Thermogravimetry द्वारा मात्रात्मक विश्लेषण-विकसित गैसों के साथ प्रतिक्रियाओं के लिए बड़े पैमाने पर स्पेक्ट्रम विश्लेषण

Engineering

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Summary

विकसित गैसों का सटीक निर्धारण ' प्रवाह की दर प्रतिक्रियाओं के विवरण का अध्ययन करने के लिए महत्वपूर्ण है । हम विशिष्ट स्पेक्ट्रम और सापेक्ष संवेदनशीलता के अंशांकन प्रणाली की स्थापना के द्वारा thermogravimetry-जन स्पेक्ट्रम विश्लेषण के लिए समकक्ष विशिष्ट स्पेक्ट्रम विश्लेषण के एक उपंयास मात्रात्मक विश्लेषण विधि प्रदान करते हैं, प्राप्त करने के लिए प्रवाह दर ।

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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

ऊर्जा रूपांतरण के दौरान, सामग्री उत्पादन, और धातुकर्म प्रक्रियाओं, प्रतिक्रियाओं अक्सर unsteadiness, multistep, और बहु-मध्यवर्ती की सुविधाओं है. Thermogravimetry-मास स्पेक्ट्रम (टीजी-एमएस) प्रतिक्रिया सुविधाओं का अध्ययन करने के लिए एक शक्तिशाली उपकरण के रूप में देखा जाता है । हालांकि, प्रतिक्रिया विवरण और प्रतिक्रिया यांत्रिकी टीजी-MS के आयन वर्तमान से प्रभावी ढंग से सीधे प्राप्त नहीं किया गया है. यहां, हम बड़े पैमाने पर स्पेक्ट्रम का विश्लेषण और प्रतिक्रिया गैसों की जन प्रवाह दर के रूप में संभव के रूप में सटीक देने के लिए एक समकक्ष विशिष्ट स्पेक्ट्रम विश्लेषण (ECSA) की एक विधि प्रदान करते हैं । ECSA प्रभावी रूप से ओवरलैप आयन चोटियों अलग कर सकते हैं और फिर बड़े पैमाने पर भेदभाव और तापमान पर निर्भर प्रभाव को खत्म. दो उदाहरण प्रयोगों प्रस्तुत कर रहे हैं: (1)2 के विकसित गैस के साथ कएको छैन3 के अपघटन और सह2 और एच2ओ के विकसित गैस के साथ hydromagnesite के अपघटन, एकल घटक प्रणाली पर ECSA का मूल्यांकन करने के लिए माप और (2) Zhundong कोयले के थर्मल pyrolysis अकार्बनिक गैसों के विकसित गैसों के साथ सह, एच2, और सह2, और कार्बनिक गैसों सी2एच4, सी2एच6, सी3एच8, सी614 , आदि, बहु घटक प्रणाली माप पर ECSA का मूल्यांकन करने के लिए । विशेषता स्पेक्ट्रम और विशिष्ट गैस के सापेक्ष संवेदनशीलता के सफल अंशांकन और बड़े पैमाने पर स्पेक्ट्रम पर ECSA के आधार पर, हम प्रदर्शन है कि ECSA सही कार्बनिक या अकार्बनिक गैसों सहित प्रत्येक विकसित गैस, के जन प्रवाह दर देता है, न केवल एकल लेकिन बहु घटक प्रतिक्रियाओं, जो पारंपरिक माप द्वारा कार्यांवित नहीं किया जा सकता है के लिए ।

Introduction

गहराई में एक प्रतिक्रिया प्रक्रिया की वास्तविक सुविधाओं को समझना एक महत्वपूर्ण मुद्दा है उंनत सामग्री के विकास के लिए और एक नई ऊर्जा रूपांतरण प्रणाली या धातु उत्पादन प्रक्रिया1की स्थापना । लगभग सभी प्रतिक्रियाओं को अस्थिर परिस्थितियों में किया जाता है, और क्योंकि उनके मापदंडों, एकाग्रता और reactants और उत्पादों के प्रवाह की दर सहित, हमेशा तापमान या दबाव के साथ बदल जाते हैं, यह स्पष्ट रूप से चिह्नित करने के लिए मुश्किल है केवल एक पैरामीटर द्वारा प्रतिक्रिया सुविधा, उदाहरण के लिए Arrhenius समीकरण के माध्यम से. वास्तव में, एकाग्रता का तात्पर्य केवल घटक और मिश्रण के बीच का संबंध है । वास्तविक प्रतिक्रिया व्यवहार प्रभावित नहीं हो सकता है, भले ही एक जटिल प्रतिक्रिया में एक घटक की एकाग्रता एक काफी हद तक समायोजित है के बाद से अन्य घटकों पर एक मजबूत प्रभाव हो सकता है. इसके विपरीत, प्रत्येक घटक के प्रवाह की दर, एक निरपेक्ष मात्रा के रूप में, प्रेरक जानकारी प्रतिक्रियाओं की विशेषताओं को समझने के लिए दे सकते हैं, विशेष रूप से बहुत जटिल हैं ।

