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儀器生產(chǎn)廠(chǎng)家及型號(hào)

Micromeritics/AutoCh AutoChem II 2920、Hiden / QGA

儀器研究方向

多相催化、氣體吸附

儀器主要功能用途及參數(shù)

化學(xué)吸附-質(zhì)譜聯(lián)用系統(tǒng)儀器主要功能

核心功能：通過(guò)化學(xué)吸附儀的TCD檢測(cè)器獲得催化性能與其微觀(guān)表面性質(zhì)的信號(hào)峰，同時(shí)通過(guò)質(zhì)譜儀實(shí)時(shí)、多通道氣體產(chǎn)物監(jiān)測(cè)，精確鑒定在升溫過(guò)程中逸出的氣體產(chǎn)物是何種分子或碎片，為催化機(jī)理研究提供有利依據(jù)。可以進(jìn)行TPD(程序升溫脫附)、TPR（程序升溫還原）、TPO（程序升溫氧化）、TPRS、脈沖化學(xué)吸附等的分析。

主要用途：主要用于多相催化、吸附等領(lǐng)域。

核心參數(shù)：

1. Micromeritics AutoChem：

（1）加熱電熱爐最高溫度1200度，程序升溫溫度控制范圍為環(huán)境溫度~1100℃。

（2）升溫速率：在室溫-500℃范圍，0~70℃/min； 在500℃~1100℃范圍，0~30℃/min，冷卻速率：快速冷卻，1000度降溫至100度時(shí)間不超過(guò)1小時(shí)。 （3）在線(xiàn)質(zhì)譜：質(zhì)量數(shù)范圍1-200amu；離子源燈絲：銥燈絲。

2. Hiden QGA：

質(zhì)量范圍：通常1-300 amu，覆蓋從H?到大部分有機(jī)分子的質(zhì)量。

檢測(cè)限：可達(dá)ppm甚至ppb級(jí)別，靈敏度極高。

響應(yīng)時(shí)間：<1秒（與毛細(xì)管入口線(xiàn)和設(shè)置有關(guān)）。

離子源：電子轟擊離子源（EI）。

檢測(cè)器：法拉第杯和電子倍增器（SEM），用于不同濃度范圍的檢測(cè)。

測(cè)試內(nèi)容及領(lǐng)域

測(cè)試內(nèi)容：催化劑性質(zhì)、表界面化學(xué)反應(yīng)及微觀(guān)機(jī)理

常見(jiàn)測(cè)試類(lèi)型和項(xiàng)目：

1. 實(shí)時(shí)、多通道氣體產(chǎn)物監(jiān)測(cè)：質(zhì)譜儀可以同時(shí)監(jiān)測(cè)多種不同質(zhì)荷比（m/z）的氣體信號(hào)，如H₂ (m/z=2)，CO (m/z=28)，CO₂ (m/z=44)，H₂O (m/z=18)等。

2. 程序升溫分析：（1）程序升溫脫附（TPD）：研究催化劑的酸性/堿性位點(diǎn)、金屬位點(diǎn)的強(qiáng)度和數(shù)量。例如，NH?-TPD（酸位點(diǎn)）；（2）程序升溫還原（TPR）：研究金屬氧化物的還原性、還原溫度及還原過(guò)程；（3）程序升溫氧化（TPO）：研究積碳催化劑的再生、金屬的氧化行為及碳物種的反應(yīng)性；（4）程序升溫表面反應(yīng)（TPSR）：在反應(yīng)氣氣氛下升溫，研究特定反應(yīng)的中間體和反應(yīng)路徑。

3. 脈沖化學(xué)吸附：精確測(cè)定活性金屬分散度、金屬表面積和活性位點(diǎn)濃度。

主要應(yīng)用領(lǐng)域：

1. 催化劑酸性/堿性表征

2. 催化劑還原行為研究

3. 積碳催化劑研究

4. 反應(yīng)機(jī)理研究

5. 物種追蹤

注意事項(xiàng)（儀器使用和樣品制備）

一、預(yù)約測(cè)試與使用

1. 培訓(xùn)：操作者必須經(jīng)過(guò)系統(tǒng)性的正規(guī)培訓(xùn)，并通過(guò)考核獲得獨(dú)立操作資格。未經(jīng)許可嚴(yán)禁操作儀器。

2. 提前預(yù)約：嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)提前預(yù)約，并遵守時(shí)間安排。完成測(cè)試后及時(shí)在系統(tǒng)中結(jié)束預(yù)約。溝通與準(zhǔn)備：預(yù)約時(shí)需明確告知樣品組成、樣品顆粒大小、制備溫度、穩(wěn)定性等信息，以便管理員確認(rèn)方法兼容性。

3. 開(kāi)機(jī)前檢查

氣源檢查：確認(rèn)所需的準(zhǔn)備氣（如高純He、H₂/He或CO₂/NH₃/He）、載氣（如高純He、H₂/He）和脈沖氣體（如Ar）壓力充足（通常>5 MPa）及濃度合適（如10 wt% H₂/He）。確保所有氣體凈化器未過(guò)期。

