Quantitative Analyse von Thermogravimetrie-Masse-Spektrumanalyse für Reaktionen mit weiterentwickelten Gasen

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Summary

Genaue Bestimmung der Fließgeschwindigkeit der entwickelten Gase ist der Schlüssel um die Details der Reaktionen zu studieren. Wir bieten eine neuartige Quantitative Analyse-Methode der entsprechenden charakteristischen Spektrum-Analyse für Thermogravimetrie-Masse Spektrumanalyse durch Einführung der Kalibrierung das charakteristische Spektrum und die relative Empfindlichkeit für den Erhalt der Durchfluss.

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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).

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Abstract

Während der Energieumwandlung, Herstellung von Materialien und Metallurgie Prozesse haben Reaktionen oft die Eigenschaften von Unstetigkeiten, Multistep und Multi-Zwischenprodukten. Thermogravimetrie-Masse Spektrum (TG-MS) gilt als ein mächtiges Werkzeug um Reaktion Eigenschaften zu studieren. Jedoch haben Reaktion Details und Reaktion Mechanik nicht effektiv direkt bei der Ionen-Strom des TG-MS erhoben wurden. Hier bieten wir eine Methode einer entsprechenden charakteristischen Spektrum-Analyse (ECSA) für die Analyse des Massenspektrum und der Massenstrom der Reaktionsgase so präzise wie möglich zu geben. Die ECSA effektiv trennen überlappende Ionen-Gipfel und dann beseitigen, die Massendiskriminierung und temperaturabhängige Wirkung. Zwei Beispiel-Experimente werden dargestellt: (1) die Zersetzung von CaCO3 mit weiterentwickelten Gas CO2 und die Zersetzung des Hydromagnesite mit entwickelte sich Gas von CO2 und H2O, die ECSA auf Einkomponenten-System zu bewerten Messung und (2) die thermische Pyrolyse von Zhundong Kohle mit weiterentwickelten Gasen anorganische Gase CO, H2und CO2und organischen Gasen C2H4C2H6, C3H8, C6H14 , etc., um die ECSA auf Mehrkomponenten-Systemvermessung zu bewerten. Basierend auf der erfolgreichen Kalibrierung des charakteristischen Spektrums und relative Empfindlichkeit des spezifischen Gas und der ECSA auf Massenspektrum, zeigen wir, dass die ECSA genau die Massenströme jedes entwickelte Gas, einschließlich der organischen oder anorganischen Gase gibt, nicht nur einzelne, sondern Mehrkomponenten-Reaktionen, die nicht durch die traditionellen Messungen realisierbar.

Introduction

Verständnis in der Tiefe der realen Funktionen eines Prozesses Reaktion ist ein kritischer Punkt für die Entwicklung von fortschrittlichen Materialien und die Einrichtung eines neuen Energie Umwandlung System oder Metallurgie Produktion Prozess1. Fast alle Reaktionen unter instationären Bedingungen durchgeführt werden, und weil ihre Parameter, einschließlich der Konzentration und der Durchfluss von Edukten und Produkten, immer mit der Temperatur oder Druck zu ändern, es ist schwierig, eindeutig charakterisieren die Reaktion-Funktion durch nur einen Parameter, z. B. durch die Arrhenius-Gleichung. In der Tat bedeutet die Konzentration nur die Beziehung zwischen der Komponente und die Mischung. Echte Reaktionsverhalten möglicherweise nicht betroffen sein, obwohl die Konzentration einer Komponente in eine komplizierte Reaktion weitgehend eingestellt wird, da die anderen Komponenten einen stärkeren Einfluss auf sie haben könnte. Im Gegenteil, kann die Durchflussmenge der einzelnen Komponenten, wie eine absolute Größe, überzeugende Informationen zu verstehen, die Eigenschaften der Reaktionen, geben vor allem sehr kompliziert sind.

