超聲波促進有機合成第1頁/共27頁主要內容1超聲波基本概念2超聲波特點3超聲波原理4超聲化學發(fā)展史5聲化學反應器6超聲波在有機合成中的具體應用第2頁/共27頁聲波分類次聲波（頻率<20HZ）聲波（20HZ<頻率<20KHZ）超聲波（20KHZ<頻率<1000MHZ）第3頁/共27頁超聲波基本概念聲波是物體機械振動狀態(tài)（或能量）的傳播形式。所謂振動是指物質的質點在其平衡位置附近進行的往返運動超聲波是指振動頻率大于20KHz以上的聲波,超出了人耳聽覺的上限（20KHz），人們將這種聽不見的聲波叫做超聲波。超聲波和(可聞)聲波本質上是一致的，它們的共同點都是一種機械振動，通常以縱波的方式在彈性介質內傳播，是一種能量的傳播形式，其不同點是超聲頻率高，波長短，在一定距離內沿直線傳播具有良好的束射性和方向性。第4頁/共27頁超聲波特征：1)比普通聲波更容易聚集成細束2)容易接受目標超聲波與目標或障礙物相遇時,衍射作用小,反射波束擴散小,便于接收以探測目標。3)容易得到較大功率因為聲強與頻率的平方成正比,所以超聲波的功率可以很大。4)在固體和液體中衰減很小超聲波在空氣中衰減較快,而在固體和液體中卻衰減很小,正好與電磁波相反,因此,在海洋中應用超聲波最適宜。5)能量大超聲波具有的能量很大,可使介質的質點產生顯著的聲壓作用。第5頁/共27頁超聲波用途第6頁/共27頁（一）工程學方面的應用：水下定位與通訊、地下資源勘查等。

（二）生物學方面的應用：剪切大分子、生物工程及處理種子等。

（三）診斷學方面的應用：A型、B型、M型、D型、雙功及彩超等。

（四）治療學方面的應用：理療、治癌、外科、體外碎石、牙科等。第7頁/共27頁超聲促進化學反應——超聲化學

聲化學(Sonochemistry)是20世紀80年代中后期發(fā)展起來的一門新興交叉學科,它是利用超聲空化效應形成局部熱點,可形成在4000－6000K及壓力100MPa

、急劇冷卻速度達109K/s

的極端微環(huán)境中,誘發(fā)化學反應.

Ultrasoundcanproducetemperatures

ashighasthoseonthesurfaceoftheSunandpressures

asgreatasthoseatthebottomoftheocean.Insomecases,itcanalsoincreasechemicalreactivitybynearlyamillionfold第8頁/共27頁空化作用——當超聲波在液體中傳播時，由于液體微粒的劇烈振動，會在液體內部產生小空洞。這些小空洞迅速脹大和閉合，導致液體微粒之間發(fā)生猛烈的撞擊作用，從而產生幾千到上萬個大氣壓的壓強。微粒間這種劇烈的相互作用，會使液體的溫度驟然升高，起到很好的攪拌作用，從而使兩種不相溶的液體（如水和油）發(fā)生乳化，并且加速溶質溶解，加速化學反應。這種由超聲波作用在液體中所引起的各種效應稱為超聲波的空化作用。第9頁/共27頁空化現象圖示第10頁/共27頁空化效應

超聲波在介質中的傳播過程中存在著一個正負壓強的交變周期。在正壓相位時,超聲波對介質分子擠壓,增大了液體介質原來的密度;而在負壓相位時,介質的密度則減小。第11頁/共27頁當用足夠大振幅的超聲波作用于液體介質時,在負壓區(qū)內介質分子間的平均距離會超過使液體介質保持不變的臨界分子距離,液體介質就會發(fā)生斷裂,形成微泡,微泡進一步長大成為空化氣泡。在緊接著的壓縮過程中,這些空化氣泡被壓縮,其體積縮小,有的甚至完全消失。當脫出共振相位時,空化氣泡就不再穩(wěn)定了,這時空化氣泡內的壓強已不能支撐其自身的大小,即開始潰陷或消失,這一過程稱為空化作用,或孔蝕作用。由于空化作用所引起的反應條件的變化，導致了化學反應的熱力學變化，使化學反應的速度和產率得以提高第12頁/共27頁影響空化的因素

