原位檢測與過程分析(以下簡稱ICPA)技術平臺是以自動反應量熱儀為基礎，并搭載在線分子光譜儀、在線粘度計、在線pH計、在線顆粒度檢測儀等探頭式原位檢測儀器的高技術多參量測控平臺。
通過對上述儀器組件在硬件與軟件層面的集成，可實現化學反應工藝過程模擬、多參量測控、數據分析與聯用等功能。
其中，ICPA技術平臺的多參量測控功能可原位采集化學反應過程中體系溫度、壓力、反應熱、組分、pH值、粘度和顆粒度等參量的實時數據，從而高效獲取化學反應特征信息。
由于無須進行取樣、樣品前處理等操作，與傳統的離線分析手段相比，ICPA技術具有不破壞樣品、不引入干擾因素、不丟失過程信息等優勢，可用于反應機理研究、反應風險評估、工藝參數快速優化等。
另外，由于具備高自動化、高數據通量的特點，該技術是未來實現全自動化實驗室、智能工廠的重要基礎。
接下來跟大家分享一下ICPA的應用案例
有機化學中從1,4-二羰基化合物產生吡咯、呋喃或噻吩的反應稱為Paal-Knorr反應。取代的吡咯、呋喃和噻吩是許多具有生物活性的天然產物和藥物活性成分(APIs)的基本結構單元，因此Paal-Knorr反應是一類比較有價值的合成方法。
對于利用胺類與1,4-二羰基衍生物合成吡咯的Paal-Knorr反應，一般認為半縮醛胺中間體的環化是反應的決速步驟，因此測定該中間體的生成與變化是研究反應機理的關鍵。
本實驗以2,5-己二酮為底料、滴加乙醇胺的方式進行Paal-Knorr吡咯合成。利用ICPA技術平臺分子光譜(中紅外)原位檢測功能，可表征反應過程中體系紅外吸收光譜隨時間變化。
通過對全譜圖進行基線校正和特征峰趨勢分析，可以識別出反應體系各組分濃度的變化，其中波數1110 cm-1處的吸收峰呈現先上升后下降的趨勢，且符合仲胺基上C-N鍵的伸縮振動峰位置，可初步識別為半縮醛胺中間體的特征峰。
利用特征峰強度變化可對反應物、產物和中間體的濃度及相對濃度變化過程進行半定量分析。可以發現，反應物和產物的相對濃度之和在1110 cm-1吸收峰出現前后恒等于1，且在反應過程中出現的下降趨勢與1110 cm-1吸收峰的變化趨勢相吻合。由此可以確認1110 cm-1是半縮醛胺中間體的特征峰。
確認中間體的特征峰之后，可以通過原位采集紅外數據高效研究工藝條件對反應過程的影響。如圖6所示，提高反應溫度會抑制中間體的生成，驗證了半縮醛胺中間體脫水是Paal-Knorr反應的決速步驟，溫度對這一步反應速率的影響更顯著;
另外，投料順序也影響反應過程，以乙醇胺為底料、滴加2,5-己二酮的反應方式沒有明顯的中間體生成。
ICPA技術是現代測控技術、儀器科學和現代計量學的結合體，是研究化學反應機理與工藝開發的新興手段。后續我們將介紹更多ICPA檢測方法以及該技術在醫藥、農藥、聚合物、新能源等行業研發與生產中的應用實例。
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