वर्तमान में, टीजी-एमएस युग्मन प्रणाली इलेक्ट्रॉन ionization से सुसज्जित (ेि) तकनीक विकसित गैसों के साथ प्रतिक्रियाओं की सुविधाओं का विश्लेषण करने के लिए एक प्रचलित उपकरण के रूप में इस्तेमाल किया गया है2,3,4. हालांकि, पहले, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि आयन वर्तमान (आईसी) एक एमएस प्रणाली से प्राप्त यह मुश्किल सीधे प्रवाह की दर या विकसित गैस की एकाग्रता को प्रतिबिंबित करने के लिए बनाता है । बड़े पैमाने पर आईसी ओवरलैप, टुकड़ा, गंभीर सामूहिक भेदभाव, और एक thermogravimeter की भट्ठी में गैसों के प्रसार प्रभाव काफी टीजी के लिए मात्रात्मक विश्लेषण-5एमएस बाधा पैदा कर सकता है । दूसरा, ेि सबसे आम और आसानी से उपलब्ध मजबूत ionization तकनीक है । एक एमएस के साथ सुसज्जित प्रणाली ेि आसानी से टुकड़ों में परिणाम है और अक्सर नहीं सीधे एक बड़ा आणविक वजन के साथ कुछ कार्बनिक गैसों को प्रतिबिंबित करता है । इसलिए, एमएस सिस्टम के साथ अलग नरम ionization तकनीक (जैसे, photoionization [PI]) एक साथ एक thermobalance करने के लिए बंटे होने के लिए आवश्यक हैं और विकसित गैस विश्लेषण करने के लिए लागू6. तीसरा, कुछ मास-चार्ज अनुपात में आईसी की तीव्रता (एम/जेड) किसी भी प्रतिक्रिया गैस के गतिशील विशेषता निर्धारित करने के लिए इस्तेमाल नहीं किया जा सकता, क्योंकि यह अक्सर multicomponent विकसित गैसों के साथ एक जटिल प्रतिक्रिया के लिए अन्य आईसीएस से प्रभावित है. उदाहरण के लिए, एक विशिष्ट गैस के आईसी वक्र में छोड़ जरूरी इसके प्रवाह की दर या एकाग्रता में कमी का संकेत नहीं है; इसके बजाय, शायद यह जटिल प्रणाली में अंय गैसों से प्रभावित है । इस प्रकार, यह सभी गैसों ' आईसीएस, निश्चित रूप से एक वाहक गैस और निष्क्रिय गैस के साथ खाते में लेने के लिए महत्वपूर्ण है ।

वास्तव में, मात्रात्मक विश्लेषण बड़े पैमाने पर स्पेक्ट्रम के आधार पर बहुत अंशांकन कारक और टीजी-एमएस प्रणाली के सापेक्ष संवेदनशीलता के निर्धारण पर निर्भर करता है । Maciejewski और बायकर7 एक थर्मल विश्लेषक-मास स्पेक्ट्रोमीटर (टीए-एमएस) प्रणाली है, जिसमें टा एक quadrupole एमएस के लिए एक गर्म केशिका द्वारा जुड़ा हुआ है में जांच की, प्रायोगिक मापदंडों के प्रभाव, गैसों प्रजातियों की एकाग्रता सहित, तापमान, प्रवाह की दर, और वाहक गैस के गुण, जन spectrometric विश्लेषण की संवेदनशीलता पर. विकसित गैसों एक अच्छी तरह से जाना जाता है, stoichiometric प्रतिक्रिया और एक स्थिर दर के साथ वाहक गैस धारा में गैस की एक निश्चित राशि इंजेक्शन के माध्यम से ठोस के अपघटन द्वारा तुले थे । प्रयोगात्मक परिणाम बताते हैं कि वाहक गैस प्रवाह की दर के लिए विकसित गैस के एमएस सिग्नल तीव्रता का एक नकारात्मक रैखिक सहसंबंध है, और विकसित गैस एमएस तीव्रता तापमान और विश्लेषित गैस की मात्रा से प्रभावित नहीं है. इसके अलावा, अंशांकन विधि पर आधारित, Maciejewski एट अल. 8 पल्स थर्मल विश्लेषण (पीटीए) विधि है, जो एक साथ जन, तापीय धारिता के परिवर्तन की निगरानी द्वारा प्रवाह की दर निर्धारित करने का अवसर प्रदान करता है का आविष्कार किया, और गैस संरचना प्रतिक्रिया पाठ्यक्रम से हुई । हालांकि, यह अभी भी जटिल प्रतिक्रिया के बारे में प्रेरक जानकारी देना मुश्किल है (जैसे, कोयला दहन/गैसीकरण) पारंपरिक टीजी एमएस विश्लेषण या पीटीए तरीकों का उपयोग करके ।

