曼分布：Δ＝tanh[γhB₀/(4πk_BT)]，其中γ为旋磁比，h为Planck常数，B₀为外磁场强度，k_B为玻耳兹曼常数，T为绝对温度。在300K的温度下，¹H在7Tesla的场强下，其布居数数差仅在10^-6数量级。这极小的布居数数差最终导致了核磁信号的低灵敏度。研究各种提高核磁信号灵敏度的方法一直是核磁领域的研究方向。现代仪器公司一直通过增加磁场强度来增加布居数差别作为增强灵敏度的常规路径，但由于磁场强度增加的限制，因此寻求便于实现核磁信号增强方法一直是人们追求的一个方向。近年来几类能极提高核磁信号灵敏度的超极化(hyperpolarization)方法-惰性气体通过光泵超极化、动态核极化(Dynamic Nuclear Polarization,DNP)，以及仲氢诱导超极化(parahydrogen InducedPolarization,PHIP)已经成为核磁波谱及成像研究中的热点。

仲氢诱导超极化技术是其中一种具有较高潜在应用意义核磁信号超极化方法。氢原子核的磁自旋数为1/2；氢气分子的磁自旋数就存在两种可能(M＝1，3)，其中M＝1的状态中两个氢原子的核自旋方向相反，其状态为单线态，称为仲氢(parahydrogen，以下简写pH₂)；而M＝3的状态中两个氢原子核自旋方向相同，其状态为三线态，称为正氢(ortho-hydrogen)。正常情况下由于能级差很小，可以忽略不计，其正氢和仲氢的比率为3：1。由于氢分子中的正氢与仲氢的量子态在理论上处于跃迁禁止，因此需通过特定方法才可能改变氢气分子的正氢与仲氢比率。文献报道在一些特定的条件，比如在低温以及合适的催化剂条件下，氢气中正氢可以转变为仲氢。例如，在77K温度下，以活性碳或者氧化铁为催化剂，氢气中正氢和仲氢比例约为1:1。

研究发现通过合适的金属有机催化剂催化氢气与不饱和键分子的加成反应时，具有高度极化的仲氢核的磁自旋状态可以传递到反应产物中并保留一段时间，这可以大幅度提高产物分子的核磁共振信号强度。理论工作表明，pH₂对于核磁信号的增强可达热平衡信号的10⁵倍。进一步的研究还发现在一定的条件下还可以将反应物中间体中一些与pH2相连的其它核自旋超极化,从而增强与pH2关联的其他核的核磁共振信号。因此，pH₂诱导的磁共振超极化不仅可以用于核磁共振波谱，也可以用于磁共振成像中磁共振信号的增强，具有广泛的应用前景。

目前的仲氢的制备方法是将普通H₂通入液氮中冷却制备。但是在实际的使用过程，存在以下问题：