质谱仪用于催化表征与产物研究的

《质谱仪用于催化表征与产物研究的》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、实用标准文案附录：质谱仪用于催化表征和反应物/产物研究催化是工业合成不可分割的一部分。据估计，80%的化学品是借助于催化剂的帮助制造出来的[]。近年来随着对替代能源的需求，对燃料电池的研究越来越热，这个特定领域的催化研究增加了很多，分析方法必须跟上科学技术的发展前沿。为了研究催化机理和效率，科研人员必须利用所有可能的现代分析手段，他们互相补充，每一种方法都是催化研究的独特视角，质谱也是如此，并且是少数的既可以做材料表征又可以研究催化过程中的反应物/产物的几种方法之一。以下是一张典型的四极杆质谱仪的图片：图1典型的四极杆质谱仪质谱仪综述：四极杆质谱仪由

2、WolfgangPaul于1953年发明。质谱仪检测的是带电离子，它们可以是原子，分子，分子碎片或复合物所形成的带电离子。质谱仪包括4个部分：进样系统；离子源；质量分析器；检测器。样品一旦以适当的方式进入质谱仪，就被离子化（离子化的方式有好几种），所有带电离子的荷质比是特征的，由质量分析器识别（质量分析器也有好几种），然后检测器得到离子流信号，可以进行定量分析。样品前处理/进样：进样系统是样品环境和质谱仪所需要的高真空条件之间的桥梁。如果样品的压力低于10-4Torr,如真空和高真空下的各种应用，无需降低样品压力，可以把质谱仪探头直接插在样品腔室里；

3、但如果样品的压力高于10-4Torr,就需要进样系统。如果样品的压力在一个大气压或高于一个大气压，例如尾气分析，环境样品，热重分析等，就用到毛细管进样系统。样品经石英毛细管进入质谱仪，毛细管的长度和直径可根据具体应用调整，但毛细管的流导必须把质谱仪的压力降低到10-5Torr.有可以加热的毛细管以避免样品在毛细管内冷凝。精彩文档实用标准文案图2：典型的质谱仪方框图很多情况下，样品前处理没有必要。如果方法要求气体进样，而样品本身已经是气态，就没有必要对样品做进一步处理。很多异相催化不仅有气体反应物，还有固体催化剂；如果要分析的是催化过程中的反应物和产物

4、，样品不需前处理；如果用二次离子质谱（SIMS）或二次中性粒子质谱（SNMS）来研究固体的催化剂表面，通常向催化剂表面轰击一束高能离子或中性粒子。在SIMS研究中，不仅打掉固体表面的组分使之进入气相，而且离子化，因此省去了下一步骤的离子化；对SNMS而言，打掉的是中性离子，离子源是必要的。离子化四极杆质谱仪常用的离子源是EI，即电子轰击。灯丝（材料是Ir/W/Re）在适当电流下（3-10mA）表面发射电子，进样区域有一个电极，比灯丝的电压高70V，因此灯丝发射的电子向中性气体分子运动，获得70eV的能量，这个能量是气体分子电离能的3-15倍，因此气体

5、分子一定被电离，在中性分子和电子的多次碰撞中，丢掉一个电子或多个电子变成正离子，因为70eV远远超过中性分子的电离能，多余的能量有几种结果：一个是多重电离（丢失不止一个电子），另一种是分子被打成碎片。在解释质谱谱图时必须要考虑这两种情况，下面会有详细描述，双电荷离子和碎片峰会经常出现，不同质谱仪都会碰到这个问题。另一种是化学电离源，由带电荷的离子与中性分子碰撞，发生电荷转移，气体分子被电离。靠近电离区域有两个或多个电极（图3中标记为离子透镜），加上静电场，其电势比电离区域的要低。正离子在电场的作用下进入质量分析器。精彩文档实用标准文案图3离子化分辨质

6、量数按荷质比区别离子的方法很多，主要有3种：飞行时间质谱，离子动能相同但到达检测器的时间不同，时间与质量数有关；磁质谱，正交的磁场决定离子的运动轨迹，运动轨迹与与质量数有关；四极杆质谱，震荡的电场决定离子的运动。四极杆作为质量分析器由4个抛物线形或圆柱形的电极组成。严格意义上讲，电极的横截面应该是抛物线形的。但是，如果电极的空间分布经优化排列，与抛物线形电极产生的电场非常接近，圆柱形电极也可以用，这样制造的难度小了，生产成本低，性能可靠。图4：四极杆质量分析器电极的轴与离子前进的方向是平行的，相对的一组电极相互接触，每一组精彩文档实用标准文案都加上射

7、频（RF）电压，再叠加直流（DC）电压，RF与DC的比值是个常数，叫振荡频率。对特定的RF和DC电压，只有特定荷质比的离子能以稳定的振幅通过四极杆，其他荷质比的离子则不能通过到达检测器。质谱仪通常有两种工作模式：1）扫描模式：顺序改变RF和DC的电压，但保持其比值不变，将得到信号强度（离子流）随荷质比变化的质谱谱图。通常用这种方式得知大概的组分。2）跳峰模式：如果希望得到几个特定荷质比离子的信息，质谱仪在几个特定RF和DC电压间周期变化并保持其比值不变，这种模式测量速度快。图5：质量分析器中的电荷精彩文档实用标准文案大质量数离子穿过四极杆的X-Z平面

8、小质量数离子穿过四极杆的Y-Z平面四极杆的Y-Z/X-Z平面正交图6质量分辨离子穿过四极杆后再经狭缝聚焦，到