Derzeit wurde das TG-MS-Kupplungssystem ausgerüstet mit der Elektron-Ionisation (EI)-Technik als vorherrschende Werkzeug eingesetzt, für die Analyse der Eigenschaften von Reaktionen mit weiterentwickelten Gasen2,3,4. Allerdings ist zunächst anzumerken, dass der Ionenstrom (IC) erhalten von einem MS-System es schwierig macht, der Durchfluss oder die Konzentration des weiterentwickelten Gases direkt widerspiegeln. Massive IC Überlappung, Fragment, schwere Massendiskriminierung und Verbreitung Wirkung von Gasen in den Ofen ein Thermogravimeter können die Quantitative Analyse für TG-MS5erheblich behindern. EI ist die häufigste und leicht verfügbaren starke Ionisation Technik. Ein MS-System ausgestattet mit EI leicht führt in Fragmenten und spiegelt nicht oft direkt einige organische Gase mit einem größeren Molekulargewicht. Daher entwickelt MS Systeme mit verschiedenen weichen Ionisation Techniken (z. B.Photoionization [PI]) sind gleichzeitig erforderlich, um zu einem Thermobalance getrennt werden und auf Gas-Analyse-6. Drittens: die Intensität des IC bei einigen Masse-Ladungs-Verhältnis (m/Z) kann nicht verwendet werden, um die dynamische Charakteristik der Reaktionsgas bestimmen, da es oft von den anderen beeinflusst wird ICs für eine komplexe Reaktion mit Multicomponent entwickelt Gase. Zum Beispiel bedeutet der Rückgang der IC-Kurve eines bestimmten Gases einen Rückgang ihrer Durchfluss oder Konzentration nicht notwendigerweise; Stattdessen ist vielleicht es die anderen Gase in das komplexe System betroffen. Daher ist es wichtig, alle Gase ICs, sicherlich mit einem Trägergas und Inertgas berücksichtigen.

Quantitative Analyse basierend auf Massenspektrum stark hängt in der Tat, die Bestimmung der Kalibrierfaktor und relative Empfindlichkeit des TG-MS Systems. Maciejewski und Baiker7 untersucht in einem thermischen Analyzer-Massenspektrometer (TA-MS) System, in dem der TA durch eine beheizte Kapillare zu einem Quadrupol-MS, die Wirkung der experimentellen Parameter, einschließlich der Konzentration von Gasen Arten verbunden ist, Temperatur, Durchfluss und Eigenschaften des Trägergases auf die Empfindlichkeit der massenspektrometrischen Analyse. Die entwickelten Gase wurden durch die Zersetzung der Feststoffe über eine bekannte, stöchiometrische Reaktion und Injektion eine bestimmte Menge Gas in den Gasstrom Träger mit einer konstanten Rate kalibriert. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass es eine negative lineare Korrelation der MS signal Intensität des zu derjenigen der Träger Gasvolumenstrom entwickelte Gas und das entwickelte Gas, die MS Intensität durch die Temperatur und die Menge des analysierten Gases nicht beeinflusst wird. Darüber hinaus anhand der Kalibriermethode, Maciejewski Et al. 8 erfand den Puls, die thermische Analyse (PTA)-Methode, die ermöglicht es, die Durchflussmenge bestimmen, indem Sie gleichzeitig überwachen die Veränderungen der Masse, Enthalpie und gas-Komposition aus dem Kurs Reaktion geführt. Allerdings ist es immer noch schwer zu überzeugend Auskunft über die komplizierte Reaktion (z.B. Kohle Verbrennung/Vergasung) mithilfe der traditionellen TG-MS-Analyse oder PTA-Methoden.