आदेश में कठिनाइयों और टीजी-एमएस प्रणाली के लिए पारंपरिक मापने और विश्लेषण विधि के नुकसान को दूर करने के लिए, हम ECSA9के मात्रात्मक विश्लेषण विधि विकसित की है । ECSA के मौलिक सिद्धांत टीजी-एमएस युग्मन तंत्र पर आधारित है । ECSA सभी गैसों ' आईसीएस, प्रतिक्रिया ' गैसों सहित, वाहक गैसों ', और निष्क्रिय गैसों ' को ध्यान में रख सकते हैं । अंशांकन कारक और कुछ गैस के सापेक्ष संवेदनशीलता के निर्माण के बाद, वास्तविक जन या प्रत्येक घटक के दाढ़ प्रवाह दर आईसी मैट्रिक्स की गणना (यानी, टीजी-एमएस के बड़े पैमाने पर स्पेक्ट्रम) द्वारा निर्धारित किया जा सकता है । अन्य तरीकों के साथ तुलना में, टीजी-एमएस प्रणाली के लिए ECSA प्रभावी ढंग से अतिव्यापी स्पेक्ट्रम अलग कर सकते हैं और बड़े पैमाने पर भेदभाव और टीजी के तापमान पर निर्भर प्रभाव को खत्म. ECSA द्वारा उत्पादित डेटा विभेदक thermogravimetry (DTG) द्वारा विकसित गैस और बड़े पैमाने पर हानि डेटा की जन प्रवाह दर के बीच एक तुलना के माध्यम से विश्वसनीय साबित हो गया है । इस अध्ययन में, हम प्रयोग (चित्रा 1) बाहर ले जाने के लिए एक उन्नत टीजी-DTA-ेि/पीआई-MS इंस्ट्रूमेंट10 का उपयोग किया । यह यंत्र एक बेलनाकार quadrupole एमएस और एक क्षैतिज thermogravimetry-अंतर थर्मल विश्लेषक (टीजी-DTA) दोनों ेि और PI मोड, और एक स्किमर इंटरफेस के साथ सुसज्जित के होते हैं । टीजी-एमएस प्रणाली के लिए ECSA वास्तविक टीजी-एमएस युग्मन तंत्र (यानी, एक समान सापेक्ष दबाव) मात्रात्मक विश्लेषण को लागू करने के लिए उपयोग करके सभी विकसित गैसों के भौतिकी मानकों को निर्धारित करता है । समग्र विश्लेषण प्रक्रिया में एक अंशांकन, परीक्षण ही है, और डेटा विश्लेषण (चित्रा 2) शामिल हैं । हम दो उदाहरण प्रयोग प्रस्तुत करते हैं: (1) कएको छैन3 के अपघटन के साथ ही विकसित की गैस2 co और2 के विकसित गैस के साथ hydromagnesite के अपघटन और एच2ओ, एक एकल घटक प्रणाली पर ECSA का मूल्यांकन करने के लिए माप और (2) अकार्बनिक गैसों के विकसित गैसों के साथ ब्राउन कोयला के थर्मल pyrolysis, एच2, और सह2, और कार्बनिक गैसों CH4, सी2एच4, सी26, सी3एच8, C6H14, आदि, एक बहु-घटक सिस्टम माप पर ECSA का मूल्यांकन करने के लिए । टीजी-एमएस प्रणाली पर आधारित ECSA मात्रा थर्मल प्रतिक्रियाओं में विकसित गैस की मात्रा का निर्धारण करने के लिए एक व्यापक समाधान विधि है ।

