ניתוח כמותי על-ידי ניתוח הספקטרום Thermogravimetry-המונית לתגובות עם גזים מפותחת

Engineering

Your institution must subscribe to JoVE's Engineering section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Summary

קביעה מדויקת של קצב הזרימה של גזים מפותחת היא המפתח ללמוד את הפרטים של תגובות. אנו מספקים שיטה הרומן ניתוח כמותי של ניתוח הספקטרום האופייני המקביל ניתוח הספקטרום thermogravimetry-המונית על ידי הקמת מערכת כיול של הספקטרום האופייני, רגישות יחסית, להשגת קצב הזרימה.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Li, R., Huang, Q., Wei, K., Xia, H. Quantitative Analysis by Thermogravimetry-Mass Spectrum Analysis for Reactions with Evolved Gases. J. Vis. Exp. (140), e58233, doi:10.3791/58233 (2018).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

במהלך המרת אנרגיה, ייצור חומר ותהליכים מטלורגיה, תגובות לעיתים קרובות יש את התכונות של החשש, רב שלבי ביניים מרובות. ספקטרום Thermogravimetry-המונית (TG-MS) נתפסת ככלי ללמוד תכונות התגובה. עם זאת, התגובה פרטים ומכניקה התגובה לא ביעילות הושגו ישירות מן הזרם יון של TG-MS. כאן, אנו מספקים שיטה של ניתוח הספקטרום האופייני שווי ערך (ECSA) עבור ניתוח הספקטרום המונית ולתת את קצב זרימת מסה של גזים התגובה מדויק ככל האפשר. ECSA ניתן ביעילות להפריד בין פסגות יון חופפים, ואז לשלול את האפליה המונית ואת אפקט תלוית טמפרטורה. שני ניסויים דוגמה מוצגים: (1) פירוק של קאקו3 עם הגז מפותחת של CO2 , הפירוק של hydromagnesite עם התפתחו גז של CO2 ו- H2O, כדי להעריך את ECSA במערכת אחת-הרכיבים מדידה ו- (2) פירוליזה התרמיים של Zhundong פחם עם גזים מפותחת של גזים אנאורגניים CO, H2CO2וגזים אורגניים C2H4, C2H6, C3H8, C6H14 , וכדומה, כדי להעריך את ECSA על מערכת מרובת רכיבים מדידה. על סמך הכיול המוצלח של הספקטרום האופייני ורגישות היחסי של גז מסוים, את ECSA על הספקטרום המוני, נדגים ECSA במדויק נותן שיעור זרימת מסה של כל גז מפותחת, כולל גזים אורגני או לא, לתגובות לא רק אחת אבל רכיבים רב, אשר לא יכול להיות מיושם על ידי המדידות מסורתיים.

Introduction

הבנת עומק המאפיינים האמיתיים של תהליך התגובה היא סוגיה קריטית אחת עבור הפיתוח של חומרים מתקדמים והקמה של אנרגיה המרה מערכת או מתכות ייצור תהליך1. כמעט כל התגובות מתבצעת תחת תנאים לא יציב, מכיוון פרמטרים שלהם, כולל ריכוז, קצב הזרימה של המגיבים ומוצרים, תמיד לשנות עם הטמפרטורה או לחץ, קשה לאפיין בצורה ברורה תכונה התגובה על ידי פרמטר אחד בלבד, למשל באמצעות משוואת ארניוס. למעשה, הריכוז מרמז רק את היחסים בין המרכיב את התערובת. התנהגות התגובה אמיתי אולי לא יושפעו, למרות הריכוז של רכיב אחד התגובה מסובך מותאמת במידה רבה מאז רכיבים אחרים שאולי יש השפעה חזקה יותר על זה. להפך, קצב הזרימה של כל מרכיב, כמות מוחלטת, יכול לתת מידע שכנוע כדי להבין את המאפיינים של התגובות, אלה בעיקר מאוד מסובך.

