质谱热分析在材料研究中的应用

质谱热分析 ,如热重 差热 质谱 ( TG DTA MS)同时联用技术是对传统热分析方法的一种突破。它不仅可以检测材料在程序温度下的重量增失以及热量的吸收或释放 ,同时能检测其逸出气体。结合近年来在化学法制备超细粉体热分解过程的研究以及在 Si C LAS(锂硅酸铝 )界面形成碳层质谱判别的两个实例 ,对 TG DTA MS技术作了简要的介绍。研究结果表明了质谱热分析技术在材料的制备和研究中具有很大的应用潜力。

热分析质谱技术在微塑料检测领域的应用

微塑料作为一种日益受到关注的新型污染物,已被证实广泛存在于全球各地,并随食物链在生态系统中不断富集,对生物安全和人体健康产生风险。热分析质谱技术基于对塑料热解产物的准确测定可以实现复杂基质中微塑料高效的定性定量分析,所提供的质量浓度数据在一致性和可比性上有着显著优势。热分析质谱技术近年来已逐渐成为微塑料检测中应用最普遍的方法之一。对当前几种常见的热分析质谱方法,如热裂解-气相色谱质谱(Pyr-GC-MS)、热重-质谱(TGA-MS)、热吸附-解吸气相色谱质谱(TED-GC-MS)进行了综述,对其基本原理,应用场景进行总结讨论。通过梳理,提出目前热分析质谱技术仍存在的主要技术挑战,并对热分析质谱技术检测微塑料这一领域的未来研究方向进行了展望。

热裂解-气相色谱-质谱法分析烟用咖啡颗粒热裂解特性

利用热裂解-气相色谱-质谱联用分析烟用咖啡颗粒的热裂解特性。分别于150、200、250、300、350℃对烟用咖啡颗粒进行热裂解分析,同时针对不同水分含量和粒径的咖啡颗粒在同一温度下进行热裂解成分分析。结果显示,随着温度的升高,热裂解产物逐渐增多,释放物质的种类逐渐也逐渐增多,在250℃时咖啡颗粒生成关键致香成分占比较高。不同水分含量和粒径的咖啡颗粒在250℃裂解时,水分越高,裂解产物中烟碱含量占比越高,烟气越充足;粒径越小,裂解产物中咖啡因和烟碱的总量越大,香气质量也越高。该试验为咖啡颗粒在卷烟中应用时的温度设计和香气品质改善提供理论依据。

热分析-质谱联用分析生物垃圾热解机理

采用热分析-质谱联用技术研究了城市生活垃圾中三种生物质成分的热解过程,并采用Freeman-Carroll法定量分析了三种生物质热重动力学参数。结果表明木屑、落叶和菜叶这类生物质热解过程分为三个阶段,先是水分析出的微小失重阶段,之后是因纤维素等大分子进行交联缩聚的快速热解阶段,表现为放热效应,逸出的气体主要有H2O、CO2、C2H6/C2H4和CH4,最后是吸热脱链解聚的缓慢热解过程,逸出的小分子气体主要有CO2。

热分析-红外-质谱联用系统用于石墨烯材料成分分析

热分析-红外-质谱联用系统结合了同步热分析仪与傅立叶变换红外光谱仪和质谱仪的优点,该联用系统不需对样品进行前处理而直接进行样品分析。该联用系统能实时、直观的了解样品在整个升温程序中的热重、热效应和红外数据变化,监测不同时刻、不同温度下样品所释放物质的种类与含量,适用于对复杂及混合样品化学组成及热分解过程进行详细分析。本实验将热分析-红外-质谱联用系统用于石墨烯材料的组成与热分解行为分析。

热分析-红外-质谱联用系统在食品包装材料领域的应用

热分析-红外-质谱联用系统结合了同步热分析仪与傅立叶变换红外光谱仪和质谱仪的优点,不需对样品进行前处理而直接进行样品分析。该联用系统能实时、直观地了解样品在整个温度平台中的热重、热效应和红外数据变化,监测不同时刻、不同温度下样品所释放物质的种类与含量,适用于对复杂及混合样品化学组成及热分解过程进行详细分析。本文对近年来热分析-红外-质谱联用系统在食品包装材料领域的应用进行了综述。

热分析-质谱联用技术在生物质热失重特性中的应用

利用热分析-质谱联用技术,以高纯氮气为载气对花生壳进行了详细的热重分析研究。通过观察、比较升温速率分别为5、10℃/min的TG-DTG-DSC曲线,将花生壳的热解过程分为4个阶段,发现TG-DTG曲线随升温速率的提高向高温侧移动。通过质谱分析获得了温度和升温速率对热解气化产物的影响规律。在此基础上建立了热解动力学模型,并根据实验数据对模型进行了求解,得到了活化能、频率因子等动力学参数,表明花生壳热解是一级反应。

酚醛树脂的热裂解气相色谱-质谱联用分析

利用热裂解气相色谱-质谱法对两种酚醛树脂样品进行研究,选择在575℃条件下进行裂解,其裂解产物通过DB-35石英毛细管柱分离和质谱鉴定,获得了有关这两种酚醛树脂各自结构的特征信息,酚醛树脂的热裂解产物的总离子流图可认为是他们各自结构特征指纹。