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Protocol

1. टीजी-एमएस सिस्टम के लिए ECSA के अंशांकन

  1. विशेषता स्पेक्ट्रम का अंशांकन
    1. सीओ2, एच2ओ,4CH, वह, आदि के विकसित गैसों को तैयार करने पर तुले हो, ०.१५ MPa पर गैस के दबाव नियमन ।
    2. स्टेनलेस स्टील ट्यूब द्वारा टीजी-एमएस प्रणाली के लिए गैस सिलेंडर कनेक्ट और टीजी-एमएस प्रणाली में १०० मिलीलीटर की एक प्रवाह दर के साथ व्यक्तिगत गैस शुद्ध/
    3. व्यक्तिगत गैस के बड़े पैमाने पर स्पेक्ट्रम की निगरानी । ध्यान से देखो और गैसों की विशेषता चोटी की तुलना करने पर तुले हो और टीजी-एमएस द्वारा जन स्पेक्ट्रम में संभव नापाक गैसों प्रजातियों और गैसों की शुद्धता की पुष्टि करने के लिए ।
      नोट: उपर्युक्त गैसों गैस सिलेंडर में सीधे खरीदा जा सकता है या कुछ परीक्षण नमूनों से विघटित (वह छोड़कर) । वह अंशांकन और परीक्षण दोनों में वाहक गैस के रूप में प्रयोग किया जाता है ।
      चेतावनी: कुछ पदार्थों जो टीजी या एमएस के लिए हानिकारक हैं के लिए, वाहक गैस का इस्तेमाल किया जाना चाहिए ।
  2. सापेक्ष संवेदनशीलता का अंशांकन
    1. इस प्रणाली को साफ करने के लिए 20 मिनट के लिए टीजी-एमएस प्रणाली में ३०० मिलीलीटर/मिनट की एक प्रवाह दर के साथ संदर्भ गैस पर्ज करें ।
    2. इस तरह के सह2 या एच2ओ के रूप में नपेed गैस का एक प्रकार, पर्ज करें, और संदर्भ गैस टीजी-एमएस प्रणाली में १०० मिलीलीटर की एक प्रवाह दर के साथ/
    3. ज्ञात प्रवाह दर और जन स्पेक्ट्रम (समीकरण 1) के अनुसार प्रत्येक गैस के सापेक्ष संवेदनशीलता की गणना ।
      Equation 1
      यहाँ
      Equation 2= संदर्भ गैस के लिए कश्मीर गैस के सापेक्ष संवेदनशीलता
      Equation 3= संदर्भ गैस के दिए गए प्रवाह दर
      Equation 4= k गैस के दिए गए प्रवाह दर
      Equation 5= निर्धारित आयन कश्मीर गैस के लिए एमएस द्वारा वर्तमान, और
      Equation 6= निर्धारित आयन संदर्भ गैस के लिए वर्तमान ।
      नोट: तुले और संदर्भ गैस की volumetric प्रवाह दरों को अग्रिम रूप से जाना जाना चाहिए ।