כיום, מערכת צימוד TG-MS מצויד עם הטכניקה יינון (EI) אלקטרון שימש ככלי ונפוצים לניתוח התכונות של תגובות עם גזים מפותחת-2,-3,-4. עם זאת, ראשית, יצוין יונים הנוכחי (IC) המתקבל מערכת MS מקשה על ישירות המשקף את קצב הזרימה או ריכוז הגז מפותחת. החפיפה IC מסיבית פרגמנט, אפליה חמורה המוני, אפקט פעפוע של גזים בתוך הכור של thermogravimeter יכול לעכב באופן משמעותי את ניתוח כמותי של TG-MS5. שנית, EI היא השכיחה ביותר וטכניקות זמינים יינון חזקה. מערכת MS מצויד EI בקלות תוצאות במקוטע ולא ישקף לעיתים קרובות ישירות קצת גזים אורגניים עם משקל מולקולרי גדול יותר. לכן, מערכות MS עם יינון רך שונים (למשל, גרין [פי]) הם נדרשים בעת ובעונה אחת להיות ממוקפות כדי thermobalance וטכניקות שהוחל התפתח ניתוח גז6. שלישית, עוצמת IC-חלק יחסי בנפח גדול לתשלום (מ/z) אינה יכולה לשמש כדי לקבוע את המאפיין דינמי של דלק התגובה, כי זה לעיתים קרובות מושפעים השני ICs לתגובה מורכבים עם multicomponent התפתחו גזים. לדוגמה, ירידה העקומה IC של גז מסוים אינו מצביע בהכרח לירידה קצב הזרימה שלה או ריכוז; במקום זאת, אולי זה מושפע גזים אחרים במערכת מורכבת. לכן, חשוב לקחת בחשבון את כל הגזים של ICs, בהחלט עם המוביל גז, גז אינרטי.

למעשה, ניתוח כמותי המבוסס על הספקטרום המוני במידה רבה תלוי קביעת הגורם כיול ואת הרגישות היחסית של מערכת TG-MS. Maciejewski ו Baiker7 חקר בספקטרומטר מנתח-מסה תרמית מערכת (TA-MS), שבו לצבא מקושר על-ידי נימי מחומם כדי פאול MS, השפעת פרמטרים ניסיוני, כולל הריכוז של גזים מינים, הטמפרטורה, קצב הזרימה ומאפיינים של הגז המוביל, על הרגישות של הניתוח המוני spectrometric. גזים מפותחת היו מכויל על ידי פירוק של מוצקים באמצעות תגובה ידועה, stoichiometric, הזרקת כמות מסוימת של גז לתוך זרם הגז המוביל, בקצב קבוע. תוצאות הניסוי מה יש מתאם לינארי שלילי של MS אות בעוצמה של הגז מפותחת לזו של קצב הזרימה המוביל גז, הגז מפותחת MS בעוצמה לא מושפע על ידי הטמפרטורה וכמות הגז שנותחה. עוד יותר, המבוסס על שיטת כיול, Maciejewski. et al. 8 המציא את הדופק שיטת ניתוח תרמי (PTA), אשר מספק הזדמנות כדי לקבוע את קצב הזרימה על-ידי ניטור בו זמנית את השינויים של ה אנתלפיה מסה, ולאחר גז קומפוזיציה נבעה הקורס התגובה. עם זאת, עדיין קשה לתת מידע משכנע על התגובה מסובך (למשל, פחם בעירה/גיזוז) באמצעות ניתוח TG-MS מסורתי או שיטות ועד ההורים.

