التحليل الكمي بتحليل الطيف الكتلة ثيرموجرافيميتري لردود الفعل مع الغازات تطورت

Summary

التحديد الدقيق لمعدل تدفق الغازات التي تطورت هي المفتاح لدراسة تفاصيل ردود الفعل. نحن نقدم طريقة تحليل الطيف المميزة ما يعادل رواية تحليل الكمي لتحليل الطيف كتلة ثيرموجرافيميتري بإنشاء نظام معايرة الطيف المميزة والحساسية النسبية، للحصول على معدل التدفق.

Abstract

أثناء تحويل الطاقة، وإنتاج المواد، وعمليات التعدين، ردود فعل غالباً ما يكون ملامح عدم الثبات ومتعددة الخطوات، ووسيطة متعددة. ويعتبر الطيف الكتلة ثيرموجرافيميتري (تيراغرام-MS) كأداة قوية لدراسة ملامح رد فعل. ومع ذلك، تفاصيل رد فعل ورد فعل ميكانيكا لا تم فعالية حصلت مباشرة من الحالي أيون من مرض التصلب العصبي المتعدد--تيراغرام. هنا، نحن نقدم طريقة تحليل الطيف المميزة ما يعادل (اكسى) لتحليل الطيف الشامل وإعطاء معدل التدفق الجماعي لرد فعل الغازات دقيقة قدر الإمكان. أكسا يمكن فعلياً منفصلة تداخل أيون قمم وثم القضاء على التمييز الجماعي والتأثير يعتمد على درجة الحرارة. يتم عرض تجربتين مثال: (1) تحلل كربونات الكالسيوم₃ مع تطور غاز CO₂ والتحلل من هيدروماجنيسيتي مع تطور غاز CO₂ وح₂س، لتقييم أكسا على نظام مكون واحد (2) وقياس انحلال حراري الحرارية من زوندونج الفحم مع تطور الغازات غير العضوية غازات أول أكسيد الكربون وح₂CO₂، والغازات العضوية ج₂ح₄، ج₂ح₆، ج₃ح₈، ج₆ح₁₄ ، إلخ، لتقييم اكسى على قياس نظام متعدد المكونات. استناداً إلى نجاح معايرة الطيف المميزة والحساسية النسبية لغاز محدد واكسى على الطيف الشامل، علينا أن نبرهن أن ECSA دقة ويعطي معدلات التدفق الجماعي لكل غاز تطورت، بما في ذلك الغازات العضوية أو غير العضوية، لردود الفعل ليس فقط واحد ولكن متعدد العناصر، التي لا يمكن تنفيذها بالقياسات التقليدية.

Introduction

فهم في عمق السمات الحقيقية لعملية رد فعل هو إحدى المسائل الحرجة لتطوير مواد متقدمة وإنشاء جديد الطاقة تحويل النظام أو المعادن إنتاج عملية¹. تقريبا جميع ردود الفعل تجري في ظروف غير مستقرة، وسبب دائماً تغيير المعلمات الخاصة بهم، بما في ذلك التركيز ومعدل التدفق من كواشف مختبر والمنتجات، مع درجة الحرارة أو الضغط، من الصعب أن تميز واضح ميزة الرد بمعلمة واحدة فقط، على سبيل المثال من خلال "معادلة أرينيوس". وفي الواقع، يعني التركيز فقط العلاقة بين العنصر والخليط. قد لا يتأثر السلوك رد فعل حقيقي، على الرغم من أن يتم ضبط تركيز عنصر واحد كرد فعل معقدة إلى حد كبير نظراً للمكونات الأخرى قد يكون لها تأثير أقوى على ذلك. على العكس من ذلك، أن معدل التدفق لكل مكون، ككمية مطلقة، يمكن أن تعطي معلومات مقنعة لفهم خصائص ردود الفعل، منها خاصة معقدة للغاية.