2. टीजी-एमएस सिस्टम के लिए ECSA के परीक्षण की प्रक्रिया

  1. टेस्ट के लिए इस्तेमाल किए गए नमूनों की तैयारी
    1. कएको छैन3 और hydromagnesite के नमूनों की तैयारी
      1. 15 µm के एक औसत व्यास के साथ कएको छैन3 के 10-जी नमूने लीजिए ।
      2. hydromagnesite के एक सफेद ब्लॉक के 10 ग्राम लीजिए, यह आकार में < 3 mm के टुकड़ों में तोड़, और लगभग 10 µm के लिए एक मशीन उभारा चक्की के साथ टुकड़े पीस ।
      3. १०५ डिग्री सेल्सियस के तापमान पर ओवन में 24 घंटे के लिए सभी नमूनों को सुखाएं ।
        नोट: उपरोक्त कदम समानांतर में कार्यांवित किया जा सकता है ।
    2. Zhundong अंगारों के नमूनों की तैयारी
      1. चीन में मोरी Kazak स्वायत्त काउंटी, शिनजियांग प्रांत में स्थित कोलफील्ड से Zhundong कोयले के 20 ग्राम इकट्ठा करें ।
      2. किसी भी बाहरी नमी को खत्म करने के लिए, 24 घंटे के लिए १०५ ° c के तापमान पर ओवन में कोयले को सुखाएं ।
      3. तोड़ और एक चक्की में कोयले की जमीन १८०-३५५ मीटर के एक कण आकार सीमा प्राप्त करने के लिए ।
  2. थर्मल प्रतिक्रियाओं का परीक्षण
    1. हवा और नमी को निष्कासित करने के लिए 2 ज के लिए वाहक गैस वह के साथ टीजी एमएस प्रणाली पर्ज करें । इस बीच, लगभग ५०० डिग्री सेल्सियस के लिए कचौरी के साधन और, फिर, यह कमरे के तापमान के नीचे शांत ।
      नोट: वह गैस वाहक गैस के रूप में सभी परीक्षणों के लिए इस्तेमाल किया गया था ।
    2. पहले 20 मिनट में एमएस का उपयोग करके वातावरण की निगरानी, ध्यान से देखने और सह2की विशेषता चोटी की तुलना, वह, और ओ2, एन2के नापाक गैसों, और एच2ओ बड़े पैमाने पर स्पेक्ट्रम में, सबसे कम गारंटी हवा और नमी की सामग्री, प्रयोगात्मक माप को प्रभावित नहीं.
    3. परिशुद्धता इलेक्ट्रॉनिक संतुलन का उपयोग करके 10 मिलीग्राम का एक नमूना तौलना और एक अल23 क्रूसिबल में नमूना डाल दिया ।
    4. टीजी में नमूने के साथ अल23 क्रूसिबल रखो और भट्ठी बंद करो ।
    5. ऑपरेटिंग पैरामीटर सेट करें । (1) कएको छैन3 परीक्षण के लिए, 20 डिग्री सेल्सियस पर तापमान शुरू और 10 K/मिनट की हीटिंग दर के साथ ५५० ° c करने के लिए गर्मी; फिर, मॉडुलन तापमान कार्यक्रम के लिए, 10 k/मिनट और 20 k/min. (2) के hydromagnesite और कोयला परीक्षण के लिए हीटिंग की दर के साथ ८०० ° c करने के लिए हीट, 20 डिग्री सेल्सियस पर तापमान शुरू और 10 k/मिनट, 15 मिनट की एक पकड़ समय की एक हीटिंग दर का उपयोग करें , १,००० ° c की एक रोक तापमान, और 20 मिलीलीटर की एक गैस प्रवाह दर/ एक m/z श्रेणी 2-200 मोड के लिए ेि और 10-410 मोड PI के लिए रखें ।
      नोट: मोड PI कार्बनिक गैसों, मुख्य रूप से इस अध्ययन में Zhundong कोयला pyrolysis के परीक्षण के लिए इस्तेमाल की पहचान करने के लिए इस्तेमाल किया गया था ।

3. गुणात्मक और मात्रात्मक विश्लेषण

  1. टीजी-एमएस इंस्ट्रूमेंट के साथ जुड़े कंप्यूटर द्वारा दर्ज 3-डी मास स्पेक्ट्रम डेटा प्राप्त करें ।
  2. वास्तविक मापदंडों की गणना, जन प्रवाह दर और प्रत्येक विकसित गैस की एकाग्रता सहित, ECSA विधि का उपयोग करके, निर्धारित नपे विशेषता चोटी (चरण २.१) और सापेक्ष संवेदनशीलता (चरण २.२) के आधार पर.
  3. वास्तविक पैरामीटर9के अनुसार थर्मल प्रतिक्रिया का विश्लेषण ।

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Representative Results

कएको छैन3 के थर्मल अपघटन एक अपेक्षाकृत सरल प्रतिक्रिया है, जो ECSA विधि की प्रयोज्यता प्रदर्शित करने के लिए इस्तेमाल किया गया है । विशेषता चोटी और2 के रिश्तेदार संवेदनशीलता वाहक गैस के लिए वह, सह2 के वास्तविक जन प्रवाह दर कएको छैन3 के थर्मल अपघटन द्वारा विकसित की जांच के बाद ECSA विधि द्वारा गणना की गई थी और के साथ तुलना में वास्तविक जन हानि (चित्रा 3) । यह दिखाया गया है कि वहां के जन प्रवाह की दर के बीच एक अच्छा समझौता है2 ECSA द्वारा गणना की और पूरे माप प्रक्रिया के दौरान DTG द्वारा जन हानि डेटा । DTG के लिए विकसित गैस की जन प्रवाह दर के सापेक्ष त्रुटि काफी कम है, के रूप में 4 चित्रामें नीले और पीले रंग की लाइनों द्वारा दिखाया गया है । इसके अलावा, hydromagnesite के थर्मल अपघटन प्रक्रिया ECSA द्वारा विश्लेषण किया गया था और2 और एच2ओ (चित्रा 4) के अंशांकन डेटा । वाहक गैस प्रवाह दर के रूप में चुना गया था १०० एमएल/मिनट और हीटिंग दर 5, 10, 15, और 20 K/मिनट पर सेट किया गया था । परिकलित परिणाम प्रयोगात्मक टीजी/DTG डेटा के साथ अच्छे समझौते में भी थे ।