כדי להתגבר על קשיים וחסרונות של מדידת המסורתי ואת שיטת ניתוח עבור מערכת TG-MS, פיתחנו את שיטת ניתוח כמותי של ECSA9. עקרון היסוד של ECSA מבוסס על מנגנון צימוד TG-MS. ECSA ניתן לקחת בחשבון של גזים כל ICs, לרבות התגובה גזים, נושאת גזים, נייח. לאחר בניית את כיול גורם ואת הרגישות היחסית של דלק, קצב זרימת מסה אמיתית או שן טוחנת כל רכיב יכול להיקבע על ידי חישוב IC מטריקס (קרי, הספקטרום המונית של TG-MS). בהשוואה לשיטות אחרות, ECSA עבור מערכת TG-MS יכול להפריד את הספקטרום חופפים ביעילות לחסל את האפליה המונית ואת השפעת תלוית טמפרטורה TG. הנתונים שמפיק ECSA הוכיחו להיות אמין באמצעות השוואה בין את קצב זרימת מסה של גז מפותחת אובדן נתונים על-ידי thermogravimetry דיפרנציאלית (DTG). במחקר זה, השתמשנו באפשרות של מכשיר מתקדם TG-DTA-EI/PI-MS10 כדי לבצע את הניסויים (איור 1). המכשיר הזה מורכב של פאול גלילי MS אופקי thermogravimetry-דיפרנציאלית תרמי מנתח (TG-DTA) מצוידים עם מצב EI ו- PI, ועם ממשק מקפה. ECSA עבור מערכת TG-MS קובע את הפרמטרים פיזיקה של גזים מפותחת כל על ידי ניצול את מנגנון צימוד בפועל TG-MS (קרי, של הלחץ היחסי שווה) ליישם את ניתוח כמותי. התהליך הכולל ניתוח כולל ניתוח כיול, הבדיקה עצמה, ונתונים (איור 2). אנו מציגים שני ניסויים דוגמה: (1) פירוק של קאקו3 בלבד התפתחו הגז CO2 , הפירוק של hydromagnesite בגז מפותחת של CO2 ו- H2O, כדי להעריך את ECSA על מערכת אחת-הרכיבים מדידה ו- (2) פירוליזה תרמי של פחם חום עם גזים מפותחת של גזים אנאורגניים CO, H2, ו- CO2וגזים אורגניים CH4, ג2H4,2H ג6, C3H8, 6H ג14, וכדומה, כדי להעריך את ECSA על מערכת מרובת רכיבים מדידה. ECSA מבוסס על מערכת TG-MS היא שיטת פתרון מקיף לקביעת באופן כמותי את כמות הגז מפותחת בתגובות תרמי.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. כיול של ECSA עבור מערכת TG-MS

  1. כיול של הספקטרום האופייני
    1. להכין גזים מפותחת של CO2, H2O, CH4, הוא, וכו ' כדי להיות מכויל, הכוח ויסות לחץ הגז ב- 0.15 MPa.
    2. לחבר את בלון גז למערכת TG-MS על ידי צינור נירוסטה ולטהר את הגז בודדים לתוך מערכת TG-MS עם קצב זרימה של 100 mL/min.
    3. לפקח על הספקטרום מסת הגז בודדים. בזהירות לצפות והשווה הפסגה האופיינית של גזים כדי להיות מכויל והגזים הטומאה אפשרי בספקטרום מסה מאת TG-MS כדי לאשר את המינים והטוהר של הגזים.
      הערה: גזים הנ ל ניתן לקנות ישירות בלוני גז או מפורקת של דגימות בדיקה (חוץ הוא). הוא משמש המוביל גז הכיול והן את הבדיקה.
      התראה: כמה חומרים אשר מזיקים TG או MS, הגז המוביל חייב להשתמש.
  2. כיול של הרגישות היחסית
    1. נקה את הגז הפניה הוא עם קצב זרימה של 300 mL/min לתוך מערכת TG-MS כעשרים דקות לנקות את המערכת.
    2. נקה באופן סינכרוני סוג אחד של דלק מכויל, כגון CO2 או H2O, ואת ההפניה גז את הוא לתוך מערכת TG-MS עם קצב זרימה של 100 mL/min.
    3. לחשב את הרגישות היחסית של כל גז לפי קצב הזרימה ידוע הספקטרום המוני (משוואה 1).
      Equation 1
      כאן,
      Equation 2= הרגישות היחסית של הגז k לגז הפניה
      Equation 3= קצב הזרימה נתון של הגז הפניה
      Equation 4= קצב הזרימה נתון של הגז k
      Equation 5= יון נחוש את הנוכחי על הדלק k על-ידי MS, ו
      Equation 6= יון נחוש את הנוכחי עבור גז התייחסות.
      הערה: שיעורי נפח זרימה של הגז מכוילת והפניה חייב להיות ידוע מראש.

