(57)【要約】【課題】貴重な試料を系外へ排出することを防止する。【解決手段】昇華させた被処理物質１４を凝結させる昇華精製装置１であって、昇華精製管２後段に昇華精製管２から排出される被処理物質１４を検出する排出量測定手段１２と、昇華精製管２前段に昇華精製管２へ不活性ガスを導入する不活性ガス導入量調整手段６を設け、被処理物質１４の排出を検知した場合に不活性ガスを導入するとともに、加熱手段４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの温度を低下させることで、昇華精製管２から被処理物質１４を排出させないようにしたものである。【選択図】図１
2015160182.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一ヶ所の開口部を有する昇華精製管と、
この昇華精製管に昇華精製管を加熱する加熱手段と内部を減圧する減圧手段を備え、
昇華精製管の内部には被処理物質を充填する被処理物質加熱容器を備え、
前記加熱手段によって前記昇華精製管と前記被処理物質加熱容器を加熱することで、
被処理物質加熱容器内の前記被処理物質を昇華させ、
昇華させた前記被処理物質を前記昇華精製管に凝結させる昇華精製装置であって、
前記昇華精製管後段に前記昇華精製管から排出される被処理物質を検出する排出量測定手段と、
前記昇華精製管前段に前記昇華精製管へ不活性ガスを導入する不活性ガス導入量調整手段を設け、
前記被処理物質の排出を検知した場合に不活性ガスを導入するとともに、
前記加熱手段の温度を低下させることで、
前記昇華精製管から被処理物質を排出させないようにする昇華精製装置。
【請求項２】
昇華精製管の内部で被処理物質を加熱することにより昇華させ、昇華した前記被処理物質を凝結させる昇華精製方法であって、
前記昇華精製管から排出される被処理物質を検出する排出量測定手段と、
前記昇華精製管へ不活性ガスを導入する不活性ガス導入量調整手段を設け、
前記被処理物質の排出を検知した場合に不活性ガスを導入するとともに、
前記加熱手段の温度を低下させることで、
前記昇華精製管から被処理物質を排出させないようにする昇華精製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、昇華性を有する有機化合物などを被処理物質として含有する混合物から昇華温度の違いを利用して、被処理物質を精製、分離する昇華精製装置および昇華精製方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の昇華精製装置として、有機化合物の粉末を昇華した後に昇華精製管の内部で凝結させることで昇華精製を行う昇華精製装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
以下、その昇華精製装置について図３を参照しながら説明する。
【０００３】
図３に示すように、昇華精製装置１０１は昇華精製管１０２と昇華精製管（内管）１０２ａと減圧手段１０３と加熱手段１０４ａ、加熱手段１０４ｂ、加熱手段１０４ｃとフランジ１０５ａ、フランジ１０５ｂからなる。
【０００４】
昇華精製管１０２は長手方向一ヶ所以上に開口部を有する円筒形状をしている。昇華精製管（内管）１０２ａは長手方向一ヶ所以上に開口部を有する円筒形状をしており、昇華精製管１０２内に１個以上設置されている。加熱手段１０４ａ、加熱手段１０４ｂ、加熱手段１０４ｃは中心に開口部を有するドーナツ形状をしており、昇華精製管１０２の外周部を円周方向に対して連続的に覆い、昇華精製管１０２に密着するように配置されている。
昇華精製管１０２の長手方向一ヶ所以上の開口部は、フランジ１０５ａ、フランジ１０５ｂが固定されており、フランジ１０５ｂは流出口１０６を備えている。途中の配管は省略しているが、フランジ１０５ｂの流出口１０６は減圧手段１０３と接続されている。昇華精製管１０２の内部には被処理物質加熱容器１０７が設置され、被処理物質加熱容器１０７には被処理物質１０８が充填されている。
【０００５】
加熱手段１０４ａ、加熱手段１０４ｂ、加熱手段１０４ｃはそれぞれ電熱線１０９を内蔵している。減圧手段１０３により昇華精製管１０２、昇華精製管（内管）１０２ａの内部を減圧し、加熱手段１０４ａの電熱線１０９に通電し加熱手段１０４ａの温度を被処理物質１０８の昇華温度以上に加熱すると、被処理物質加熱容器１０７が加熱されるので被処理物質１０８が昇華する。
【０００６】