आगे कार्बनिक गैसों के गुणात्मक विश्लेषण और ECSA की क्षमता के लिए मात्रात्मक एक जटिल प्रतिक्रिया प्रणाली के प्रवाह की दर निर्धारित करने के लिए प्रदर्शन, Zhundong कोयले की pyrolysis बाहर किया गया था10। PI और ेि मापने मोड दोनों का संयोजन, अस्थिर गैसों के 16 प्रकार, एच2, CH4, एच2ओ, सह, सीओ2, सी2एच4 (ethene), सी3एच6 (propene), सी4एच8 (butylene), सी सहित 5 एच10 (pentene), सी6एच10 (hexadiene), सी7एच8 (टोल्यूनि), सी6एच6ओ (phenol), सी8एच10 (ethylbenzene), सी7एच8ओ (anisole), सी9 एच12 (propyl बेंजीन), और सी10एच14 (butylbenzene), स्पष्ट रूप से पहचान की गई (चित्रा 5) । बड़े पैमाने पर स्पेक्ट्रम और वाहक गैस के लिए प्रत्येक गैस की संवेदनशीलता का एक विस्तृत निर्धारण के बाद, प्रत्येक गैस की जन प्रवाह दर की गणना की जा सकती है । सीधा, बड़े पैमाने पर स्पेक्ट्रम से आयन मौजूदा एक ही ऑपरेटिंग मापदंडों (चित्रा 6) के आधार पर तुलना करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है ।

Figure 1
चित्रा 1: के योजनाबद्ध आरेख टीजी-DTA-ेि/पीआई-एमएस प्रणाली के साथ सुसज्जित और pi उपकरणों और स्किमर-प्रकार अंतरफलक । इस टीजी-DTA-ेि/पीआई-एमएस सिस्टम मुख्य रूप से एक बेलनाकार quadrupole एमएस और एक क्षैतिज thermogravimetry-अंतर थर्मल विश्लेषक (टीजी DTA) दोनों ेि और PI उपकरणों से सुसज्जित होते हैं । एमएस और टीजी-DTA स्किमर इंटरफेस से जुड़े हुए हैं । यह आंकड़ा Li et al से संशोधित किया गया है । 10. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 2
चित्रा 2: थर्मल प्रतिक्रियाओं के परीक्षण के लिए ECSA की प्रक्रिया आरेख । समग्र विश्लेषण प्रक्रिया अंशांकन, परीक्षण, और डेटा विश्लेषण हैं जो तीन भागों में विभाजित किया जा सकता है । अंशांकन भाग सबसे पहले विशेषता स्पेक्ट्रम और प्रतिक्रिया में प्रत्येक गैस के सापेक्ष संवेदनशीलता की जानकारी प्रदान करता है; इस जानकारी के बाद परिकलन के लिए उपयोग किया जाता है भौतिकी पैरामीटर, जैसे प्रवाह दर, परीक्षण के बाद । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 3
चित्रा 3: कएको छैन3के थर्मल अपघटन के लिए DTG के बड़े पैमाने पर नुकसान के साथ विकसित गैस की जन प्रवाह की दर की तुलना । ECSA परिकलन परिणाम और DTG से माप परिणामों के बीच बड़े पैमाने पर हानि में तुलना ECSA विधि की विश्वसनीयता को मान्य करने के लिए उपयोग किया गया था । यह पता चला है कि वहां ECSA द्वारा गणना के बीच एक अच्छा समझौता और DTG द्वारा माप है, और सह2 के जन प्रवाह दर के सापेक्ष त्रुटि DTG की है कि काफी कम है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 4
चित्रा 4: hydromagnesite की थर्मल अपघटन प्रक्रिया । इन पैनलों शो () एक 3 डी जन स्पेक्ट्रम ग्राफ तापमान और एम के खिलाफ साजिश रची/() सह2 के जन प्रवाह दर 5, 10, 15, और 20 के एक हीटिंग की दर पर ECSA द्वारा की गणना/मिनट, (ग) एच2के जन प्रवाह दर एक पर ECSA द्वारा गणना की हे 5, 10, 15, और 20 K/मिनट की हीटिंग दर, और (d) ECSA-आधारित प्रवाह दर और प्रायोगिक टीजी/DTG डेटा के बीच एक तुलना । यहां, वाहक गैस प्रवाह दर के रूप में चुना गया था १०० एमएल/ इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए यहां क्लिक करें कृपया