2. בוחן את תהליך של ECSA עבור מערכת TG-MS

  1. הכנת הדגימות שימשו את המבחן
    1. הכנת הדגימות של קאקו3 ו- hydromagnesite
      1. לאסוף דגימות 10-g של קאקו3 עם קוטר ממוצע של 15 מיקרומטר.
      2. לאסוף 10 גרם של גוש לבן hydromagnesite, מפרקים אותו < 3 מ מ גודל, לטחון את החלקים עם מפעל מנוער-מכונת כ 10 מיקרומטר.
      3. יבש את הדוגמאות עבור 24 שעות בתנור בטמפרטורה של 105 מעלות צלזיוס.
        הערה: ניתן ליישם את השלבים לעיל במקביל.
    2. הכנה של המדגמים על הגחלים Zhundong
      1. לאסוף 20 גרם של פחם Zhundong coalfield הממוקמת המחוז האוטונומי Kazak מורי, במחוז שינג'יאנג בסין.
      2. כדי למנוע לחות חיצונית, יבש הפחם בתנור בטמפרטורה של 105 מעלות צלזיוס במשך 24 שעות ביממה.
      3. לשבור ולקרקע את הפחם טחנת להשיג מגוון גודל החלקיקים של 180-355 מ'.
  2. בדיקה של תגובות תרמי
    1. לטהר את מערכת TG-MS עם הגז המוביל הוא כבר שעתיים לגרש את אוויר ולחות. בינתיים, מחממים את המכשיר עד בסביבות 500 ° C ו, אז, את תירגע עד לטמפרטורת החדר.
      הערה: הגז הוא שימש המוביל גז עבור כל הבדיקות.
    2. לנטר את האווירה באמצעות MS בדקות 20 הראשונים, בזהירות צופה ו השוואת שיא האופיינית של CO2, הוא וגזים את הטומאה של O2, N2ו- H2O בספקטרום המונית, כדי להבטיח הנמוך ביותר התוכן של אוויר, לחות, לא משפיע על המדידות ניסיוני.
    3. שוקל מדגם של 10 מ ג באמצעות האיזון אלקטרונית דיוק, מכניסים את הדגימה כור3 2O Al.
    4. מכניסים Al2O3 ציד המכשפות עם הדוגמה TG וסגור את הכבשן.
    5. הגדר את פרמטרי הפעלה. (1) עבור הבדיקה3 קאקו, להתחיל את הטמפרטורה ב- 20 ° C ומחממים עד 550 ° C עם קצב חימום של 10 K/דקה; לאחר מכן, עבור התוכנית טמפרטורה modulating, מחממים עד 800 מעלות צלזיוס עם מתחלפים חימום שיעור של 10 K/min ו- 20 K לדקה (2) עבור הבדיקה hydromagnesite, פחם, להתחיל את הטמפרטורה ב- 20 ° C והשתמש שיעור חימום של 10 K/דקה, זמן המתנה של 15 דקות , לטמפרטורה עצירה של 1000 ° C, ו קצב זרימת גז של 20 mL/min; לשמור על טווח מ/z 2-200 עבור מצב EI ו 10-410 עבור מצב PI.
      הערה: מצב PI שימש לזיהוי גזים אורגניים, משמש בעיקר עבור המבחן של Zhundong פחם פירוליזה במחקר זה.

3. איכותני וניתוח כמותי

  1. קבל את הנתונים ספקטרום המוני תלת-ממדי שהוקלט על ידי מחשב המחובר עם המכשיר TG-MS.
  2. חישוב הפרמטרים בפועל, לרבות את קצב זרימת מסה הריכוז של כל גז מפותחת, באמצעות שיטת ECSA, בהתבסס על הפסגה האופיינית מכוילת נחוש (שלב 2.1) ואת הרגישות היחסי (שלב 2.2).
  3. לנתח את התגובה תרמי לפי פרמטרים בפועל9.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

פירוק תרמי של קאקו3 הוא תגובה פשוטה יחסית, אשר שימש כדי להדגים את הישימות של השיטה ECSA. לאחר כיול את שיא האופייני ואת הרגישות היחסית של CO2 המוביל גז, קצב זרימת מסה בפועל של CO2 התפתח על ידי פירוק תרמי של קאקו3 מחושב על ידי שיטת ECSA והוא הושווה עם אובדן מסת בפועל (איור 3). הוא הראה כי יש הסכם טוב בין קצב זרימת מסה של CO2 המחושב על-ידי ECSA ועל נתוני התביעות מסה מאת DTG במהלך תהליך המדידה כולו. השגיאה היחסית של קצב זרימת מסה של גז מפותחת לזו של DTG הוא נמוך משמעותית, כפי שמוצג על ידי קווים כחולים וצהובים באיור4. כמו כן, תהליך פירוק תרמי של hydromagnesite נותחה על ידי ECSA ואת נתוני כיול של CO2 ו- H2O (איור 4). קצב הזרימה המוביל גז נבחר 100 mL/min ולהגדיר קצב החימום היה ב 5, 10, 15 ו- 20 K/min. התוצאות מחושבות היו גם בהסכם טוב עם הנתונים TG/DTG ניסיוני.