Um die Schwierigkeiten und Nachteile der traditionellen Mess-und Analyseverfahren für die TG-MS-System zu überwinden, haben wir die Quantitative Analyse-Methode der ECSA9entwickelt. Das Grundprinzip der ECSA basiert auf der TG-MS-Kopplung-Mechanismus. Die ECSA kann alle Gase ICs, einschließlich der Reaktionsgase, Träger Gase und inerte Gase berücksichtigen. Nach dem Bau der Kalibrierfaktor und relative Empfindlichkeit etwas Gas, kann die reale Masse oder molare Strömungsgeschwindigkeit des jede Komponente bei der Berechnung der IC Matrix (d. h. das Massenspektrum von TG-MS) bestimmt werden. Im Vergleich mit den anderen Methoden, ECSA für das TG-MS-System effektiv trennen das überlappende Spektrum und beseitigen die Massendiskriminierung und die temperaturabhängige Wirkung der TG. Die Daten von ECSA haben erwies sich als zuverlässig über einen Vergleich zwischen den Massenstrom von weiterentwickelten Gas und Masseverlust Daten durch differenzielle Thermogravimetrie (DTG). In dieser Studie haben wir eine erweiterte TG-DTA-EI/PI-MS Instrument10 Experimente (Abbildung 1) durchzuführen. Dieses Instrument besteht aus einem zylindrischen Quadrupol MS und eine horizontale Thermogravimetrie-Differential thermische Analyzer (TG-DTA) mit EI und PI-Modus und mit einem Skimmer-Schnittstelle ausgestattet. ECSA für das TG-MS-System bestimmt die Physik-Parameter aller entwickelten Gase durch den Einsatz der tatsächlichen TG-MS Kupplungsmechanismus (d.h. eine gleich Relativdruck) der quantitativen Analyse durchzuführen. Der Gesamtprozess der Analyse beinhaltet eine Kalibrierung, der Test selbst und Daten Analyse (Abbildung 2). Wir präsentieren zwei Beispiel-Experimente: (1) die Zersetzung von CaCO3 mit nur entwickelt Gas CO2 und die Zersetzung des Hydromagnesite mit weiterentwickelten Gas von CO2 und H2O, die ECSA auf einem Einkomponenten-System zu bewerten Mess- und (2) die thermische Pyrolyse von Braunkohle mit weiterentwickelten Gasen anorganische Gase CO, H2und CO2und organischen Gasen CH4, C2H4, C2H6, C3H8, C6H14, etc., um die ECSA auf eine Mehrkomponenten-System-Messung zu bewerten. ECSA basiert auf dem TG-MS-System ist eine umfassende Lösungsmethode quantitativ Bestimmung der Höhe der weiterentwickelten Gas im thermischen Reaktionen.

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Protocol

(1) Kalibrierung der ECSA für das TG-MS-System

  1. Kalibrierung des charakteristischen Spektrums
    1. Bereiten Sie die entwickelten Gase CO2, H2O, CH4, er usw. zu kalibrierenden, Modulation des Gasdrucks bei 0,15 MPa.
    2. Schließen Sie die Gasflasche an TG-MS-System von Rohr aus rostfreiem Stahl und Säuberung des einzelnen Gases in der TG-MS-System mit einem Volumenstrom von 100 mL/min.
    3. Das Massenspektrum des einzelnen Gases zu überwachen. Sorgfältig beobachten Sie und vergleichen Sie die charakteristische Spitze Gase kalibriert werden und die mögliche Verunreinigung Gase im Massenspektrum von TG-MS, die Spezies zu bestätigen und Reinheit der Gase.
      Hinweis: Die oben genannten Gase können direkt in Gasflaschen gekauft oder aus einigen Tests Proben (außer er) zerlegt. Er dient als Trägergas in der Kalibrierung und der Prüfung.
      Achtung: Für einige Stoffe, die schädlich für die TG oder MS sind, muss das Trägergas verwendet werden.
  2. Kalibrierung der relativen Empfindlichkeit
    1. Bereinigen der Referenzgas er mit einem Volumenstrom von 300 mL/min in der TG-MS-System für 20 min, um das System zu reinigen.
    2. Purge synchron eine Art von kalibrierten Gas, z. B. CO2 oder H2O und den Verweis gas er in der TG-MS-System mit einem Volumenstrom von 100 mL/min.
    3. Berechnen Sie die relative Empfindlichkeit jedes Gas entsprechend der bekannten Volumenstrom und das Massenspektrum (Gleichung 1).
      Equation 1
      Hier,
      Equation 2= relative Empfindlichkeit des Gases, das Referenzgas k
      Equation 3= der vorgegebenen Volumenstrom der Referenzgas
      Equation 4die bestimmten Durchflussmenge des Gases k =
      Equation 5= der ermittelten Ionenstrom für das k -Gas von MS, und
      Equation 6= der ermittelten Ionenstrom für Referenzgas.
      Hinweis: Die volumetrische Flussraten von kalibrierten und Referenz-Gas müssen im Voraus bekannt sein.