この際、昇華温度は減圧の程度に依存しており、減圧の度合いが大きいほど、昇華温度は低下する。加えて、減圧の程度と昇華された材料において平均自由行程という考え方の下、減圧の程度が大きいほど、昇華された材料は移動を阻害されるものが少なくなるため、他の昇華された材料と衝突することなく移動する距離（平均自由行程）は長くなる。反対に減圧の程度が小さいと、他の昇華された材料と衝突しやすくなるため、平均自由行程は短くなる。
【０００７】
加熱手段１０４ｃにおいては被処理物質１０８の昇華温度よりもわずかに低い温度で加熱手段１０４ｃを加熱する。その結果、昇華精製管（内管）１０２ａの内壁面温度は被処理物質１０８の昇華温度よりも低い温度で加熱されている。
【０００８】
被処理物質加熱容器１０７で昇華された被処理物質１０８は昇華精製管（内管）１０２ａの内部を拡散し、昇華精製管（内管）１０２ａの内壁面の温度が被処理物質１０８の凝結すべき場所、例えば昇華温度すなわち凝結温度よりも低い場所で昇華精製管（内管）１０２ａの内壁面に接触した場合は凝結するが、接触しない場合はそのまま排出される。
【０００９】
この従来の昇華精製装置においては、先に示したように、加熱手段１０４ｃの内側の昇華精製管（内管）１０２ａの内壁面が被処理物質１０８の昇華温度よりも低いので、凝結している成分を昇華精製物質１１０として回収することができる。
【００１０】
一般に有機化合物は熱に弱いために、減圧の程度を大きくして昇華温度を低下させることで、有機化合物に与える熱を抑制している。そのため、平均自由行程は長くなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００７−２４６４２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
このような従来の昇華精製装置においては、高価で少量な未知試料、新規開発試料の昇華精製時に温度設定の不適合により昇華精製管外へ被処理物質を排出してしまう課題があった。
【００１３】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、被処理物質の排出を抑制する昇華精製装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
そして、この目的を達成するために、本発明は、少なくとも一ヶ所の開口部を有する昇華精製管と、この昇華精製管に昇華精製管を加熱する加熱手段と内部を減圧する減圧手段を備え、昇華精製管の内部には被処理物質を充填する被処理物質加熱容器を備え、前記加熱手段によって前記昇華精製管と前記被処理物質加熱容器を加熱することで、被処理物質加熱容器内の前記被処理物質を昇華させ、昇華させた前記被処理物質を前記昇華精製管に凝結させる昇華精製装置であって、前記昇華精製管後段に前記昇華精製管から排出される被処理物質を検出する排出量測定手段と、前記昇華精製管前段に前記昇華精製管へ不活性ガスを導入する不活性ガス導入量調整手段を設け、前記被処理物質の排出を検知した場合に不活性ガスを導入するとともに、前記加熱手段の温度を低下させることで、前記昇華精製管から被処理物質を排出させないようにする昇華精製装置とすることで、所期の目的を達成するものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、昇華精製装置において、少なくとも一ヶ所の開口部を有する昇華精製管と、この昇華精製管に昇華精製管を加熱する加熱手段と内部を減圧する減圧手段を備え、
昇華精製管の内部には被処理物質を充填する被処理物質加熱容器を備え、前記加熱手段によって前記昇華精製管と前記被処理物質加熱容器を加熱することで、被処理物質加熱容器内の前記被処理物質を昇華させ、昇華させた前記被処理物質を前記昇華精製管に凝結させる昇華精製装置であって、前記昇華精製管後段に前記昇華精製管から排出される被処理物質を検出する排出量測定手段と、前記昇華精製管前段に前記昇華精製管へ不活性ガスを導入する不活性ガス導入量調整手段を設け、前記被処理物質の排出を検知した場合に不活性ガスを導入するとともに、前記加熱手段の温度を低下させることで、前記昇華精製管から被処理物質を排出させないようにする昇華精製装置とすることで、高価で少量の被処理物質を排出させないという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１の昇華精製装置の概略断面図
【図２】本発明の実施の形態１の制御手段の信号処理を示す図
