Американские исследователи использовали ЯМР для построения температурных карт реакций, протекающих внутри каталитических реакторов. Такой метод открывает дверь для удобного неинвазивного способа обнаружения горячих и холодных участков внутри реактора.

При поиске оптимального решения при проектировании реакторов инженеры-химики используют сенсорные датчики, как например термопары, для определения температуры реакции. Но для большинства обычных каталитических реакций, протекающих между твердым и газообразным веществами, введение сенсора внутрь реактора может влиять на потоки газообразных веществ, поэтому значение измеренных параметров в лучшем случае будет представлять приблизительную величину.



При повышении температуры молекулы газа двигаются быстрее и молекулярное движение достигает значений градиента фазовой релаксации. Ввиду того, что спиновое вращение электрона создает магнитное поле с интенсивностью выше среднего, ширина кривой уменьшается.

Руководитель исследования, Луис Бушар (Louis Bouchard) из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, отмечает, что при внедрении маленького датчика в очень большой реактор не возникает сложностей, поскольку такой реактор даже не оказывает влияния на поток. Однако когда дело касается микрореакторов, как например, тех, которые используются в процессах «зеленой химии», возможное влияние датчика на газовый поток уже нельзя оставлять без внимания.

Для определения температуры реактора с помощью метода ядерного магнитного резонанса исследовательская группа под руководством Бушара использовала градиент магнитного поля по всему объему реактору. Используя переменное поле, исследователи смогли построить трехмерную температурную карту всего устройства, что стало возможны, так как разные стороны реактора испытывали различную силу поля. Ученые использовали ЯМР для точечного измерения температуры в незначительных объемах реактора. При повышенных температурах молекулы газа двигались быстрее. Величина градиента магнитного поля в их локациях была средней, в то время как при низких температурах на молекулы газа воздействовала целая система сил из-за статического движения. Построение графика по среднему значению движения позволило группе исследователей достоверно определить температуру в различных точках по всему объему реактора.

Бушар использовал разработанную в его группе для создания температурных карт с миллиметровым масштабом для реактора гидрирования пропилена. Исследователи также продемонстрировали свою методику на еще меньшем размере – десятках микрометров – используя парамагнитный водород в качестве маркера, увеличивающего силу сигнала.

Бушар говорит, что с помощью разработанной его исследовательской