2. Test-Prozess der ECSA für das TG-MS-System

  1. Vorbereitung der Proben für den Test verwendet
    1. Vorbereitung der Proben von CaCO3 und hydromagnesite
      1. Sammeln Sie 10 g Proben von CaCO3 mit einem mittleren Durchmesser von 15 µm.
      2. Sammeln Sie 10 g weißer Block des Hydromagnesite, brechen sie in Stücke von < 3 mm groß und Schleifen Sie die Stücke mit einer Maschine gerührt Mühle bis etwa 10 µm.
      3. Trocknen Sie die Proben für 24 h in den Ofen bei einer Temperatur von 105 ° C.
        Hinweis: Die oben genannten Schritte können parallel implementiert werden.
    2. Vorbereitung der Proben von Zhundong Kohlen
      1. Sammeln Sie 20 g Zhundong Kohle aus den Kohlenreviers am Mori Kazak autonome Grafschaft, Xinjiang-Provinz in China.
      2. Keine externe Feuchtigkeit zu beseitigen, trocknen Sie die Kohle in den Ofen bei einer Temperatur von 105 ° C für 24 h.
      3. Brechen und die Kohle in einer Mühle zu einem Partikel Größenbereich von 180-355 m Boden.
  2. Test der thermischen Reaktionen
    1. Bereinigen der TG-MS-System mit dem Trägergas er für 2 h, Luft und Feuchtigkeit zu vertreiben. Unterdessen das Instrument bis ca. 500 ° C vorheizen und dann auf Zimmertemperatur abkühlen.
      Hinweis: Das He-Gas diente als Trägergas für alle Tests.
    2. Überwachen Sie die Atmosphäre mit MS in den ersten 20 min, sorgfältig beobachten und vergleichen die charakteristische Spitze von CO2, er und die Unreinheit Gase O2, N-2und H2O im Massenspektrum, garantieren den niedrigsten Inhalt von Luft und Feuchtigkeit, nicht zum Nachteil der experimentellen Messungen.
    3. Wiegen Sie eine Probe von 10 mg mithilfe der elektronischen Präzisionswaage und legen Sie die Probe in einem Al2O3 Tiegel.
    4. Den Al2O3 Tiegel mit der Probe in der TG und schließen Sie des Ofens.
    5. Einstellen der Betriebsparameter. (1) für den Test der CaCO3 beginnen Sie die Temperatur bei 20 ° C und Hitze bis 550 ° C mit einer Heizrate von 10 K/min; Starten Sie dann für das modulierende Temperaturprogramm erhitzen bis 800 ° C mit wechselnden Heizraten von 10 K/min und 20 K/min (2) für die Hydromagnesite und Kohle-Test, die Temperatur bei 20 ° C und verwenden einer Heizrate von 10 K/min, eine Haltezeit von 15 min , ein Anhalten Temperatur von 1.000 ° C und eine Gas-Durchfluss von 20 mL/min; halten Sie eine m/Z-Palette von 2-200 für EI-Modus und 10-410 für PI-Modus.
      Hinweis: Modus PI wurde verwendet, um die organische Gase, hauptsächlich für den Test der Zhundong Kohle Pyrolyse in dieser Studie zu identifizieren.