להפגין עוד יותר את ניתוח איכותי של גזים אורגניים ואת היכולת של ECSA כדי לקבוע באופן כמותי את קצב הזרימה של מערכת התגובה מסובך, בוצע פירוליזה פחם Zhundong10. שילוב של מצבי מדידה PI והן EI, 16 סוגי גזים נדיפים, לרבות H2, CH4, H2O, CO, CO2, C2H4 (ethene), C3H6 (propene), C4H8 (butylene), C 5 H10 (pentene), C6H10 (hexadiene), C7H8 (טולואן), C6ח6O (פנול), C8H10 (ethylbenzene), C7H8O (anisole), C9 H12 (propyl בנזין), ו- C10H14 (butylbenzene), היו בבירור מזוהה (איור 5). לאחר החלטה מפורטת של ספקטרום המוני, הרגישות של כל גז הגז המוביל, ניתן לחשב את קצב זרימת מסה של כל גז. אבר המין הגברי, יונים הנוכחי מהספקטרום המוני יכול לשמש כדי להשוות בהתבסס על ההפעלה באותם הפרמטרים (איור 6).

Figure 1
איור 1: תרשים סכמטי של מערכת TG-DTA-EI/PI-MS מצויד עם מכשירים EI, PI, מקפה-סוג ממשק. מערכת זו TG-DTA-EI/PI-MS מורכבת בעיקר פאול גלילי MS ומצויד אופקי thermogravimetry-דיפרנציאלית תרמי מנתח (TG-DTA) התקנים EI והן PI. MS ו- TG-DTA מחוברים באמצעות הממשק מקפה. איור זה שונה מ- Li. et al. 10. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 2
איור 2: תרשים תהליך של ECSA לבדיקת התגובות תרמי. התהליך הכולל ניתוח ניתן לחלק לשלושה חלקים שנמצאים כיול, בדיקה וניתוח נתונים. החלק כיול קודם מספק את המידע של הספקטרום האופייני ואת הרגישות היחסית של כל גז התגובה; מידע זה משמש לחישוב עוקבות הפרמטרים פיזיקה, כגון קצב הזרימה, בעקבות הבדיקה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 3
איור 3: השוואה של קצב זרימת מסה של גז מפותחת עם אובדן מסת DTG עבור פירוק תרמי של קאקו3. השוואה לאובדן מסת בין תוצאות חישובים ECSA תוצאות המדידה DTG שימש כדי לאמת את המהימנות של השיטה ECSA. הוא הראה כי יש הסכם טוב בין החישוב לפי ECSA המדידות על ידי DTG, השגיאה היחסית של קצב זרימת מסה של CO2 לזה של DTG הינה נמוכה באופן משמעותי. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 4
איור 4: תהליך פירוק תרמי של hydromagnesite. אלה לוחות הצג גרף ספקטרום המונים () תלת-ממדי להתוות נגד טמפרטורה ו- m/z, (b) שיעורי זרימת מסה של CO2 המחושב על-ידי ECSA בקצב חימום של 5, 10, 15 ו- 20 K/דקה, זרימת מסה (ג) שערי H2O מחושב על ידי ECSA ב חימום שיעור של 5, 10, 15, ו- 20 K/min ו- (ד) השוואה בין זרם המבוססת על ECSA המחירים והנתונים TG/DTG ניסיוני. . הנה, קצב הזרימה המוביל גז נבחר 100 מ ל לדקה אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 5
איור 5: גרף תלת-ממדי ספקטרום המונית של פחם גולמי עם טמפרטורה, מ/z מצבים של EI ו- PI. מצב EI () שימש בעיקר כדי לזהות גזים אורגניים כגון CO2 ו- H2O, בעת (ב') מצב PI נעשה בעיקר כדי לזהות גזים אורגניים כגון C6ח6 ו- C-7-H-8. שימוש משותף של EI ו- PI מספק מידע מקיף על פירוליזה הפחם. איור זה שונה מ- Li. et al. 10. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 6
איור 6: מסה עקומות יון של CH4 ו- C6ח6O התפתח מן המדגם פחם גולמי הדגימות pretreated פחם Zhundong. סוג אחד של גז אי-אורגנית, () CH4ודלק אורגני אחד, (b) C6ח6O, נבחרו להיות מיוצג בפניות יון המוני, בשביל לפרש את הפונקציה של ECSA-ניתוח כמותי של מאפייני פירוליזה של גחלים pretreated שונים. כאן שיטת pretreated כוללת את H2מסוידים או פחם, פחם מסוידים HCl. איור זה שונה מ- Li. et al. 10. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