LiFePO_(4)电池阴极板升温过程中逸出气体特征分析

LiFePO_(4)电池在电动汽车领域具有独特的优势且占有市场持续扩张和稳步增长,电池失效现象的正确理解和失效机理分析对锂离子电池性能的提升和技术改进有着重要作用。其中,电池材料在工作和升温过程中发生产气、热失控等因素为失效现象中最常见的原因,对LiFePO_(4)电池阴极材料在升温过程中的热行为和反应过程所产生的逸出气体种类及动态特征进行了分析。通过采用具有Skimmer采样接口的热分析-质谱联用设备TG-DSC-EI-MS对惰性气氛和氧气气氛下的反应过程热行为和逸出气体进行定性研究。结果揭示,惰性气氛下的分解反应主要集中在435~800℃,其逸出气体以H_(2)、H_(2)O、PF_(5)为主;氧气气氛下的燃烧反应过程分多个阶段,主要集中在四个温度区间:75~200、235~460、465~590、645~745℃,其逸出气体以H_(2)、H_(2)O、C_(x)H_(y)、CO_(2)等组分为主。不同气体组分受温度和气氛影响,其逸出动态特征也不尽相同,其中低温段逸出气体多为电池无机材料的分解和挥发为主,随着温度升高,逸出气体的产生以有机材料的分解和含碳材料的氧化为主,其中含氟气体的逸出行为贯穿整个升温过程中,^(19)F^(+)主要来源于热稳定性较差的LiPF_(6)。该研究结果为LiFePO_(4)电池使用过程中受温度和产气影响机理研究提供了基础信息和方向。

热转换元素分析-同位素比质谱法测定低氘包装饮用水中氘含量

建立热转换元素分析-同位素比质谱联用(thermal conversion/elemental analysis-isotope ratio mass spectrometry,TC/EA-IRMS)检测低氘水中氘含量分析方法,用于低氘包装饮用水中氘含量的监督检测。水样采用0.22μm微孔滤膜过滤样品适量,移取2 mL水样装满进样瓶,进样量0.1μL,反应炉温度1380℃,柱温箱温度85℃,载气He流速100 mL/min,每个水样进行4~6次分析。测试样品瓶不留顶空和剔除第1个数据点可以避免样品瓶顶空体积和记忆效应对δ2H测定值的影响,从而提高计算得到的氘含量值的精度。该方法适用于12.624~155.760μg/g范围内水中氘含量的测定,测量值与理论值的相对标准偏差低于0.6%。对同一低氘水样连续8次测定值除第1个点后氘含量标准偏差(standard deviation,SD)为0.08μg/g,30 d内分3次测定同一低氘水样氘含量SD为0.086μg/g,重复性和再现性好。不同仪器方法测定的低氘水样SD低于1μg/g。检测8个市售低氘包装饮用水,测定值和标识值不相符的现象明显。TC/EA-IRMS测定低氘水中氘含量分析方法可以为标识为低氘水的包装饮用水中氘含量的监管检测提供技术支撑和理论依据。

塑料和橡胶垃圾的热解机理及动力学分析

利用热分析-质谱联用技术进行了塑料和橡胶垃圾的热解实验研究,探讨了这两种聚合物热解机理,并采用Freman-Carroll法定量分析了垃圾热解动力学。塑料和橡胶主要热解气体产物是烃类C_nH_m(n≤4～5)、CO_2和CH_4,塑料热解过程以脱链解聚吸热反应为主;而橡胶热解过程分为两个阶段,前期以交联缩聚放热反应为主,后期以脱链解聚吸热反应为主,热解过程总热效应为放热.

塑料燃烧热重动力学与热动力学分析

利用热分析-质谱联用技术进行了塑料燃烧的实验研究,探讨了这类聚合物的燃烧机理,并采用热重动力学和热动力学解析方法定量分析了塑料燃烧的动力学参数.研究表明,塑料燃烧过程一步完成.塑料的DSC热动力学活化能参数分别对应3个温度区间的反应,活化能值都比较高,在300 kJ·mol-1以上,在反应的后期甚至达到842 kJ·mol-1.DTG动力学活化能只对应一个温度区间,活化能值为509 kJ·mol-1.DSC动力学参数与热重动力学参数差别很大,说明塑料燃烧时的热行为与质量变化行为差别很大.

实验条件对煤热解特性影响的DSC/TG-MS分析

采用DSC/TG-MS同步热分析质谱联机实验方法,对新疆煤在不同条件下的热解过程进行实验研究,探讨了不同的气氛和不同升温速率对煤热解过程TG、DTG、DSC曲线以及热解气体产物的影响,为掌握煤的热解特性、提高煤的有效利用提供依据。

草酸钴原位催化高氯酸铵热分解的DSC／TG-MS研究

采用差示扫描量热/热分析-质谱(DSC/TG-MS)联用技术研究了草酸钴对高氯酸铵的原位催化.结果表明,草酸钴原位分解生成的钴氧化物对高氯酸铵有较强的催化作用,添加2%的草酸钴使高氯酸铵的分解温度降低104℃,分解放热量从655J/g增大到1469J/g.分解的气相产物主要有H2O,NH3,O2,HCl,Cl2,NO,N2O和NO2.由于氧在新生态的纳米钴氧化物表面形成过氧化活性离子(O2-),使氨氧化在钴氧化物的过氧化表面活性中心进行,加速了高氯酸铵的热分解,使其表观放热量大幅度增加.