(3) qualitative und Quantitative Analyse

  1. Erhalten Sie die 3-d-Massenspektrum Daten durch den Computer, verbunden mit dem TG-MS-Instrument.
  2. Berechnen Sie die übergebenen Parameter, einschließlich der Massenstrom und die Gaskonzentration jedes entwickelt, mithilfe der ECSA-Methode, basierend auf der ermittelten kalibrierten charakteristischen Peak (Schritt 2.1) und die relative Empfindlichkeit (Schritt 2.2).
  3. Analysieren Sie die thermische Reaktion nach der übergebenen Parameter9.

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Representative Results

Die thermische Zersetzung von CaCO3 ist eine relativ einfache Reaktion, die verwendet wurde, um die Anwendbarkeit der ECSA-Methode zu demonstrieren. Nach der Kalibrierung der charakteristischen Peak und relative Empfindlichkeit von CO2 Trägergas er die tatsächlichen Massenstrom von CO2 entwickelte sich durch die thermische Zersetzung von CaCO3 wurde durch die ECSA-Methode berechnet und beträgt gegenüber dem tatsächliche Masseverlust (Abbildung 3). Es wird gezeigt, dass es eine gute Übereinstimmung zwischen den Massenstrom von CO2 durch ECSA und Masseverlust Daten durch DTG während der gesamten Messung berechnet. Der relative Fehler der Massenstrom von weiterentwickelten Gas mit der DTG ist deutlich geringer, da durch die blauen und gelben Linien in Abbildung 4dargestellt. Darüber hinaus wurde die thermische Zersetzung-Prozeß des Hydromagnesite ECSA und die Kalibrierdaten von CO2 und H2O (Abbildung 4) analysiert. Der Träger Gasvolumenstrom wurde als 100 mL/min gewählt und die Aufheizgeschwindigkeit von 5, 10, 15 und 20 K/min eingestellt wurde. Die berechneten Ergebnisse wurden auch in guter Übereinstimmung mit den experimentellen Daten TG/DTG.

Um die Qualitative Analyse von organischen Gasen und die Fähigkeit der ECSA, quantitativ zu bestimmen, die Durchflussmenge eines komplizierten Reaktion Systems weiter zu demonstrieren, wurde Pyrolyse von Zhundong Kohle10durchgeführt. Kombination der PI und EI Messmodi, 16 Arten von flüchtigen Gase, einschließlich H2, CH-4, H2O, CO, CO2, C2H4 (Ethen), C3H6 (Propen), C4H8 (GHT), C 5 H10 (Pentene), C6H10 (Hexadiene), C7H8 (Toluol), C6H6O (Phenol), C8H10 (Ethylbenzol), C7H8O (Anisole), C9 H12 (Propyl Benzol) und C10H14 (Butylbenzene), waren eindeutig identifiziert (Abbildung 5). Nach einer detaillierten Festlegung der Massenspektrum und Empfindlichkeit jedes Gas, das Trägergas kann der Massenstrom von jedes Gas berechnet werden. Unkompliziert, der Ionenstrom von Massenspektrum lässt sich vergleichen, basierend auf den gleichen Betriebsparametern (Abbildung 6).