Figure 5
चित्रा 5:3-डी बड़े तापमान और एम के साथ कच्चे कोयले की स्पेक्ट्रम ग्राफ और ेि और PI के मोड में/ () ेि मोड मुख्य रूप से इस तरह के सह2 और एच2ओ के रूप में अकार्बनिक गैसों की पहचान करने के लिए इस्तेमाल किया गया था, जबकि () PI मोड मुख्य रूप से सी6एच6 और सी7एच8जैसे कार्बनिक गैसों की पहचान करने के लिए किया गया था । ेि और पीआई का एक संयुक्त उपयोग कोयले की pyrolysis के लिए एक व्यापक जानकारी प्रदान करता है । यह आंकड़ा Li et al से संशोधित किया गया है । 10. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 6
चित्रा 6: CH4 और सी6एच6ओ के मास आयन curves कच्चे कोयले के नमूने और इलाज Zhundong कोयले के नमूनों से विकसित । अकार्बनिक गैस का एक प्रकार, (एक) CH4, और एक कार्बनिक गैस, () सी66हे, के लिए सामूहिक आयन curves में प्रतिनिधित्व किया जाना चुना गया, pyrolysis विशेषताओं का एक मात्रात्मक विश्लेषण पर ECSA के समारोह की व्याख्या के लिए अलग से इलाज अंगारों का । यहां इलाज पद्धति में एच2ओ-धोया कोयला और एचसीएल-धोया कोयला शामिल है. यह आंकड़ा Li et al से संशोधित किया गया है । 10. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

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Discussion

इस प्रोटोकॉल को आसानी से एक टीजी एमएस प्रणाली द्वारा विकसित गैसों और pyrolysis प्रतिक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए अंय माप को समायोजित संशोधित किया जा सकता है । जैसा कि हम जानते हैं, बायोमास, कोयला, या अंय ठोस/तरल ईंधन के pyrolysis से अस्थिर विकसित हमेशा ही अकार्बनिक गैसों (जैसे, सह, एच2, और2co) शामिल नहीं है लेकिन यह भी कार्बनिक वाले (जैसे, सी2एच4 , ग65ओह, और ग78) । इसके अलावा, बड़े पैमाने पर टुकड़े कार्बनिक गैसों से परिणाम होता है, और माध्यमिक प्रतिक्रियाओं11pyrolysis के दौरान घटित होगा । हालांकि कई पारंपरिक माप तरीकों, सामान्य टीजी-एमएस युग्मन प्रणाली की तरह, रूपान्तर अवरक्त (स्विचेज) स्पेक्ट्रोमेट्री12, उच्च प्रदर्शन तरल क्रोमैटोग्राफी (HPLC)13, और यूवी विज़ अवशोषण को बदलने और प्रतिदीप्ति spectroscopies14, वाष्पशील गैसों और राल के लक्षण वर्णन के लिए नियोजित किया गया है, वहां अभी भी कुछ मुद्दों पर माध्यमिक प्रतिक्रियाओं की ंयूनतम सहित हल किया जा, विकसित की recondens के शमन माप के दौरान वाष्पशील गैसों, और अत्यधिक टुकड़ों की कमी । ECSA एक टीजी-DTA-ेि/पीआई-एमएस सिस्टम के आधार पर विकसित की सही वास्तविक समय के लिए pyrolysis विशेषताओं की जांच करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता, सीटू माप में . क्योंकि मौलिकता, प्रयोज्यता, और ECSA की सामांयता, pyrolysis से बड़े पैमाने पर अस्थिर गैसों के लिए मात्रात्मक विश्लेषण आसानी से9लागू किया जा सकता है ।

