热质联用 QMS 403/5 Skimmer

发布时间：2020-09-21 12:36:14浏览次数：次

在进行热重实验的时候，人们常常希望希望除了获得材料随温度的质量变化数据外，还能够对过程中释放的气体产物进行定性的在线分析。NETZSCH 公司推出了世界领先的热重- 气相质谱 Skimmer 联用技术，具有许多独特的优点。
SKIMMER 联用系统与四极质谱仪（QMS）是世界范围内最为灵敏的热质联用系统。该联用系统包括：配有特定炉体的同步热分析仪（STA 409 和 STA 429）、检测和分析产物气体的四极质谱仪与一个双级减压系统组成。
在气体从热重仪向气相质谱仪传送的过程中有一个很关键性的技术问题，只有把逸出气体的真正具有代表性的样品传送到气相质谱仪 QMS 中，才能确保 QMS 检测的准确性，因此，须绝对避免在传送过程中由气相组分的冷凝导致的气体分离和损失。
Skimmer 联用技术的开发成功地解决了这一技术难题。其热质连接部有一前一后两个通气孔，并保持与样品相同的温度。第一个通气孔作为分叉口形成了一个压缩区域，紧接着是被称为 Skimmer 的第二个通气孔，延续并形成平行的微小颗粒束,导向 QMS 的离子源。
两个通气孔直接设计在样品的上方。气体颗粒通过它们，传输距离仅为几毫米，这保证了短的滞后时间与特别高的灵敏度。气体组分的凝结在毛细管联用系统中经常发生，且或多或少与该组分的质量数有关, 并且无关联性, 无法进行修正。而 Skimmer 联用系统保持样品和通气孔系统于同一温度，能够有效减少气体组分的凝结。因此，实验结果在灵敏度方面有很大提高（视质量数情况，实验信号强度可提高一百多倍）。
可以使用 PulseTA^® 对质谱信号进行量化。这种技术是将一定量的所需气体注入惰性载气流中，观察在反应进程中质量和热焓的变化。
对于不同的应用场合，可选用不同的 Skimmer 联用配置：
·氧化铝 Skimmer 系统：适用于氧化气氛，最高温度 1450°C。
·玻璃碳 Skimmer 系统：适用于惰性气氛，最高温度 2000°C。
Skimmer 联用系统是一种十分有用的工具,用于材料研发和工艺改进，及能源与环境领域的研究。

QMS 403/5 SKIMMER - 技术参数
• 温度范围：SiC 炉：RT...1450°C, Skimmer Orifice 材质为氧化铝；石墨炉：RT...2000°C, Skimmer Orifice 材质为玻璃碳
• 升温速率：标准炉体：0.001 ... 约 100 K/min
• 天平量程：15000 mg
• 传感器类型：DSC, DTA, TG, DSC-cp, 方便快速更换
• 提供手套箱扩展附件（选件）
• 提供耐腐蚀版本（选件）
• 提供不同材质与不同尺寸规格的坩埚
• QMS 质荷比范围：1 ... 512 u
• 解析度：0.5 u
• 测量模式 / 扫描速率：- 模拟扫描- 柱状图扫描- 多离子检测（MID）
• 检测器：90°SEV，检测限 > 10-14 mbar，或 > 100 ppb
• Skimmer 温度：样品温度
• Skimmer 材料：- 氧化铝（1450°C）- 玻璃碳（2000°C）
• 离子化：电子碰撞

QMS 403/5 Skimmer软件功能
QMS 403/5 Skimmer 联用系统的测量与分析软件是基于 MicroSoft Windows® 系统的 Proteus® 软件包，该软件包含强大的测量和数据分析功能，具有极其友善的用户界面，包括易于理解的菜单操作和自动操作流程，并且适用于各种复杂的分析。Proteus 软件既可安装在仪器的控制电脑上联机工作，也可安装在其他电脑上脱机使用。

QMS 部分分析功能：
• 模拟扫描，扫描速率 > 0.2 s/amu
• 扫描柱状图，扫描速率 > 200 ms/amu
• 多离子检测（MID）模式，最多可同时检测 64 个可选的质量数，扫描速率 > 10 ms/amu
• 特征温度（起始点，峰值与终止点）
• 峰面积积分，结合 pulseTA® 技术，用于定量分析与标定
• 质谱曲线相减

QMS 403/5 Skimmer应用实例

氯化铅
将 7.92mg 氯化铅在 150ml/min 的氩气气氛中进行升温测试，图中显示了起始于熔融范围（487°C）的挥发过程。由分裂与离子化（PbCl m/z = 243, Pb m/z = 208, Cl m/z = 37, CL m/z = 35）产生的分子离子（PbCl2 m/z = 278）与碎片离子能够在远低于原料的沸点以下就清晰地检测到。

沥青碳粉末
沥青基炭粉（55.2mg）在氮气气氛下（50ml/min）在 600°C 之前主要分解成分子量较大的芳香族化合物。图中节选了 MID 曲线中的芘（m/z=202），苯并菲（m/z=228），苯并(a)芘（m/z=252），苯并(ghi)北(二萘嵌苯)（m/z=276），二苯并芘（m/z=302）几种信号。

薄膜光伏（Skimmer）
CuGaSe2 的能带宽度为 1.68 eV，是薄膜光伏领域一种很有潜力的半导体材料。它可作为光伏串联电池设备的顶层电池，而底层电池为 CuInSe2。CuGaSe2 是由元素 Cu、Ga、Se 按照化学计量比来合成的。在 450°C，通过质量数 m/z 230 和 m/z 245 的同位素分布可以检测到 Se3 蒸发，表明这是一种非化学计量比的材料。
元素碘的出现是作为合成过程中的矿化剂。在温度高于 900°C 下检测到元素硒 Se，这是由于 CuGaSe2 分解所致。调节 Se 的蒸气压可以控制合成化学计量比（使用 QMS 403/5 Skimmer 测试）。