في الوقت الحاضر، قد استخدمت نظام اقتران تيراغرام-مرض التصلب العصبي المتعدد مزودة بتقنية إلكترون التأين (الصناعات الاستخراجية) كأداة انتشارا لتحليل ميزات التفاعلات مع الغازات تطورت^2،،من³⁴. ومع ذلك، أولاً، من الجدير أن أيون الحالية (IC) التي تم الحصول عليها من نظام MS يجعل من الصعب على مباشرة تعكس معدل التدفق أو تركيز الغاز تطورت. ضخمة IC التداخل ويفتت، شديدة التمييز الشامل، وتأثير انتشار الغازات في الفرن من ثيرموجرافيميتير يمكن أن يعيق إلى حد كبير التحليل الكمي لمرض التصلب العصبي المتعدد--تيراغرام⁵. الثانية، هي الصناعات الاستخراجية الأكثر شيوعاً وتقنية التأين قوية متاحة بسهولة. النتائج في أجزاء نظام MS مجهزة بالصناعات الاستخراجية بسهولة ولا تعكس غالباً مباشرة بعض الغازات العضوية مع وزن الجزيئي أكبر. ولذلك، تطورت نظم MS مع التأين لينة مختلف التقنيات (مثل، فوتويونيزيشن [بي]) هي المطلوبة في وقت واحد ليكون الواصلة إلى ثيرموبالانسي وتطبيقها على تحليل الغاز⁶. ثالثا، كثافة IC في بعض نسب الكتلة بتهمة (m/z) لا يمكن استخدامه لتحديد السمة الديناميكية لأي رد فعل الغاز، نظراً لأنها كثيرا ما تتأثر بأخرى ICs لفعل معقدة مع مولتيكومبونينت تطورت الغازات. على سبيل المثال، انخفاض منحنى IC غاز محدد لا تشير بالضرورة إلى انخفاض في معدل التدفق أو التركز؛ بدلاً من ذلك، ربما أنها تتأثر بالغازات الأخرى في النظام المعقد. وبالتالي، من المهم أن تأخذ في الاعتبار ICs جميع الغازات، التأكيد بالغاز الناقل وغاز خامل.

في الواقع، يعتمد التحليل الكمي استناداً إلى النطاق الجماعي إلى حد كبير في تحديد معامل المعايرة والحساسية النسبية لنظام MS تيراغرام. ماسيجيوسكي وبيكر⁷ التحقيق في مطياف الكتلة محلل حرارية نظام (تا--مرض التصلب العصبي المتعدد)، التي تا متصلة بواسطة الشعرية ساخنة للرباعي مرض التصلب العصبي المتعدد، أثر البارامترات التجريبية، بما في ذلك تركيز أنواع الغازات، درجة الحرارة ومعدل التدفق، وخصائص الغاز الناقل، في حساسية التحليل الشامل والمطيافيه. تم معايرة الغازات التي تطورت بتحلل المواد الصلبة عن طريق فعل معروفة جيدا، والمقايسة وحقن كمية معينة من الغاز في تيار الغاز الناقل بمعدل ثابت. إظهار النتائج التجريبية أن هناك ارتباط خطي سلبية من MS إشارة كثافة الغاز تطورت إلى معدل تدفق الغاز الناقل، والغاز تطور مرض التصلب العصبي المتعدد كثافة لا يتأثر بدرجة الحرارة وكمية الغاز تم تحليلها. علاوة على ذلك، استناداً إلى أسلوب المعايرة، ماسيجيوسكي et al. ⁸ اخترع نبض أسلوب التحليل الحراري (منطقة التجارة التفضيلية)، والذي يوفر فرصة لتحديد معدل التدفق برصد التغيرات في المحتوى الحراري الشامل، في وقت واحد، والغاز تكوين نتجت عن مسار رد فعل. ومع ذلك، من الصعب لا يزال لإعطاء معلومات مقنعة عن رد فعل معقدة (مثل، الاحتراق/تغويز الفحم) باستخدام التحليل التقليدي تيراغرام-مرض التصلب العصبي المتعدد أو أساليب التجارة التفضيلية.

