[发明专利]一种基于质谱离子流特性计算基元反应动力学的方法

说明书

一种基于质谱离子流特性计算基元反应动力学的方法，将待测样品在不同升温速率下进行热分析‑质谱分析联用实验，得到以强度为纵坐标、以温度为横坐标的离子流图谱；选择能够表征基元反应进程特征的气态产物为特征气体，根据其荷质比确定特征气体的离子流曲线；对确定的离子流曲线进行微分得到微分曲线，微分曲线中基元反应均包括一个波峰和一个波谷；以波峰起始温度作为反应起始温度，波谷结束温度作为反应终止温度，在该范围内对特征气体的离子流曲线进行积分得到积分曲线并导出为文本数据，即得到基元反应转化率随温度的变化数据，依次对不同升温速率下获得的特征气体的离子流图谱进行处理，再采用动力学计算方法处理得到基元反应动力学方程。

技术领域

本发明属于测试分析技术领域，特别涉及一种基于质谱离子流特性计算基元反应动力学的方法。

背景技术

质谱分析是一种测量离子荷质比(电荷-质量比)的分析方法，其基本原理是使试样中的组分在离子源中发生电离，形成不同荷质比的带正电荷的离子，经加速电场的作用，形成离子束，进入质量分析器。在质量分析器中，再利用电场和磁场使发生相反的速度色散，将它们分别聚焦而得到质谱图，从而确定其质量。经过质谱测试碎片离子，可以实现全程在线检测，所得到的碎片离子峰变化规律代表不同的组分的变化。

传统的动力学分析方法通常采用热分析，利用热分析实验得到样品在反应过程中的热重或热流数据计算反应转化率数据，再对转化率-温度(或者时间)数据按照动力学算法进行拟合计算，从而得到表观活化能、指前因子和反应机理等参数，进而得到反应动力学方程。此方法是材料研究的基础方法之一，能够获得材料的热反应特征、动力学参数(如表观活化能、指前因子等)、反应机理和动力学方程等。传统动力学分析方法对于只包括一个反应阶段的简单反应过程，或者虽然包含多个反应阶段，但每一阶段均能从质量变化或者热量变化特征上明显区分开来的情况，是适用的，并且计算结果是可靠的。但对于多种反应、或者多个过程相互叠加，不能直接区分的复杂过程，则传统动力学分析方法的计算结果是无法具体表征基元反应特征的。实际上，科研和生产中涉及的绝大多数材料通常包含多种组分，在反应过程中会发生多种反应、多个过程相互重叠。由于质量或热量都是可以直接叠加的，传统的热分析动力学方法是无法区分开基元反应特征的，因此对于复杂反应中的基元反应动力学也是无法准确表征的。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于质谱离子流特性计算基元反应动力学的方法，通过对热分析产生的气态产物进行质谱在线检测，得到气态产物在质谱仪中产生的离子流的荷质比和释放强度数据，提取能代表反应特征的气态产物形成的离子流释放强度数据进行积分运算，得到特征气态产物的释放流量数据，并以此为依据计算基元反应的转化率数据，再采用动力学算法进行计算最终得到基元反应的动力学方程。本发明采用的基于质谱分析获取反应产生的特征气态产物释放流量的方法，实现了将某些基元反应从复杂反应过程中分离开来，解决了传统热分析动力学方法对复杂反应的机理研究不能适应的问题，拓展了热分析动力学的应用范围。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于质谱离子流特性计算基元反应动力学的方法，包括以下步骤：

步骤一，将待测样品在不同升温速率下进行热分析-质谱分析联用实验，得到以强度为纵坐标、以温度为横坐标的离子流图谱；

步骤二，选择能够表征基元反应进程特征的气态产物作为特征气体，根据特征气体的荷质比即质量数，确定特征气体的离子流曲线；

步骤三，对特征气体的离子流曲线进行微分运算，得到特征气体离子流的微分曲线，微分曲线中，基元反应均包括一个向上的波峰和一个向下的波谷；

步骤四，以波峰起始位置即切线向上偏离水平线的位置的温度作为反应起始温度，以波谷结束位置即切线向下重合水平线的位置的温度作为反应终止温度，标记基元反应的起始温度和终止温度，如果反应过程包含多个步骤，则依次分别标记；