פרוטוקול זה יכול בקלות לשנות כדי להתאים מידות אחרות ללמוד גזים מפותחת ותגובות פירוליזה על-ידי מערכת TG-MS. כפי שאנו יודעים, נדיפים מפותחת מן פירוליזה של ביומסה, פחם, או אחרים דלק מוצק/נוזל שאינו כולל תמיד רק גזים אורגניים (למשל, CO, H2ו- CO2) אבל גם האורגני אלה (לדוגמה, C2H4 , או56H C ו-7H ג8). יתר על כן, שברי מסיבי יכול להגרם גזים אורגניים, תגובות משני תתרחש במהלך פירוליזה11. אף-על-פי מספר שיטות המדידה המקובלת, אוהב את צימוד TG-MS רגילה של המערכת, פורייה המרה אינפרא-אדום (FTIR) ספקטרומטר12, ביצועים גבוהים כרומטוגרפיה נוזלית (HPLC)13, ו UV-vis הקליטה, קרינה פלואורסצנטית spectroscopies14, יש כבר מועסקים עבור אפיון גזים נדיפים, עטרן, ישנם עדיין כמה בעיות שלא נפתרו, לרבות צמצום של תגובות משני, ההקלה recondensation של התפתחו גזים נדיפים במהלך מדידה של צמצום שברים מוגזמת. ECSA מפותח בהתבסס על TG-DTA-EI/PI-MS מערכת יכול לשמש כדי לחקור באופן מדויק את מאפייני פירוליזה עבור בזמן אמת, בחיי עיר מדידה. בשל fundamentality, ישימות, מכלליות ECSA, ניתוח כמותי עבור גזים נדיף מסיבית של פירוליזה יכולים להיות מיושמים בקלות9.

זה יש לקחת בחשבון כי ECSA מבוסס על מערכת TG-MS הוא כלי רב עוצמה כדי לנתח את התהליכים התגובה תרמי עם גזים מפותחת לא רק מערכת פשוטה אלא גם עבור האחד מורכב. צעד. מפתח כדי ליישם את שיטת ECSA היא לבנות בהצלחה הגורם כיול ואת הרגישות היחסית של גזים הנדרש. חשוב גם לציין כי תנאי הבחינה של MS חייב להיות באותה (או דומה) כמו אלה לצורך כיול. באופן ספציפי, הגז הפניה לכיול הרגישות היחסי חייב להיות זהה הגז הפניה עבור תהליך הבדיקה, זה אף פעם לא חייב להגיב עם גזים מפותחת. במחקר זה, נבחר הליום הגז הפניה על מנת לנתח CO2 ו H2O במדידה. יתר על כן, אנו מאמינים כי ECSA יכול לשמש כדי לאפיין את התגובות אלמנטרית אם כיול גורם ואת הרגישות היחסית של המגיבים או מוצרים התגובות היסודי בנויות בהצלחה. מצד שני, מאז ECSA מפריד את הספקטרום המונית של גזים מפותחת כל לתוך הספקטרום של מרכיבים שונים, המטריקס שנבנה על ידי הזרם יון של גזים שונים מפותחת יש לפתור אותן לפני התוצאות כמותיים מתקבלים. המטריקס צפוי להיות גדול, תהיה כמות גדולה של גז מפותחת מינים. לכן, מטריקס פתרון הוא גם המפתח ליישום של ECSA.