氣體和微粒的影晌氣體和微粒的存在有益于空化的發(fā)生（降低空化閾值）

粘度的影響

粘度越大，越不宜產生空化（增加聲空壓和空化閾值）

頻率的影響

頻率越高，空化越難以實現

溫度的影響

溫度越高，越容易空化第13頁/共27頁超聲波促進化學反應特點1空化泡爆裂可以產生促進化學反應的高能環(huán)境（高溫和高壓），使溶劑和反應試劑產生活性物種，如例子，自由基等2超聲輻射可以產生機械作用，如促進傳質，傳熱，分散等作用。3對于許多有機反應，尤其是非均相反應，有顯著地加速效應，并且可以提高反應產率，減少副產物。4可使反應在比較溫和的條件下反應，減少甚至不用催化劑，簡化實驗操作。5對于金屬參與的反應，超聲波可以及時去除金屬表面形成的產物，中間產物及雜質，使反應面清潔，促進反應的進行。注：超聲并不是對所有的反應均有效，對有些反應甚至有抑制作用。同時由于空化泡爆裂產生的離子和自由基與主反應發(fā)生競爭，從而降低一些反應的選擇性，使副產物增加。第14頁/共27頁產生超聲波的方法：

壓電效應方法、磁致伸縮效應方法、靜電效應方法和電磁效應方法等。第15頁/共27頁超聲化學特點

超聲波應用于化學反應能提高化學反應速率、縮短反應時間、提高反應選擇性，而且能激發(fā)在沒有超聲波存在時不能發(fā)生的化學反應。由于超聲化學具有獨特的反應特性，目前受到廣泛關注，是合成化學等極為重要且十分活躍的研究領域之一。

第16頁/共27頁超聲化學的發(fā)展歷史1895年,SirJohnI.ThornycroftandSydneyW.Barnaby發(fā)現潛水艇螺旋槳的嚴重侵蝕,并在高速旋轉的螺旋槳上觀察到空化氣泡的形成,發(fā)表了第一個關于空化的報告.1927年,AlfredL.Loomis首次報道超聲在化學方面加快反應速率的效應.1934年,發(fā)現超聲能加大電解水的速率.1938年,報道了超聲可用于有機化學反應。1944年,Harvery等引入了校正擴散的概念,即微氣泡的成長是由于氣泡振動過程中跨過界面非等量的傳質引起的.1950年,Noltingk和Neppiras對模擬空化氣泡第一次用計算機進行了計算.1964年,Flynn提出了“瞬態(tài)空化”和“穩(wěn)態(tài)空化”的術語.1980年,Neppiras首次在聲空化的綜述中使用了超聲化學(sonochemistry)的術語.1982年,Milino等人用自旋捕獲和電子自旋共振譜(ESR)驗證了在水超聲裂解中形成氫自由基和羥基自由基.第17頁/共27頁1986年4月第一屆國際聲化學學術會議在英國召開,1988年英國的TimothyJ.Mason,J.Philliplerimer共同編寫出版《Sonochemistry,Theory,Applicationanduseofultrasoundinchemistry》一書.這是第一本系統(tǒng)全面介紹聲化學的著作。1990年Susliek在美國Nature雜志上發(fā)表文章Sonoehemistry,進一步擴大了聲化學這門學科的影響1990年夏,歐洲聲化學協(xié)會成立,并進行了首次學術交流會議98年5月在德國召開了第六屆聲化學年會,盛況空前,來自歐洲、美國、澳大利亞、日本、韓國等共21個國家10多位代表參加了這次會議,聲化學的隊伍日益壯大.1994年第一個學術刊物《UltrasonicsSonochemistry》出版.第18頁/共27頁超聲波在化學方面的應用第19頁/共27頁超聲波光波催化合成儀智能型低溫超聲波催化合成第20頁/共27頁探頭插入式反應器第21頁/共27頁儀器使用注意事項切記空載(一定要將超聲變幅桿插入樣品后才能開機)。變幅桿(超聲探頭)入水深度：1.5Cm左右，液面高度最好有30mm以上，探頭要居中，不要貼壁。超聲波是垂直縱波，插入太深不容易形成對流，影響破碎效率。超聲參數設置：設置鍵好儀器工作參數,對于對溫度要求比較敏感的樣品(比如細菌)一般外面采用冰浴，實際溫度肯定是低于25度，蛋白核酸肯定不會變性。第22頁/共27頁儀器使用注意事項1)時間：超聲時間每次最好不要超過5秒，間隙時間應大于或等于超聲時間，以便于熱量散發(fā)。2)超聲功率：不宜太大，根據樣品容量大小選擇工作頻率。3)容器選擇：有多少的樣品就選多大的燒杯，這樣也是有利樣品在超聲中對流，提高破碎效率。第23頁/共27頁儀器使用注意事項若樣品放在1.5ml的EP管里請一定要將EP管固定好，以防冰浴融化后液面下降導致空載日常保養(yǎng)：用完后用酒精擦洗探頭或用清水進行超聲.第24頁/共27頁超聲波為化學工作者提供了一條能夠把能量引入到分子中的不同尋常的途徑和方法,它不但