TA-MS联用研究城市生活垃圾的热解特性

采用热分析-质谱联用(TA-MS)技术研究了四种城市生活固体垃圾的热解过程和热解气体种类。结果表明,PVC热解过程由一个阶段完成,香蕉皮和鸡骨头的热解过程分为两个阶段,烟头热解过程分为三个阶段;四种垃圾的热解均先是水份析出引起微小失重,随后是纤维素等大分子交联缩聚的快速热解阶段,它们的逸出气体主要是H2O、CO2、C3H3、C3H5、C3H6、C3H7、NO2、Cl、HCl等。

榆木木屑慢速热裂解过程中气体的逸出规律

为掌握榆木木屑的热裂解特性,该文利用热分析/质谱联用技术研究了榆木木屑在20℃/min升温速率下的慢速热裂解过程。主要探讨了水蒸汽、甲烷、氢气、一氧化碳、二氧化碳等7种小分子气体在慢速热裂解过程中的逸出规律。气体逸出和失重主要发生在升温阶段,恒温温度越高,气体越容易逸出。在榆木木屑加热至380℃和480℃并恒温1.5h的过程中,所有逸出气体峰值对应的温度约为350℃。通过计算质谱图中逸出气体的峰面积,比较了7种逸出气体的相对体积含量,结果表明,水蒸汽、一氧化碳和二氧化碳的含量较高,水蒸汽相对含量超过50%,而氢气、甲烷、乙烷和丙烯在逸出气体中含量较低。

TA-FTIR/MS用于硝酸铵及其混合物的热化学行为研究

为评价物料混合对危险化学品热化学行为的影响,采用热分析-红外/质谱联用技术(TA-FTIR/MS)研究硝酸铵、柠檬酸和蔗糖的混合物的热化学行为。通过对硝酸铵及其混合物的分解温度和分解过程中逸出气体的分析,发现硝酸铵、柠檬酸和蔗糖的混合物热分解温度分别降低至135℃和153℃,而硝酸铵与甲基纤维素的混合物分解温度与硝酸铵基本相同为201℃,且各混合体系的气相分解产物均有氮氧化物(NOX),H2O和CO2。结果表明,混合物受热后其中的硝酸铵首先分解为硝酸和氨气;酸性物质和还原性物质由于对硝酸的分解反应有催化作用,使得混合物的热稳定性下降。

热分析-质谱联用中逸出气体的脉冲热分析定量方法

利用脉冲热分析技术(PulseTA)实现对热分析-质谱(TA-MS)联用系统中逸出气体质谱信号的定量,考察了多种实验参数如不同载气流速、温度以及分析样品量等因素对热分析-质谱联用系统中逸出气体质谱信号定量校正的影响.实验结果表明,利用PulseTA对TA-MS联用系统中逸出气体CO2定量结果与理论计算值的相对误差约2.85%.同时利用TG-DTG-MS联用技术对氮化铟(InN)粉体的热分解行为进行研究,在氩气气氛下InN粉体的热分解过程一步完成,InN粉体在550～750℃得到相应的正离子质谱峰:N2+(m/z=28),所释放的N非常接近InN中N的理论含量.利用PulseTA技术检测到InN粉体受热分解放出氮气质量的实验测量值与理论计算值的相对误差约为1.36%.

生物柴油的着火性

使用热分析法研究生物柴油的着火性。提出了活性原子燃烧机理：生物柴油的燃烧过程分为挥发、离解和结合三个阶段,即首先将液态的脂肪酸甲酯分子挥发成气态,然后再将脂肪酸甲酯、O2和N2分子离解成活性原子C＊、H＊、O＊和N＊,最后C＊、H＊和N＊分别与O＊结合,释放键结合能,生成CO2、CO、H2O和NOx;建立了结合阶段的反应速率和反应速率常数方程。定义了着火温度和挥发性指数。研究结果表明：生物柴油主要由14～24个偶数碳原子的脂肪酸甲酯组成;生物柴油的着火性比石油柴油好,棕榈油生物柴油和菜籽油生物柴油的着火温度分别为480.9 K和483.7 K。

活体珍珠梅挥发物释放的季节性及其对人体脑波影响的初探

采用改进的便携式循环收集装置,直接捕集无损伤天然活体绿化植物珍珠梅的挥发成分,进行热脱附 气相色谱 质谱联用(TCT GC MS)分析,鉴定出不同季节的挥发成分差异,并结合相关的人体脑波测试实验总体结果及挥发成分中的刺激性、毒害性物质评价,指出珍珠梅对于林业人类工效学中绿色嗅觉环境建设的慎用问题。