[发明专利]一种采用热重-质谱联用仪测定元素含量的方法

说明书

本发明涉及一种采用热重‑质谱联用仪测定元素含量的方法，该方法包括：A、将质量为m_A的外标气体和质量为m的待测样品送入热重‑质谱联用仪中进行热重‑质谱峰检测，得到外标气体的质谱峰面积S_A和由待测样品中所含待测元素所产生气体的质谱峰面积S_B；B、采用式(1)计算待测样品中所含待测元素所产生气体的质量m_B，式(1)为：其中，F_AB(m_B)为外标气体与待测样品中所含待测元素所产生气体的相关函数；C、采用式(2)计算所述待测元素占待测样品的质量含量w_B，式(2)为：本发明提供的方法可以准确测定固体、液体和固液混合样品中待测元素的含量，测定结果受仪器状态影响小。

技术领域

本发明涉及一种采用热重-质谱联用仪测定元素含量的方法。

背景技术

在现有元素分析方法中，待测样品中碳、氢、硫、氮等元素的含量测定主要依靠碳硫分析仪和元素分析仪来测定，但是上述测定方法都存在分析时间长、所需样品量大、对低含量元素定量准确性低等问题。此外，碳硫分析仪和元素分析仪均只能给出样品中待测元素的总含量，但是人们在对待测样品的研究过程中往往还会关注不同温度范围内碳、氢、硫、氮等元素的热解量。一般而言，人们通常会采用分阶段试验的间接方法进行研究，即：将样品分别在不同温度下处理，然后再分别对处理后的样品进行测试。但是，这样的方法存在所需样品量大、工作量大、试验操作过程复杂、测试周期长、人工成本高等问题。

与上述测定方法不同的是，热重-质谱联用仪(TG-MS)具有灵敏度高、可进行程序控温氧化热解的双重特点，热重-质谱联用仪是常用的热分析方法，可以用于热解逸出气体中分子和元素的定性和半定量分析。其主要分析方法包括利用脉冲气体进样器向TG-MS系统中原位注入外标气体进定量(脉冲气体原位定量法)和利用固体标准样品建立外标曲线(固体标准样品外标曲线法)两种方法。

热重-质谱联用仪的脉冲气体原位定量法是利用脉冲气体进样器向TG-MS系统中原位注入外标气体进定量的方法。文献(石油学报(石油加工),2016,32(3):622-628)报道了以CO₂为标气，利用六通阀和loop环在特定的时间和温度下向TG-MS系统中注入一定量纯的CO₂标气，对样品中热解和燃烧所产生的CO₂进行定量分析，从而计算得到样品中碳元素的含量。还有文献(Thermochimica Acta 295(1997)167-182；Thermochimica Acta 295(1997)95-105)利用商品化的脉冲进样器(德国耐驰公司的Pusle)和纯的CO₂标气探讨了试验条件对固体样品中热解出的CO₂进行定量分析的影响。Yu等人(ThermochimicaActa 451(2006)10-15；Thermochimica Acta 440(2006)195-199)利用类似的方法对InN中热解逸出的N₂进行了定量分析，其采用的标气为纯氮气。可以看到，上述文献均是采用了与待测气体相同的纯气体为标气(如：定量CO₂就用纯CO₂为标气，定量N₂就用纯N₂为标气)，再用脉冲气体进样器将一定量的标气注入到TG-MS中，以计算样品中热解、燃烧或挥发出来的待测气体。但是，上述方法存在难以寻找合适的标气的问题，尤其是一些在常温和低压下易液化的气体或者具有腐蚀性和刺激性气味的气体(如：H₂O、SO₂、NH₃、有机气体等)。此外，上述方法在同时对多种元素进行定量时，需要同时将多个标样混合后注入TG-MS，一方面导致费用和成本的增加；另一方面方法的适应性较差，一旦样品改变，就需要重新配置标样，且操作困难，测定成本高。