यह माना जाना चाहिए कि टीजी-एमएस प्रणाली के आधार पर ECSA न केवल सरल प्रणाली के लिए विकसित गैसों के साथ थर्मल प्रतिक्रिया प्रक्रियाओं का विश्लेषण करने के लिए एक शक्तिशाली उपकरण है, लेकिन यह भी जटिल एक के लिए । ECSA विधि को कार्यान्वित करने के लिए एक महत्वपूर्ण चरण सफलतापूर्वक अंशांकन कारक और आवश्यक गैसों के सापेक्ष संवेदनशीलता का निर्माण करने के लिए है । यह भी ध्यान दिया जाना चाहिए कि एमएस के परीक्षण की स्थिति एक ही होना चाहिए (या बहुत समान) अंशांकन के लिए उन के रूप में. विशेष रूप से, सापेक्ष संवेदनशीलता जांचने के लिए संदर्भ गैस परीक्षण प्रक्रिया के लिए संदर्भ गैस के रूप में ही होना चाहिए, और यह विकसित गैसों के साथ प्रतिक्रिया कभी नहीं करना चाहिए । इस अध्ययन में, हीलियम को संदर्भ गैस के रूप में चुना जाता है ताकि माप में सीओ2 और एच2ओ का विश्लेषण किया जा सके । इसके अलावा, हम मानते है कि ECSA प्राथमिक प्रतिक्रियाओं की विशेषता के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है अगर अंशांकन कारक और reactants या प्राथमिक प्रतिक्रियाओं में उत्पादों के सापेक्ष संवेदनशीलता सफलतापूर्वक बनाया जाता है । दूसरी ओर, के बाद से ECSA विभिंन घटकों के स्पेक्ट्रा में सभी विकसित गैसों के बड़े पैमाने पर स्पेक्ट्रम अलग है, मैट्रिक्स विभिंन विकसित गैसों के मौजूदा आयन द्वारा निर्माण के पहले मात्रात्मक परिणाम प्राप्त कर रहे है हल किया जाना चाहिए । मैट्रिक्स के लिए बड़े होने की उंमीद की जा सकती है, वहां विकसित गैस प्रजातियों की एक बड़ी मात्रा में होना चाहिए । इसलिए, मैट्रिक्स समाधान भी ECSA के कार्यांवयन के लिए महत्वपूर्ण है ।

अंत में, ECSA पारंपरिक टीजी-एमएस विश्लेषण तरीकों की तुलना में बहुत अधिक लाभ है । कुंजी एक यह है कि ECSA सटीक मात्रात्मक जानकारी (यानी, प्रवाह दर, एकाग्रता, और सभी गैसों के लिए आंशिक दबाव) प्रदान कर सकते हैं । एक और लाभ यह है कि, के बाद से ECSA बड़े पैमाने पर स्पेक्ट्रम के आईसी के साथ युग्मन विशेषताओं के बिंदु से व्यवहार करता है (यानी, टीजी और एमएस के बीच बराबर रिश्तेदार दबाव), यह मौलिक एमएस और के बड़े पैमाने पर भेदभाव समाप्त टीजी के तापमान पर निर्भर प्रभाव । और आगे, विकसित गैसों (विशेष रूप से ठोस कण प्रतिक्रियाओं) के साथ प्रतिक्रियाओं की माप के दौरान समय में देरी की समस्या भी प्रभावी ढंग से वाहक गैस की प्रवाह दर और टीजी के तापमान अलग से हल किया जा सकता है । हालांकि, एमएस के कारण, ECSA विकसित गैसों के बिना प्रतिक्रियाओं का निर्धारण करने के लिए इस्तेमाल नहीं किया जा सकता, और अभी भी प्राथमिक प्रतिक्रियाओं से निपटने में कुछ कठिनाई है । के बाद से सभी प्रतिक्रियाओं गर्मी की एक परिवर्तन के साथ, हम एक नई विधि विकसित कर रहे है ECSA में गर्मी परिवर्तन सहसंबंधी बनाना विकसित गैसों के बिना प्रतिक्रियाओं के लिए मात्रात्मक जानकारी प्रदान करने के लिए, लेकिन गर्मी परिवर्तन के साथ ।

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Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

लेखक कृतज्ञता चीन के राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन (अनुदान No. ५१५०६१९९) से वित्तीय सहायता स्वीकार करते हैं ।

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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