Figure 1
Abbildung 1: Schematische Darstellung des TG-DTA-EI/PI-MS Systems mit dem EI und PI-Geräte und Skimmer-Art Schnittstelle ausgestattet. Dieser TG-DTA-EI/PI-MS-System besteht hauptsächlich aus einem zylindrischen Quadrupol MS und eine horizontale Thermogravimetrie-Differential thermal Analyzer (TG-DTA) ausgestattet, das EI und PI-Geräte. Die MS und TG-DTA sind durch die Skimmer-Schnittstelle verbunden. Diese Zahl wurde von Li Et Al. modifiziert 10. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 2
Abbildung 2: Prozess-Diagramm der ECSA zum Testen der thermischen Reaktionen. Der gesamten Analyseprozess kann in drei Teile unterteilt werden, die Kalibrierung, Prüfung und Datenanalyse. Der Kalibrierung Teil enthält zunächst die Informationen des charakteristischen Spektrums und relative Empfindlichkeit jedes Gas in der Reaktion; Diese Informationen werden für die spätere Berechnung der Physik Parameter, wie z.B. die Durchflussrate, nach dem Test verwendet. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 3
Abbildung 3: Vergleich der Massenstrom von weiterentwickelten Gas mit der Masseverlust der DTG für die thermische Zersetzung von CaCO3. Ein Vergleich in Massenverlust zwischen ECSA Berechnungsergebnisse und Messergebnisse von DTG wurde verwendet, um die Zuverlässigkeit der ECSA-Methode zu überprüfen. Es wird gezeigt, dass es eine gute Übereinstimmung zwischen der Berechnung durch die ECSA und die Messungen von DTG, und der relative Fehler der Massenstrom von CO2 mit der DTG deutlich geringer ist. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 4
Abbildung 4: thermische Zersetzung-Prozeß von Hydromagnesite. Diese Tafeln zeigen (ein) eine 3-d-Massenspektrum Diagramm geplottet gegen Temperatur und m/Z, (b) Massenströme von CO2 berechnet, indem der ECSA bei einer Heizrate von 5, 10, 15 und 20 K/min, (c) Massenströme von H2O errechneten ECSA bei einer Rate von 5, 10, 15, und 20 K/min und (d) einen Vergleich zwischen ECSA-basierte Durchflussmengen und TG/DTG Versuchsdaten Heizung. Hier wurde der Träger Gasvolumenstrom als 100 mL/min gewählt Klicken Sie bitte hier, um eine größere Version dieser Figur.

Figure 5
Abbildung 5: 3-d-Massenspektrum Diagramm der Rohkohle mit der Temperatur und m/Z EI und PI. (ein) die EI-Modus wurde hauptsächlich benutzt, um anorganische Gase wie CO2 und H2O, zu identifizieren, während (b) der PI-Modus vor allem getan wurde, um organische Gase wie C6H6 und C7H8zu identifizieren. Eine gemeinsame Verwendung von EI und PI bietet eine umfassende Information für die Pyrolyse von Kohle. Diese Zahl wurde von Li Et Al. modifiziert 10. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 6
Abbildung 6: Masse Ion Kurven der CH-4 und C6H6O entwickelte sich aus der Rohkohle Probe und die vorbehandelten Zhundong Kohle Proben. Eine Art von anorganischen Gas, (ein) CH-4und eine Bio-Gas, (b) C6H6O, wurden ausgewählt, um in Massen Ionen-Kurven für die Interpretation der ECSA-Funktion auf eine Quantitative Analyse der Pyrolyse Merkmale dargestellt werden von verschiedenen vorbehandelte Kohlen. Hier enthält die vorbehandelte Methode der H2O gewaschen Kohle und Kohle HCl gewaschen. Diese Zahl wurde von Li Et Al. modifiziert 10. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

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Discussion

Dieses Protokoll kann leicht angepasst werden andere Messungen für das Studium entwickelten Gase und Pyrolyse Reaktionen durch ein TG-MS-System. Wie wir, die weiterentwickelte flüchtig aus der Pyrolyse von Biomasse, Kohle wissen, oder anderen fest/flüssig Brennstoff nicht immer nur die anorganische Gase beinhaltet (z.B.CO, H2und CO2) aber auch die organische (z.B., C2H4 , C6H5OH und C7H8). Darüber hinaus massive Fragmente aus den organischen Gasen führen würde, und sekundäre Reaktionen treten während der Pyrolyse11. Obwohl mehrere herkömmlichen Messmethoden wie das Normalsystem TG-MS-Kopplung, Fourier Transform Infrarot (IR)-Spektrometrie12Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie (HPLC)13und UV-Vis-Absorption und Fluoreszenz-Spectroscopies-14, für die Charakterisierung der flüchtige Gase eingesetzt und Teer, gibt es noch einige Probleme um zu lösen, darunter die Minimierung der sekundären Reaktionen, die Minderung der Rekondensation von entwickelt flüchtige Gase während der Messung und die Verringerung der übermäßigen Fragmente. ECSA entwickelt basierend auf einem TG-DTA-EI/PI-MS System kann verwendet werden, um die Pyrolyse-Merkmale für Real-Time, in Situ Messung genau zu untersuchen. Wegen der Bildungsqualität, Anwendbarkeit und Allgemeingültigkeit der ECSA kann die Quantitative Analyse für massive flüchtige Gase aus Pyrolyse leicht implementierten9sein.

