一种双向往复式升华结晶装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于化学实验仪器，特别涉及一种能够实现在同一区域升华与结晶反复操作的双向往复式升华结晶装置及方法。
技术背景
[0002]升华结晶是由气态变为固态晶体的结晶过程。由于较少受到其他分子的干扰，升华结晶可以获得不同于其他结晶方式的晶体结构、形貌。此外，升华结晶的晶体形貌是无干扰条件下结晶自组装过程特点的反映，可以作为晶体分子模拟结果的参照依据。
[0003]目前实验中的升华装置多分为升华区和结晶区，固体粉末由升华区气化，生成的气态分子转移至结晶区凝华结晶。整个过程中，气态分子在结晶区多为自由凝华，由于结晶过饱和度在不同位置的波动，会造成大量的成核现象，最终形成粒度小且不均匀的晶体，小个晶体往往与较大晶体连接在一起。较小的晶体难以满足晶体结构特性分析的需要，而大晶体分散于小晶体中间，并与之粘连，给样品的选取造成较大困难。
【发明内容】
[0004]本发明为了克服现有单向的升华结晶装置所存在的结晶粒度不均、晶体粘连的问题，提供了一种能够逆向反应，使结晶晶体的粒度相对均匀且能够实现在结晶区进行升华-结晶反复操作的双向往复式升华结晶装置。
[0005]同时，本发明还提供了一种利用上述装置实现升华-结晶反复、连续操作的双向往复式升华结晶方法。
[0006]本发明实现上述目的所采用的技术方案是包括主反应管，在主反应管的两端分别设置有与主反应管连通的第一载气管和第二载气管，在主反应管内腔依次设置有第一结晶管、升华管和第二结晶管，第一结晶管和第二结晶管分布在升华管的两侧并且关于升华管对称，在主反应管外壁上沿着圆周方向设置有与第一结晶管、升华管以及第二结晶管正对的第一结晶加热层、升华加热层和第二结晶加热层。
[0007]上述升华管的中部是圆管结构，两端是锥形管结构并且其锥度是0.5?1.5。
[0008]上述第一结晶管和第二结晶管与升华管相对一侧的管口为锥形管结构。
[0009]上述第一结晶管和第二结晶管与升华管相对一端的管口截面小于升华管的管口截面。
[0010]上述第一结晶管、升华管和第二结晶管的管壁距离主反应管内壁的间隙是I?
1.5mm ο
[0011]上述第一载气管、第二载气管、第一结晶管、升华管和第二结晶管与主反应管同轴设置。
[0012]—种用上述的双向往复式升华结晶装置实现双向往复式升华结晶的方法，由以下步骤组成:
[0013](I)称取质量m的待升华的原料粉末放入升华管内，将升华管和第一结晶管、第二结晶管分别转移至主反应管内对应的中部升华区和两端的结晶区；
[0014](2)开通第一载气管和第二载气管，经第一载气管向主反应管内通入氮气，并从第二载气管排出，排空后设置第一结晶区和第二结晶区的温度均ST1，升华区温度为T2，TKT2，加热至设定温度后保持恒温，升华区的原料受热升华为气态，氮气流动，带动原料气体流经第二结晶区，在第二结晶管内析出结晶；
[0015](3)保持时间to后，加热使第二结晶区升温至Τ2，升华区温度保持为Τ2，转变氮气流向，氮气由第二载气管进，第一载气管出，第二结晶区表面的部分结晶颗粒升温后升华为气态并与升华区的原料气体随着氮气流动转移至第一结晶区，并且在第一结晶区内析出晶体，保持ti时间；
[0016](4)调整第一结晶区的温度升高至!^，第二结晶区的温度降低至T1，转变氮气流向，氮气由第一载气管进，第二载气管出，第一结晶区表面的部分结晶颗粒升温后升华为气态并与升华区的原料气体随着氮气流动转移至第二结晶区，并且在第二结晶区内再次凝华析出晶体，保持t2时间；
[0017](5)重复步骤(2)和(4)，在第一结晶区和第二结晶区交替升华-结晶，直至晶体达到预设规格，升华区停止加热，调整第一结晶区和第二结晶区的温度均ST1，待升华区温度降至T1以下，停止加热，主反应管内温度降至室温，停止通氮气，取出晶体。
[0018]上述!'1为80?150°(3，了2为120?200°(3，如为5?10011汀1为5?10011八2为5?10011。
[0019]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0020]1、本发明将处在升华加热层与第一结晶加热层、第二结晶加热层交界区的结晶管和升华管的端口均采用锥形结构，可增大端口与主反应管内壁的间距，从而减弱交界的温控盲区对端口温度的影响，使得穿越其中的载气流的温度变化平缓，有利于蒸汽过饱和度的渐进变化。
[0021]2、通过反复切换载气流向和调控结晶区加热层温度，实现结晶区晶体反复经历升华-结晶的过程，使得其中比表面积大的细小晶体被升华，较大的晶体得以保留和长大，也解决了小晶体与大晶体的粘连问题。
[0022]3、通过切换载气流向，实现在两个结晶区的独立结晶，通过在两个结晶区设置不同的温度等参数，可同时考察不同条件对升华结晶的影响。
【附图说明】
[0023]图1为实施例1的升华结晶装置的结构示意图。
[0024]图2为实施例1所得丁二酸结晶产品。
[0025]图3为实施例2所得辛二酸结晶产品。
【具体实施方式】
[0026]现结合附图和实施例对本发明的技术方案进行进一步说明。
[0027]实施例1
[0028]如图1所示，本实施例的往复式升华结晶装置是由第一载气管1、主反应管2、第一结晶管3、第一结晶加热层4、升华管5、升华加热层6、第二结晶管7、第二结晶加热层8以及第二载气管9组合构成。
[0029]其中，主反应管2是圆形管，在管两端口处分别连接有第一载气管I和第二载气管9，并与之连通，在主反应管2的内腔中部设置有升华管5，该升华管5的中部是圆形管、两端均呈锥形管结构，锥度为1.0，即保证升华管5的两端口呈收敛型，在主反应管2内升华管5的左侧设置有第一结晶管3、右侧设置有第二结晶管7，第一结晶管3与第二结晶管7的结构相同并关于升华管5的中心对称，为了使氮气能够穿过结晶管或者升华管5，第一结晶管3、升华管5以及第二结晶管7的管壁距离主反应管2的内壁之间的间隙是1.25mm，第一结晶管3和第二结晶管7的端口距离升华管5管口的水平间距是45mm，为了减弱交界的温控盲区对端口温度的影响，有利于蒸汽过饱和度的渐进变化，本发明的第一结晶管3和第二结晶管7与升华管5相对一侧的管口均加工为锥形结构，并且管口截面小于对应升华管5的管口截面。在主反应管2的外壁上沿着圆周方向依次安装有第一结晶加热层4、升华加热层6、第二结晶加热层8，其中，第一结晶加热层4与第一结晶管3位置对应，升华加热层6与升华管5位置对应，第二结晶加热层8与第二结晶管7的位置对应。
[0030]为了保证气流畅通，本发明的第一载气管1、第二载气管9、第一结晶管3、升华管5、第二结晶管7的中心轴与主反应管2的中心轴在同一条直线上。
[0031]本实施例所涉及的第一结晶加热层4、升华加热层6以及第二结晶加热层8分别通过导线与加热控制器连接，其所用材质以及具体的构造等均属于常规技术，对于本领域技术人员均可获知，因此在此未作出详细说明。
[0032]用上述往复式升华结晶装置实现往复式升华结晶的方法可通过以下具体的实