【図３】従来の昇華精製装置の概略断面図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の請求項１記載の昇華精製装置は、少なくとも一ヶ所の開口部を有する昇華精製管と、この昇華精製管に昇華精製管を加熱する加熱手段と内部を減圧する減圧手段を備え、昇華精製管の内部には被処理物質を充填する被処理物質加熱容器を備え、前記加熱手段によって前記昇華精製管と前記被処理物質加熱容器を加熱することで、被処理物質加熱容器内の前記被処理物質を昇華させ、昇華させた前記被処理物質を前記昇華精製管に凝結させる昇華精製装置であって、前記昇華精製管後段に前記昇華精製管から排出される被処理物質を検出する排出量測定手段と、前記昇華精製管前段に前記昇華精製管へ不活性ガスを導入する不活性ガス導入量調整手段を設け、前記被処理物質の排出を検知した場合に不活性ガスを導入するとともに、前記加熱手段の温度を低下させることで、前記昇華精製管から被処理物質を排出させないようにしたものである。
【００１８】
これにより、高価で少量の被処理物質が昇華精製管外に排出された際に、その排出量を検知し、排出量に応じて不活性ガスを導入し減圧の程度を小さくし、被処理物質の昇華を抑制し、昇華した被処理物質の平均自由行程を短くすることで昇華精製管内に保持させ、加熱手段の温度を低下させることで内壁面に付着させることで、昇華精製管外に排出させるのを抑制することができるという効果を奏する。
【００１９】
また、請求項２記載の昇華精製方法は、昇華精製管の内部で被処理物質を加熱することにより昇華させ、昇華した前記被処理物質を凝結させる昇華精製方法であって、前記昇華精製管から排出される被処理物質を検出する排出量測定手段と、前記昇華精製管へ不活性ガスを導入する不活性ガス導入量調整手段を設け、前記被処理物質の排出を検知した場合に不活性ガスを導入するとともに、前記加熱手段の温度を低下させるものである。
【００２０】
これにより、高価で少量の被処理物質が昇華精製管外に排出された際に、その排出量を検知し、排出量に応じて不活性ガスを導入し減圧の程度を小さくし、被処理物質の昇華を抑制し、昇華した被処理物質の平均自由行程を短くすることで管内に保持させ、加熱手段の温度を低下させることで、内壁面に付着させることで、昇華精製管外に排出させるのを抑制することができるという効果を奏する。
【００２１】
下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２２】
（実施の形態１）
１に実施の形態１の昇華精製装置の概略断面図を示す。
【００２３】
昇華精製装置１の構成要素を下記に示す。
【００２４】
端に開口部を有する円筒状の昇華精製管２が同じく両端に開口部を有する円筒状の昇華精製管外管３の内部に備えられている。
【００２５】
加熱手段４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄが昇華精製管外管３の外部に備えられている。
【００２６】
加熱手段４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄはニクロム線等の電熱線を発熱体とするヒータである。
【００２７】
昇華精製管外管３の後段に配管部材１８がフランジ部９、Ｏリング１０およびクランプ１１によって気密状態で接合されており、通じている。
【００２８】
配管部材１８は途中を省略した配管を介して減圧手段５と気密状態で接合されている。
【００２９】
排出量測定手段１２は気密性を阻害しないようにフランジ部を介し、配管部材１８内に設けられている。
【００３０】
昇華精製管２の内部に被処理物質加熱容器８が備えられている。
【００３１】
昇華精製管外管３の前段の不活性ガス導入配管７は不活性ガス導入量調整手段６と接続されており、ガスボンベ１３から不活性ガスが供給されるので、昇華精製管２、配管部材１８内部の気密状態を維持したまま、不活性ガスを供給することができるものである。
【００３２】
制御ユニット１６が排出量測定手段１２と不活性ガス導入量調整手段６と加熱手段４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄと電気的に接続されており、制御ユニット１６は、テンキーとしてのしきい値入力手段と内部メモリーであるしきい値記憶手段と信号処理装置である判定手段を備えている。
【００３３】
被処理物質加熱容器８には被処理物質１４が充填されている。被処理物質１４はトリス（８−キノリノラト）アルミニウムなどの有機ＥＬに用いる有機色素や、ペンタセンなどの有機半導体である。
【００３４】
昇華精製管２と昇華精製管外管３は、加熱手段４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの加熱に耐えることができ、昇華精製物質１５に対して不活性な素材である、貴金属類、フッ素やポリイミドなどの樹脂、アルミナなどのセラミック、石英などのガラスが使用される。