Dabei ist zu berücksichtigen, dass ECSA basiert auf dem TG-MS-System ein leistungsfähiges Werkzeug zur Analyse der thermischen Reaktionsprozesse mit weiterentwickelten Gasen für nicht nur das einfache System, sondern auch für die komplizierten ist. Ein wichtiger Schritt die ECSA-Methode implementiert ist, erfolgreich der Kalibrierfaktor und die relative Empfindlichkeit der benötigten Gase zu bauen. Es sollte auch beachtet werden, dass die Prüfbedingungen der MS müssen die gleichen (oder sehr ähnliche) wie für die Kalibrierung. Insbesondere Referenzgas zum Kalibrieren der relative Empfindlichkeit Referenzgas für den Testprozess identisch sein muss, und es muss nie mit den weiterentwickelten Gasen reagieren. In dieser Studie wird Helium als die Referenzgas gewählt, um CO2 und H2O bei der Messung zu analysieren. Darüber hinaus glauben wir, dass die ECSA verwendet werden kann, um die Elementarreaktionen zu charakterisieren, wenn der Kalibrierfaktor und relative Empfindlichkeit der Edukte oder Produkte in der Elementarreaktionen erfolgreich aufgebaut werden. Auf der anderen Seite da die ECSA Massenspektrum aller entwickelten Gase in den Spektren der verschiedenen Komponenten trennt, muss die Matrix konstruiert durch den Ionen-Strom des weiterentwickelten Gase gelöst werden, bevor die quantitativen Ergebnisse erzielt werden. Die Matrix rechnen groß sein, da eine große Menge an weiterentwickelten Gasspezies sein sollte. Matrixlösung ist daher auch entscheidend zur Umsetzung der ECSA.

Zu guter Letzt hat ECSA viel mehr Vorteile als die traditionellen Methoden der TG-MS-Analyse. Das wichtige ist, dass die ECSA genaue quantitative Informationen (d.h., der Volumenstrom, der Konzentration und der Partialdruck) für alle Gase zur Verfügung stellen kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass da ECSA mit dem IC Massenspektrum unter dem Gesichtspunkt der Kupplung Merkmale (d.h. die gleichen relativen Druck zwischen TG und MS) behandelt, radikal beseitigt die Massendiskriminierung von MS und die temperaturabhängige Wirkung der TG. Und darüber hinaus die Frage der zeitlichen Verzögerung während der Messung von Reaktionen mit weiterentwickelten Gasen (vor allem feste Teilchen Reaktionen) kann auch effektiv gelöst werden durch Variation der Durchfluss des Trägergases und die Temperatur des TG. Jedoch wegen der MS die ECSA kann nicht verwendet werden, um Reaktionen ohne weiterentwickelten Gasen zu bestimmen, und gibt es noch einige Schwierigkeiten im Umgang mit der Elementarreaktionen. Da alle Reaktionen eine Änderung der Wärme begleiten, entwickeln wir eine neue Methode, um die Wärme-Änderung in der ECSA, quantitative Informationen für Reaktionen ohne entwickelten Gase, aber mit Wärme zu korrelieren.

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Disclosures

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Acknowledgments

Die Autoren erkennen dankbar die finanzielle Unterstützung durch die National Natural Science Foundation of China (Grant Nr. 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

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