من أجل التغلب على صعوبات ومساوئ قياس التقليدية وأسلوب التحليل لنظام MS تيراغرام، قمنا بتطوير أسلوب التحليل الكمي اكسى⁹. المبدأ الأساسي المتمثل في أكسا يستند إليه اقتران تيراغرام-مرض التصلب العصبي المتعدد. يمكن أن تأخذ في الاعتبار ECSA ICs جميع الغازات، بما في ذلك رد فعل الغازات، الغازات الناقل، والغازات الخاملة. بعد بناء معامل المعايرة والحساسية النسبية لبعض الغاز، يمكن تحديد معدل التدفق الجماعي الحقيقي أو المولى لكل مكون بحساب مصفوفة IC (أي الطيف الشامل لمرض التصلب العصبي المتعدد--تيراغرام). مقارنة بالأساليب الأخرى، أكسا لنظام MS تيراغرام يمكن فعلياً فصل الطيف المتداخلة، والقضاء على التمييز الشامل وتعتمد على درجة الحرارة تأثير تيراغرام. البيانات التي تنتجها أكسا أثبتت أنه يمكن التعويل عليها عن طريق إجراء مقارنة بين معدل التدفق الجماعي للغاز تطورت وفقدان كتلة البيانات حسب ثيرموجرافيميتري التفاضلية (DTG). في هذه الدراسة، كنا متقدمة صك تيراغرام DTA-الصناعات الاستخراجية/PI-ماجستير¹⁰ إجراء التجارب (الشكل 1). ويتكون هذا الصك الرباعي أسطواني من مرض التصلب العصبي المتعدد وهو أفقي ثيرموجرافيميتري التفاضلية حرارية محلل (تيراغرام-DTA) مزودة بوضع كل من الصناعات الاستخراجية وبي، ومع واجهة المصفاة. أكسا لنظام MS تيراغرام يحدد معلمات الفيزياء لجميع الغازات تطورت باستخدام إليه MS تيراغرام اقتران الفعلية (أي، المساواة نسبية ضغط) لتنفيذ التحليل الكمي. وتشمل عملية التحليل الشامل تحليلاً المعايرة واختبار نفسه والبيانات (الشكل 2). نقدم تجربتين مثال: (1) تحلل كربونات الكالسيوم₃ مع فقط تطورت غاز CO₂ والتحلل من هيدروماجنيسيتي مع تطور غاز CO₂ وح₂س، لتقييم اكسى على نظام مكون واحد (2) وقياس انحلال حراري حراري من الفحم البنى مع تطور الغازات غير العضوية غازات أول أكسيد الكربون، ح₂، وأول أكسيد الكربون₂والغازات العضوية الفصل₄، ج₂ح₄، ج₂ح₆، ج₃ح₈، ج₆ح₁₄، إلخ، لتقييم أكسا على قياس نظام متعدد مكونات. اكسى استناداً إلى نظام تيراغرام-مرض التصلب العصبي المتعدد أسلوب حل شامل لتحديد كمية الغاز تطورت في التفاعلات الحرارية كمياً.

Protocol

1-معايرة اكسى لنظام MS تيراغرام

1. معايرة الطيف المميزة
   1. تحضير الغازات التي تطورت من CO₂، س ح₂، الفصل₄، قال و ما إلى ذلك للمعايرة، تحوير ضغط الغاز في 0.15 الآلام والكروب الذهنية.
   2. الاتصال بنظام MS تيراغرام اسطوانة الغاز من أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ وتنظيف الغاز الفردية في نظام MS تيراغرام مع معدل تدفق من 100 مل/دقيقة.
   3. رصد الطيف كتلة الغاز الفردية. عناية مشاهدة ومقارنة ذروة مميزة من الغازات للمعايرة والغازات شوائب ممكنة في الطيف الشامل بمرض التصلب العصبي المتعدد--تيراغرام للتأكد من الأنواع والنقاء من الغازات.
      ملاحظة: يمكن شراؤها مباشرة في اسطوانات الغاز الغازات المذكورة أعلاه أو متحللة من بعض عينات الاختبار (إلا أنه). أنه يستخدم كالغاز الناقل في المعايرة والاختبار.
      تنبيه: لبعض المواد التي تضر تيراغرام أو مرض التصلب العصبي المتعدد، يجب استخدام الغاز الناقل.
2. معايرة للحساسية النسبية
   1. إزالة الغاز الإشارة أنه مع تدفق بمعدل 300 مل/دقيقة في نظام تيراغرام-مرض التصلب العصبي المتعدد لمدة 20 دقيقة لتنظيف النظام.
   2. حذف شكل متزامن من نوع واحد لمعايرة الغاز مثل CO₂ أو ح₂س، والإشارة والبنزين، أنه في نظام MS تيراغرام مع معدل تدفق من 100 مل/دقيقة.
   3. حساب الحساسية النسبية لكل غاز وفقا لمعدل التدفق المعروفة والطيف الشامل (المعادلة 1).
      
      هنا،
      = الحساسية النسبية للغاز الغاز مرجع ك
      = معدل تدفق معين من الغاز مرجع
      = معدل تدفق معين من الغاز ك
      = أيون التصميم الحالي للغاز ك بمرض التصلب العصبي المتعدد، و
      = أيون التصميم الحالي للغاز مرجع.
      ملاحظة: يجب أن تعرف معدلات التدفق الحجمي الغاز معايرة ومرجع في وقت مبكر.

2-اختبار عملية اكسى لنظام MS تيراغرام

1. إعداد العينات المستخدمة للاختبار
   1. إعداد العينات من كربونات الكالسيوم₃ وهيدروماجنيسيتي
      1. جمع عينات 10-g من كربونات الكالسيوم₃ مع متوسط يبلغ قطرها 15 ميكرون.
      2. جمع 10 غم كتلة بيضاء من هيدروماجنيسيتي وكسر أربا < 3 مم في الحجم، وطحن القطع مع مطحنة حركت الجهاز إلى حوالي 10 ميكرون.
      3. الجاف لجميع العينات على 24 ساعة في فرن عند درجة حرارة 105 مئوية.
         ملاحظة: يمكن تنفيذ الخطوات المذكورة أعلاه في نفس الوقت.
   2. إعداد عينات الفحم زهوندونج
      1. جمع 20 غراما فحم زوندونج من حقل يقع في موري كازاك المتمتعة بالحكم الذاتي بمقاطعة شينجيانغ في الصين.
      2. لإزالة أي رطوبة خارجية، الجاف للفحم في فرن عند درجة حرارة 105 مئوية ح 24.
      3. كسر والأرض الفحم في مصنع للحصول على مجموعة حجم جسيمات من 180-355 م.
2. اختبار ردود الفعل الحراري
   1. تطهير النظام تيراغرام-مرض التصلب العصبي المتعدد بالغاز الناقل أنه ح 2 طرد الهواء والرطوبة. يسخن وفي الوقت نفسه، هذا الصك إلى نحو 500 درجة مئوية، وبارد عليه ثم، وصولاً إلى درجة حرارة الغرفة.
      ملاحظة: استخدمت الغاز أنه كالغاز الناقل لكافة الاختبارات.
   2. رصد الغلاف الجوي باستخدام مرض التصلب العصبي المتعدد في 20 دقيقة الأولى، ويراقب بعناية ومقارنة ذروة مميزة من أول أكسيد الكربون₂وقال أنه، والغازات شوائب س₂ون₂ح₂س في الطيف الشامل، لضمان أدنى المحتوى من الهواء والرطوبة، ولا تؤثر على القياسات التجريبية.
   3. وزن عينة من 10 ملغ باستخدام الرصيد الإلكترونية الدقيقة ووضع العينة في بوتقة_{3 2}س بن.
   4. وضع البوتقة_{3 2}س ال مع العينة تيراغرام وإغلاق الفرن.
   5. تعيين معلمات التشغيل. (1) لاختبار₃ كربونات الكالسيوم، تبدأ درجة حرارة 20 درجة مئوية والحرارة إلى 550 درجة مئوية بمعدل تسخين قدرة 10 كيلو/دقيقة؛ لتحوير البرنامج درجة الحرارة، الحرارة إلى 800 درجة مئوية، مع معدلات تدفئة من 10 كيلو/min و 20 K/دقيقة (2) بالتناوب لاختبار هيدروماجنيسيتي والفحم، والبدء في درجة حرارة 20 درجة مئوية ثم استخدام معدل تسخين قدرة 10 كيلو/دقيقة، وقت الانتظار لمدة 15 دقيقة ، درجة حرارة وقف 1000 درجة مئوية، ومعدل تدفق غاز من 20 مل/دقيقة؛ الاحتفاظ بمجموعة m/z 2-200 لوضع الصناعات الاستخراجية و 10-410 لوضع PI.
      ملاحظة: استخدمت طريقة بي لتحديد الغازات العضوية، تستخدم أساسا للاختبار من انحلال حراري الفحم زهوندونج في هذه الدراسة.

3. التحليل الكمي والنوعي

1. الحصول على البيانات ثلاثية الأبعاد الجماعي الطيف مسجل من قبل الكمبيوتر المرتبطة الصك تيراغرام-مرض التصلب العصبي المتعدد.
2. حساب المعلمات الفعلية، بما في ذلك معدل التدفق الجماعي وتركيز كل غاز تطورت، باستخدام أسلوب أكسا، استناداً إلى ذروة مميزة معايرة مصممة (الخطوة 2، 1) والحساسية النسبية (الخطوة 2، 2).
3. تحليل رد فعل الحراري وفقا للمعلمات الفعلية⁹.

النتائج

التحلل الحراري من كربونات الكالسيوم₃ هو رد فعل بسيط نسبيا، التي كانت تستخدم لإثبات انطباق الأسلوب أكسا. بعد معايرة الذروة المميزة والحساسية النسبية ل CO₂ إلى الغاز الناقل أنه، معدل التدفق الجماعي الفعلي CO₂ تطورت بالتحلل الحراري من كربونات الكالسيوم₃

Discussion

يمكن بسهولة تعديل هذا البروتوكول لاستيعاب قياسات أخرى لدراسة تطور الغازات وتفاعلات انحلال حراري بنظام MS تيراغرام. كما نعلم، تقلب تطورت من انحلال حراري للكتلة الحيوية والفحم، أو لا تشمل أنواع الوقود الصلبة/السائلة دائماً إلا أن الغازات غير العضوية (مثل، أول أكسيد الكربون، ح₂، و...

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