【００３５】
ガスボンベ１３内の不活性ガスは、窒素やアルゴンが用いられる。
【００３６】
排出量測定手段１２については、水晶振動子を用いた膜厚計や、レーザーなどの発光手段を利用した分光法を用いた手段や、質量分析を用いる手段などが使用される。
【００３７】
記構成において、減圧手段５により昇華精製管２、昇華精製管外管３、配管部材１８の内部を減圧し、加熱手段４ａの電熱線に通電し加熱手段４ａの温度を被処理物質１４の昇華温度より高温に加熱すると被処理物質加熱容器８が加熱されるので被処理物質１４が昇華する。
【００３８】
被処理物質加熱容器８で昇華された被処理物質１４は昇華精製管２、昇華精製管外管３内部を拡散する。加熱手段４ａによって加熱されている昇華精製管２の領域は、被処理物質１４の昇華温度より高温であるので、凝結することなく接触、反射し拡散を続ける。
【００３９】
散した被処理物質１４は被処理物質１４の凝結すべき場所、例えば加熱手段４ｄによって昇華温度すなわち凝結温度以下に加熱されている領域に接触した際に凝結する。
【００４０】
だし、被処理物質１４が新規試料など、材料特性が把握されておらず、加熱手段４ｂ、４ｃ、４ｄが凝結する昇華温度すなわち凝結温度に適切に設定されていない場合は、昇華精製管２に凝結することなく、昇華精製管２外へ排出され、排出物質１７として排出量測定手段１２にて検知される。
【００４１】
知された値は、制御ユニット１６によって判定され、しきい値を超えた場合は不活性ガス導入量調整手段６を介して不活性ガスを導入するとともに、加熱手段４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの温度を低下させる。
【００４２】
活性ガスが導入されることで、昇華精製管２、昇華精製管外管３内部の圧力を上昇させることで、被処理物質１４の昇華を抑制し、昇華した被処理物質１４の平均自由行程を短くすることで、被処理物質１４が不活性ガス分子などと接触、反射、屈折することで、昇華精製管２に接触する確率が上昇し、排出量を抑制させる。加えて加熱手段４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの温度を低下させることで、昇華精製管２へ被処理物質１４が凝結する。
【００４３】
制御ユニット１６の動作について、図２を用いて説明する。制御ユニット１６にはしきい値設定手段としきい値記憶手段と排出量変化演算手段と判定手段が備えられている。制御ユニット１６は、排出量測定手段１２からの信号により、排出量変化を演算する。昇華精製装置１を運転する前に設定したしきい値を、しきい値記憶手段に記憶しているので、判定手段により、しきい値と排出量変化を比較する。判定結果に基づいて、不活性ガス導入量調整手段６と加熱手段４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを運転する。
【００４４】
加熱手段４ｂ、４ｃ、４ｄが被処理物質１４に対して適切に設定されていれば、昇華精製管２に凝結した成分を昇華精製物質１５として回収することができる。
【００４５】
製後、昇華精製物質１５を回収する際は、昇華精製管２に凝結している昇華精製物質１５をこそぎ落として回収する。
【００４６】
加熱手段４ｂ、４ｃ、４ｄが被処理物質１４に対して適切に設定されておらず、不活性ガスの導入と加熱手段４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの温度低下により排出量を抑制し昇華精製管２に凝結させた場合は、昇華精製管２に凝結している被処理物質１４をこそぎ落として回収する。そして加熱手段４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの温度を変更し、昇華精製を再度行う。
【００４７】
本発明の実施の形態１で昇華精製する被処理物質１４はトリス（８−キノリノラト）アルミニウムなどの有機ＥＬに用いる有機色素や、ペンタセンなどの有機半導体であり、減圧下において昇華する特性を有するものであれば、他の有機化合物についても同様の効果を得ることができ、高価で、少量の材料をロスすることなく、昇華精製物質１５としては、被処理物質１４を高純度化したものが得られる。
【００４８】
以上のように、本実施の形態では、少なくとも一ヶ所の開口部を有する昇華精製管２と、この昇華精製管２に昇華精製管２を加熱する加熱手段４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄと内部を減圧する減圧手段５を備え、昇華精製管２の内部には被処理物質１４を充填する被処理物質加熱容器８を備え、前記加熱手段４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄによって前記昇華精製管２と前記被処理物質加熱容器８を加熱することで、被処理物質加熱容器８内の前記被処理物質１４を昇華させ、昇華させた前記被処理物質１４を前記昇華精製管２に凝結させる昇華精製装置１であって、前記昇華精製管２後段に前記昇華精製管２から排出される被処理物質１４を検出する排出量測定手段１２と、前記昇華精製管２前段に前記昇華精製管２へ不活性ガスを導入する不活性ガス導入量調整手段６を設け、前記被処理物質１４の排出を検知した場合に不活性ガスを導入するとともに、前記加熱手段４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの温度を低下させることで、前記昇華精製管２から被処理物質１４を排出させないようにしたものである。
【００４９】
これにより、高価で少量の被処理物質１４が排出された際に、その排出量を検知し、排出量に応じて不活性ガスを導入し減圧の程度を小さくし、被処理物質１４の昇華を抑制し、昇華した被処理物質１４の平均自由行程を短くすることで、昇華精製管２内に存在する被処理物質１４を管内に保持させ、加熱手段４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの温度を低下させることで、内壁面に付着させることで、昇華精製管２外に排出させるのを抑制することができるという効果を奏する。
【００５０】
また、本実施の形態では、昇華精製物質１５は１種類としているが、複数種類存在していても、同様の効果を得ることが出来る。
【００５１】
また、本実施の形態では昇華精製物質１５の回収方法について、特に限定しなかったが、被処理物質加熱容器８の内部に充填した被処理物質１４が全て昇華された段階で、減圧手段５の運転を停止して、昇華精製管２の内部が常温常圧になった時点で昇華精製管２を取出し、スパーテル（薬さじ）等でかきとっても良い。
【００５２】
また、本実施の形態では加熱手段４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは電熱線を備えているとしたが、この構成に限ったものではなく、昇華精製管外管３の外部から昇華精製管外管３に密着した状態で加熱できるような構造であればリボンヒーター等で加熱しても同様の効果を得ることが可能である。
【００５３】
また、本実施の形態では減圧手段５の構造について特に限定しなかったが、ロータリーポンプ、ダイアフラムポンプ、ディフュージョンポンプ、ターボ分子ポンプなど、昇華精製管２の内部を１０-5Ｐａ程度まで減圧できるような能力を有する真空ポンプであればどのような真空ポンプでもよく、複数の真空ポンプを組み合わせて使用しても同様の効果を得ることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明にかかる昇華精製装置は、高価で、少量の材料をロスすることなく、昇華精製物質として得られるので、有機ＥＬや有機太陽電池または有機半導体などに使用される昇華性を有する有機化合物の精製、分離手段等として有用である。
【符号の説明】
【００５５】
１    昇華精製装置
２    昇華精製管
３    昇華精製管外管
４ａ    加熱手段
４ｂ    加熱手段
４ｃ    加熱手段
４ｄ    加熱手段
５    減圧手段
６    不活性ガス導入量調整手段
７    不活性ガス導入配管
８    被処理物質加熱容器
９    フランジ部
１０    Ｏリング
１１    クランプ
１２    排出量測定手段
１３    ガスボンベ
１４    被処理物質
１５    昇華精製物質
１６    制御ユニット
１７    排出物質
１８    配管部材
１０１    昇華精製装置
１０２    昇華精製管
１０２ａ  昇華精製管（内管）
１０３    減圧手段
１０４ａ    加熱手段
１０４ｂ    加熱手段
１０４ｃ    加熱手段
１０５ａ    フランジ
１０５ｂ    フランジ
１０６    流出口
１０７    被処理物質加熱容器
１０８    被処理物質
１０９    電熱線
１１０    昇華精製物質
【図１】
2015160182.tif 000003
【図２】
2015160182.tif 000004
【図３】
2015160182.tif 000005