[发明专利]一种定量测定热分析-质谱联用系统中逸出气体CO2的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种定量测定热分析-质谱联用系统中逸出气体CO₂的方法，属于热分析-质谱联用技术领域。

背景技术

热分析(TA)技术是近代仪器分析领域中一个重要分支学科，被广泛地应用到各种材料的研究和开发工作中。这种技术如热重法(TG)、差热法(DTA)、差示扫描量热法(DSC)等，可以快速、方便检测材料在受热过程中的质量和热量变化(如：质量增加、质量损失或吸热、放热)。由于材料的复杂性，在一个过程中通常有多步反应，且每步反应有多种气体产物逸出，信号彼此重叠，给仅靠热分析曲线解读实验结果和判断逸出气体产物组成带来了困难，不利于反应机理的研究。因此，单一的热分析技术已不能满足材料的表征要求，更需要多种的联用技术表征手段，如：热分析-质谱联用(TA-MS)、热分析-红外联用(TA-FTIR)等同时检测才能深入全面研究材料的热行为。其中，因为质谱分析法具有直接鉴定热反应过程中逸出气体产物的优势，将质谱仪(主要指四级质谱仪)与热分析仪耦合联用恰好能够弥补热分析方法上的不足。有关热分析-质谱联用技术在材料中的表征研究有许多相关文章发表，它在有机、无机材料以及复合材料的制备工作中已得到广泛应用。

热分析-质谱联用技术虽然在材料表征上取得了很大的成功，但是，其对逸出气体组分的检测还只能是定性的，不能直接进行定量的表征。也就是说，材料受热分解的气体产物进入质谱系统后，我们只能通过质谱信号检测到何种气体产物在什么温度范围放出，但无法检测材料在受热过程中逸出气体产物的质量有多少。因此，如何对热分析-质谱联用系统中的质谱信号进行定量成为当前热分析技术研究的热点和难点之一。目前文献中关于热分析-质谱信号的定量研究有一些相关报导。瑞士科学家Maciejewski和Baiker较早开展了这方面的工作。Maciejewski等通过两种方法引入一定质量的气体信号：第一种方法是标准固体热分解法，这种方法是首先选择一种能够通过热分析-质谱联用系统中释放出待测气体的固体物质作为标准物质，然后多次测量不同质量的标准固体在热分析-质谱联用系统中的质谱信号峰面积大小，建立质谱信号峰面积与逸出气体质量的校正曲线，通过对比这一校正曲线和待测样品逸出气体的质谱信号峰面积来确定待测样品的逸出气体质量；第二种方法是校正气体注入法，这种方法需要利用脉冲热分析仪(PulseTA)在短时间内将固定体积的气体注入载气流中，通过比较质谱信号的峰面积和注入气体的质量关系来确定逸出气体的质量。对于标准固体热分解法，要求测试过程分为两步，首先需要对不同质量的标准固体逸出气体质量和质谱信号积分面积的依赖关系进行标定，得到校正曲线，这需要多次实验才能完成，工作量很大；随后根据校正工作曲线才能对待测样品的逸出气体进行定量分析；这样，因校正曲线和样品测定不在同一次实验中完成，这就不可避免的带来了系统误差，限制了定量准确度的提高；因此，这些因素都会给最后的定量结果带来误差。而校正气体注入法可以在样品热分解过程中随时注入固定体积的气体，具有比较灵活的优点；但是，校正气体注入法在实验过程中需要昂贵的高纯气体和精确的流量控制，注入气体还需要一套特殊的装置才能完成，这都给实验中的样品测试带来了局限性。上述因素都会影响材料的定量分析研究。为了全面了解材料的热分解机理和反应过程，材料研究领域需要对热分析-质谱联用系统中多种逸出气体的质量实现快速、准确的定量表征，这些需求对研究更先进的逸出气体定量测定方法提出了迫切要求。

发明内容

针对上述现有技术所存在的不足，本发明的目的是提供一种能快速、准确的定量测定热分析-质谱联用系统中逸出气体CO₂的方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种定量测定热分析-质谱联用系统中逸出气体CO₂的方法，包括如下步骤：

a)将标定物和待测样品放入双槽试样坩埚中；

b)在同一载气流速和升温速率条件下进行热分析-质谱测定；

c)分析质谱图中分别对应的标定物和待测样品的逸出气体CO₂的质谱峰面积和

d)根据公式计算出待测样品的逸出气体CO₂的质量

所述的标定物推荐为优级纯或分析纯试剂。

所述的双槽试样坩埚设在样品池内部。