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 تطورت2،،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
Representative Results
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…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
الكتاب الاعتراف بامتنان دعم مالي من “مؤسسة العلوم الطبيعية الوطنية الصينية” (المنحة رقم 51506199).
Materials
| 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 |
References
- Li, R. B., Xia, H. D., Wei, K. . 15th International Conference on Clean Energy (ICCE-2017). , (2017).
- 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).
- 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).
- 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).
- JaenickeRossler, K., Leitner, G. TA-MS for high temperature materials. Thermochimica Acta. (1-2), 133-145 (1997).
- 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).
- Maciejewski, M., Baiker, A. Quantitative calibration of mass spectrometric signals measured in coupled TA-MS system. Thermochimica Acta. 295 (1-2), 95-105 (1997).
- 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).
- Xia, H. D., Wei, K. Equivalent characteristic spectrum analysis in TG-MS system. Thermochimica Acta. 602, 15-21 (2015).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