לבסוף, ECSA יש הרבה יותר יתרונות מאשר שיטות ניתוח TG-MS. המפתח הוא כי ECSA לספק את המידע כמותיים המדויק (כלומרקצב הזרימה, הריכוז, הלחץ חלקית) עבור כל גזים. יתרון נוסף זה, מאז ECSA מתייחס עם IC ספקטרום המונים מנקודת של צימוד מאפיינים (כלומר, הלחץ היחסי שווה בין TG ו- MS), שהוא בתכלית מבטל את האפליה המונית של MS ו תלוית טמפרטורה השפעת TG. עוד יותר, הנושא של השהיית זמן במהלך המדידה של תגובות עם גזים מפותחת (בעיקר חלקיקים מוצקים תגובות) גם ביעילות ייפתרו על ידי שינוי קצב הזרימה של הגז המוביל והטמפרטורה של TG. עם זאת, בשל MS, ECSA לא יכול לשמש כדי לקבוע תגובות ללא גזים מפותחת, עדיין יש קושי בהתמודדות עם תגובות אלמנטרית. מאז כל התגובות ללוות שינוי של חום, אנו מפתחים שיטה חדשה כדי לתאם את השינוי החום לתוך ECSA כדי לספק מידע כמותי לתגובות ללא גזים מפותחת אבל עם שינוי חום.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

המחברים אין לחשוף.

Acknowledgments

המחברים להכיר בהכרת תודה על תמיכה כספית מ נבחרת מדעי הטבע קרן של סין (מענק מס 51506199).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
CaCO3 and Ca(OH)2 Sinopharm Chemical Reagent
hydromagnesite Bangko Coarea in Tibet
Zhundong coal the coal field in the Mori Kazak Autonomous County, Junggar basin, Xinjiang province of China
ThermoMass Photo/H Rigaku Corporation
The STA449F3 synchronous thermal analyzer and QMS403C quadrupole MS analyzer NETZSCH

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Li, R. B., Xia, H. D., Wei, K. 15th International Conference on Clean Energy (ICCE-2017). Xi'an, China. (2017).
  2. Zou, C., Ma, C., Zhao, J., Shi, R., Li, X. Characterization and non-isothermal kinetics of Shenmu bituminous coal devolatilization by TG-MS. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 127, 309-320 (2017).
  3. Jayaraman, K., Kok, M. V., Gokalp, I. Thermogravimetric and mass spectrometric (TG-MS) analysis and kinetics of coal-biomass blends. Renewable Energy. 101, 293-300 (2017).
  4. Tsugoshi, T., et al. Evolved gas analysis-mass spectrometry using skimmer interface and ion attachment mass spectrometry. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 80, (3), 787-789 (2005).
  5. JaenickeRossler, K., Leitner, G. TA-MS for high temperature materials. Thermochimica Acta. (1-2), 133-145 (1997).
  6. Fendt, A., Geissler, R., Streibel, T., Sklorz, M., Zimmermann, R. Hyphenation of two simultaneously employed soft photo ionization mass spectrometers with thermal analysis of biomass and biochar. Thermochimica Acta. 155-163 (2013).
  7. Maciejewski, M., Baiker, A. Quantitative calibration of mass spectrometric signals measured in coupled TA-MS system. Thermochimica Acta. 295, (1-2), 95-105 (1997).
  8. Maciejewski, M., Muller, C. A., Tschan, R., Emmerich, W. D., Baiker, A. Novel pulse thermal analysis method and its potential for investigating gas-solid reactions. Thermochimica Acta. 295, (1-2), 167-182 (1997).
  9. Xia, H. D., Wei, K. Equivalent characteristic spectrum analysis in TG-MS system. Thermochimica Acta. 602, 15-21 (2015).
  10. Li, R. B., Chen, Q., Xia, H. D. Study on pyrolysis characteristics of pretreated high-sodium (Na) Zhundong coal by skimmer-type interfaced TG-DTA-EI/PI-MS system. Fuel Processing Technology. 170, 79-87 (2018).
  11. Li, C. Z. Some recent advances in the understanding of the pyrolysis and gasification behaviour of Victorian brown coal. Fuel. 86, (12-13), 1664-1683 (2007).
  12. Song, H. J., Liu, G. R., Zhang, J. Z., Wu, J. H. Pyrolysis characteristics and kinetics of low rank coals by TG-FTIR method. Fuel Processing Technology. 156, 454-460 (2017).
  13. Kashimura, N., Hayashi, J., Li, C. Z., Sathe, C., Chiba, T. Evidence of poly-condensed aromatic rings in a Victorian brown coal. Fuel. 83, (1), 97-107 (2004).
  14. Li, C. Z., Sathe, C., Kershaw, J. R., Pang, Y. Fates and roles of alkali and alkaline earth metals during the pyrolysis of a Victorian brown coal. Fuel. 79, (3-4), 427-438 (2000).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics