(57)【要約】【課題】迅速かつ高精度に反応媒体の化学反応を評価することができる化学反応評価装置および化学反応評価方法を提供する。【解決手段】反応ガスを供給する反応ガス供給部１と、反応ガスの供給先を切り替えるための切替部２と、反応容器としてのマイクロリアクタ３０，３０，・・・を収容する収容部３と、マイクロリアクタ３０，３０，・・・から反応ガスを導出する反応ガス導出部５と、反応ガス導出部５を介して導出されたガスの成分をガスクロマトグラフィーにより検出する検出部６と、を備える。マイクロリアクタ３０は、基板３１と、反応ガスの流路３２ａとなるストライプ状の溝が形成された基板３２とを重ね合わせて構成される。マイクロリアクタ３０には複数の流路３２ａが構成されており、収容部３にマイクロリアクタ３０を単数または複数収容することで、複数の流路が装置に接続可能とされる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応媒体の化学反応を評価する化学反応評価装置において、
反応媒体を通過させる流路を構成するマイクロリアクタを収容する収容部と、
複数の前記流路から特定の流路を選択する選択手段と、
選択された流路から導出される前記反応媒体に基づいて、選択された前記流路における化学反応を評価する評価手段と、
を備えることを特徴とする化学反応評価装置。
【請求項２】
前記流路の径ないし幅が１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の化学反応評価装置。
【請求項３】
前記収容部は複数の前記マイクロリアクタを収容することを特徴とする請求項１または２に記載の化学反応評価装置。
【請求項４】
前記マイクロリアクタには複数の前記流路が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の化学反応評価装置。
【請求項５】
選択された前記流路の温度を制御する温度制御手段を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の化学反応評価装置。
【請求項６】
選択された前記流路の圧力を制御する圧力制御手段を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の化学反応評価装置。
【請求項７】
反応媒体の化学反応を評価する化学反応評価方法において、
反応媒体を通過させる流路を構成するマイクロリアクタを用い、
複数の前記流路から特定の流路を選択するステップと、
選択された流路から導出される前記反応媒体に基づいて、選択された前記流路における化学反応を評価するステップと、
を備えることを特徴とする化学反応評価方法。
【請求項８】
前記流路の径ないし幅が１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項７に記載の化学反応評価方法。
【請求項９】
選択された前記流路の温度を制御するステップを備えることを特徴とする請求項７または８に記載の化学反応評価方法。
【請求項１０】
選択された前記流路の圧力を制御するステップを備えることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の化学反応評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応媒体の化学反応を評価する化学反応評価装置および化学反応評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
気相化学反応に用いられる触媒の活性や生成物の選択性等を評価する装置として、管型流通式反応装置が用いられる（例えば、特許文献１および特許文献２）。管型流通式反応装置では、触媒試料を充填した反応容器を加熱炉等で加熱したうえで、反応容器内に反応ガスを導入し、反応容器から導出されるガス成分を検出している。
【特許文献１】特開２００２−１６８７３８号公報
【特許文献２】特開２００２−５９１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、従来の管型流通式反応装置では、反応容器の熱容量が大きく、反応条件の精度や反応条件の変化速度に難があり、反応条件を精度良く制御できないという問題がある。また、反応条件の変化速度が遅いため、反応条件を変えて測定を繰り返したいような場合に、反応条件の切り替えに多くの時間を費やすことになる。とくに多数の試料に対する測定が必要な場合には、測定に長時間を要してしまう。さらに、従来の管型流通式反応装置では装置の大型化が避けられないという問題もある。
【０００４】
本発明の目的は、迅速かつ高精度に反応媒体の化学反応を評価することができる化学反応評価装置および化学反応評価方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の化学反応評価装置は、反応媒体の化学反応を評価する化学反応評価装置において、反応媒体を通過させる流路を構成するマイクロリアクタを収容する収容部と、複数の前記流路から特定の流路を選択する選択手段と、選択された流路から導出される前記反応媒体に基づいて、選択された前記流路における化学反応を評価する評価手段と、を備えることを特徴とする。
この化学反応評価装置によれば、マイクロリアクタを用いるので、流路の温度や圧力を精密かつ高速に制御できるとともに、測定時間を短縮できる。
【０００６】
前記流路の径ないし幅が１ｍｍ以下であってもよい。
【０００７】
前記収容部は複数の前記マイクロリアクタを収容してもよい。
【０００８】
前記マイクロリアクタには複数の前記流路が形成されていてもよい。
【０００９】
選択された前記流路の温度を制御する温度制御手段を備えてもよい。
【００１０】
選択された前記流路の圧力を制御する圧力制御手段を備えてもよい。
【００１１】
本発明の化学反応評価方法は、反応媒体の化学反応を評価する化学反応評価方法において、反応媒体を通過させる流路を構成するマイクロリアクタを用い、複数の前記流路から特定の流路を選択するステップと、選択された流路から導出される前記反応媒体に基づいて、選択された前記流路における化学反応を評価するステップと、を備えることを特徴とする。
この化学反応評価方法によれば、マイクロリアクタを用いるので、流路の温度や圧力を精密かつ高速に制御できるとともに、測定時間を短縮できる。
【００１２】
前記流路の径ないし幅が１ｍｍ以下であってもよい。
【００１３】
選択された前記流路の温度を制御するステップを備えてもよい。
【００１４】
選択された前記流路の圧力を制御するステップを備えてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の化学反応評価装置によれば、マイクロリアクタを用いるので、流路の温度や圧力を精密かつ高速に制御できるとともに、測定時間を短縮できる。
【００１６】
本発明の化学反応評価方法によれば、マイクロリアクタを用いるので、流路の温度や圧力を精密かつ高速に制御できるとともに、測定時間を短縮できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明による化学反応評価装置の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１８】
以下、図１〜図５を参照して、実施例１の化学反応評価装置について説明する。
【００１９】
図１（ａ）は実施例１の化学反応評価装置の構成を示すブロック図、図２はマイクロリアクタの構成を示す図であり、図２（ａ）は断面図、図２（ｂ）は平面図である。
【００２０】
図１（ａ）に示すように、本実施例の化学反応評価装置は、反応ガスを供給する反応ガス供給部１と、反応ガスの供給先を切り替えるための切替部２と、反応容器としてのマイクロリアクタ３０，３０，・・・を収容する収容部３と、マイクロリアクタ３０，３０，・・・から反応ガスを導出する反応ガス導出部５と、反応ガス導出部５を介して導出されたガスの成分をガスクロマトグラフィーにより検出する検出部６と、を備える。
【００２１】
図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、マイクロリアクタ３０は、基板３１と、反応ガスの流路３２ａとなるストライプ状の溝が形成された基板３２とを重ね合わせて構成される。マイクロリアクタ３０には複数の流路３２ａが構成されており、収容部３にマイクロリアクタ３０を単数または複数収容することで、複数の流路が装置に接続可能とされる。なお、図１（ａ）では、複数のマイクロリアクタ３０，３０，・・・を収容する例を示している。
【００２２】
図３は別構造によるマイクロリアクタを示す斜視図である。図３に示すマイクロリアクタ３０Ａは、流路３３が形成された筒形状を呈している。収容部３にこのような構造のマイクロリアクタ３０Ａを複数収容することで、複数（マイクロリアクタ３０Ａと同数）の流路３３が装置に接続可能とされる。
【００２３】
マイクロリアクタの流路は、その径ないし幅が１ｍｍ以下とされる。
【００２４】
図４は本実施例の化学反応評価装置における制御系の構成を示すブロック図である。
【００２５】
図４に示すように、本実施例の化学反応評価装置は、収容部３を加熱するための電気炉等のヒータ３５と、検出部６からの信号に基づいて分析を行う測定部９１と、流路３２ａのガス圧を調整する圧力調整弁９２と、反応ガス供給部１、切替部２、検出部６、ヒータ３５、測定部９１、および圧力調整弁９２を制御する制御部９３と、を備える。
【００２６】
次に、本実施例の化学反応評価装置の動作について説明する。
【００２７】
図５は本実施例の化学反応評価装置における測定時の動作手順を示すフローチャートである。この動作手順は制御部９３（図４）の制御に基づき実行される。
【００２８】
測定に際して、マイクロリアクタ３０，３０，・・・の流路３２ａ，３２ａ，・・・には、それぞれ触媒が充填される。また、ヒータ３５によって収容部３の温度、すなわちマイクロリアクタ３０，３０，・・・の温度が所定値に制御される。
【００２９】
まず、ステップＳ１ではマイクロリアクタ３０，３０，・・・の流路３２ａが１つずつ選択される。次に、ステップＳ２では切替部２を操作して、ステップＳ１において選択された流路３２ａに反応ガス供給部１から供給されるガスを導入する。これにより、選択されている流路３２ａのみに供給ガスが導入され、他の流路３２ａへのガス供給は遮断される。選択されている流路３２ａから導出されるガスは、反応ガス導出部５を介して検出部６に導入される。流路３２ａのガス圧は圧力調整弁９２により調整される。
【００３０】
次に、ステップＳ３では、検出部６からの信号に基づき、測定部９１における分析を実行する。
【００３１】
次に、ステップＳ４では、測定対象であるすべての流路３２ａについて、ステップＳ１〜ステップＳ３の処理が実行されたか否か判断し、判断が肯定されれば一連の処理を終了する。判断が否定されれば、ステップＳ１へ戻り、次の流路３２ａを選択する。
【００３２】
以上のように、図５のステップＳ１〜Ｓ４の処理を繰り返すことにより、すべての流路３２ａについて、触媒の分析を順次、実行する。測定条件を変えながら上記処理を実行することもできる。この場合、マイクロリアクタ内の温度や圧力は速やかに変化するため、測定条件の切り替に長時間を要することはなく、測定時間を短縮できる。
【実施例２】
【００３３】
以下、図１（ｂ）を参照して、実施例２の化学反応評価装置について説明する。
【００３４】
図１（ｂ）は実施例２の化学反応評価装置の構成を示すブロック図である。実施例１と同一構成要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００３５】
図１（ｂ）に示すように、本実施例の化学反応評価装置は、実施例１に示す切替部２に代えて、切替部７を備える。切替部７はマイクロリアクタ３０，３０，・・・の排出側に設けられ、選択された流路３２ａから導出されるガスのみを反応ガス導出部８および検出部６に順次、導入する。ガス供給部１からの管路はすべての流路３２ａに接続された状態にある。しかし、選択されていない流路３２ａからのガスは切替部７により遮断されるため、選択されていない流路３２ａ内を供給ガスが流れることはない。このため、切替部７の操作により、流路３２ａの切り替えを実施例１と同様に行うことができる。
【００３６】
測定時の動作手順は実施例１と同様であり、同様の制御によりその動作手順を実行できる。
【００３７】
上記各実施例の化学反応評価装置によれば、反応容器としてマイクロリアクタを使用しているので、反応容器が小さくデッドボリュームも大幅に縮小されるので、マイクロリアクタ内の温度や圧力を均一にすることができる。このため、温度や圧力等の反応条件を高精度に制御できるとともに、条件を高速で変化させることができる。したがって、例えば前処理に必要な時間を短縮できるとともに、副反応等を効果的に抑制できる。また、反応容器が小さいため、ホットスポットの発生を抑制できる。
【００３８】
また、上記各実施例では、反応容器としてマイクロリアクタを使用しているので、装置を小型化できる。
【００３９】
さらに、上記各実施例では、多数の触媒についての測定を自動的、連続的に行うので、測定時間を短縮できるとともに、測定条件の同一性が向上するため、試料間の比較精度を大幅に高めることができる。
【００４０】
マイクロリアクタにヒータを内蔵させることで、温度精度をより向上させることができる。マイクロリアクタの材質は適宜選択できる。例えば、セラミックス、金属、ガラス等を使用できる。触媒がセラミックスや金属である場合には、触媒自身によりマイクロリアクタを形成することができる。また、触媒の固定方法は適宜選択でき、例えば触媒を充填する以外に、担持による方法、流路へのコーティングによってもよい。また、マイクロリアクタ自身を担体として用いてもよい。
【００４１】
流路内のガスの流量はマスフローメーター等を用いて監視し、制御してもよい。
【００４２】
上記実施例では触媒の性能評価の例を示したが、本発明の化学反応評価装置は、種々の化学反応系の評価に適用される。また、反応媒体として、ガスの場合を例示したが、液体を反応媒体とする場合に対し、本発明の化学反応評価装置を適用することもできる。検出部における測定、分析方法は限定されない。
【００４３】
以上説明したように、本発明によれば、マイクロリアクタを用いることにより、流路の温度や圧力を精密かつ高速に制御できるとともに、測定時間を短縮できる。とくに、多数の試料に対する測定を同時に行うことにより、測定時間を大幅に短縮できる。さらに、マイクロリアクタを用いることで、装置の小型化を図ることができる。
【００４４】
本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、反応媒体の化学反応を評価する化学反応評価装置および反応媒体の化学反応を評価する化学反応評価方法に対し、広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】化学反応評価装置の構成を示す図であり、（ａ）は実施例１の化学反応評価装置の構成を示すブロック図、（ｂ）は実施例２の化学反応評価装置の構成を示すブロック図。
【図２】マイクロリアクタの構成を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図。
【図３】別構造のマイクロリアクタを示す斜視図。
【図４】実施例１の化学反応評価装置における制御系の構成を示すブロック図。
【図５】本実施例の化学反応評価装置における測定時の動作手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００４６】
２      切替部（選択手段）
３      収容部
６      検出部（評価手段）
７      切替部（選択手段）
３０，３０Ａ  マイクロリアクタ
３２ａ  流路
３３    流路
３５    ヒータ（温度制御手段）
９１    測定部（評価手段）
９２    圧力調整弁（圧力制御手段）
９３    制御部（選択手段、評価手段、温度制御手段、圧力制御手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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