4. 方法確認(rèn)：嚴(yán)禁隨意修改他人或標(biāo)準(zhǔn)方法。上機(jī)前務(wù)必確認(rèn)所調(diào)用方法的參數(shù)（如升溫速率、測(cè)試溫度、氣體流率、預(yù)處理方式等）適用于當(dāng)前樣品。最好使用自己創(chuàng)建并經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的方法。

5. 真空系統(tǒng)：質(zhì)譜儀是高真空設(shè)備，開(kāi)機(jī)前必須確認(rèn)前級(jí)泵和分子渦輪泵運(yùn)行正常，達(dá)到工作真空度（通常優(yōu)于10?? mBar）。

6. 防止污染：避免測(cè)試高濃度、易冷凝的樣品（如大量硫化物、高沸點(diǎn)有機(jī)物），這些物質(zhì)會(huì)污染質(zhì)譜離子源和四極桿；在TPO測(cè)試高積碳樣品后，務(wù)必確保系統(tǒng)充分吹掃，防止殘留CO?影響后續(xù)低濃度檢測(cè)。

7. 信號(hào)飽和：在設(shè)置質(zhì)譜方法時(shí)，要預(yù)估氣體濃度，避免信號(hào)過(guò)強(qiáng)導(dǎo)致檢測(cè)器飽和（特別是電子倍增器）。

8. 校準(zhǔn)與標(biāo)定：質(zhì)譜校準(zhǔn)：定期使用標(biāo)準(zhǔn)氣體（如殘余氣體分析儀標(biāo)準(zhǔn)品）對(duì)質(zhì)譜的質(zhì)量數(shù)和靈敏度進(jìn)行校準(zhǔn)；延遲時(shí)間：由于從反應(yīng)管到質(zhì)譜檢測(cè)器有毛細(xì)管傳輸線(xiàn)，TCD信號(hào)和MS信號(hào)存在時(shí)間差，在數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析時(shí)必須進(jìn)行校準(zhǔn)。

9. 氣體干擾：注意不同氣體的碎片離子可能重疊，例如CO (m/z=28) 與N? (m/z=28) 會(huì)相互干擾，需通過(guò)其他碎片峰（如CO的m/z=12, 16）或使用高純氦氣作為載氣來(lái)區(qū)分。

10. 裝樣規(guī)范：將樣品管取下裝樣時(shí)，需帶紗布手套操作以防燙傷。

11. 質(zhì)譜儀開(kāi)機(jī)后泵不用關(guān)（可常年運(yùn)行），頻繁開(kāi)關(guān)會(huì)加速其不穩(wěn)，停電前務(wù)必提前關(guān)機(jī)，不要突然斷電，防止燈絲被燒壞。

12. 儀器檢漏：不要輕易移動(dòng)儀器，重裝毛細(xì)管或分子漏進(jìn)行檢漏時(shí)，使用He氣吹掃接口，查看He氣壓力信號(hào)進(jìn)行判斷。

13. 真空度異常：若儀器真空度超過(guò)10^-7 bar，儀器報(bào)錯(cuò)，說(shuō)明儀器堵塞了；如儀器真空度長(zhǎng)時(shí)間到不了10^-6 bar，說(shuō)明儀器漏氣，應(yīng)立即暫停運(yùn)行并查找原因。

14. 實(shí)時(shí)監(jiān)控：運(yùn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，密切監(jiān)控系統(tǒng)真空度、基線(xiàn)信號(hào)、泄漏檢查狀態(tài)等關(guān)鍵參數(shù)。發(fā)現(xiàn)異常（如壓力突變、基線(xiàn)過(guò)高、真空度變差）應(yīng)立即暫停運(yùn)行并查找原因。

15. 數(shù)據(jù)與衛(wèi)生：及時(shí)保存、備份和處理數(shù)據(jù)。清理實(shí)驗(yàn)臺(tái)面，取走自己的樣品和廢液，保持儀器周?chē)h(huán)境整潔。

二、 樣品制備及測(cè)試注意事項(xiàng)

1. 此測(cè)試已使用的樣品無(wú)法回收，若需回收，只能回收未使用的樣品；

2. 一般粉末或者顆粒狀樣品（粉末40-80目即可，不要太細(xì)），樣品質(zhì)量100-200mg；對(duì)于密度比較小的樣品，盡量制成顆粒，否則容易導(dǎo)致樣品在管內(nèi)堆積嚴(yán)重，氣流不穩(wěn)，造成信號(hào)波動(dòng)。

3. 塊狀、薄膜樣品氣體分子一般不宜擴(kuò)散到樣品里面；

4. 樣品需要充分干燥，同時(shí)提供樣品具體成分，樣品在整個(gè)過(guò)程必須穩(wěn)定，在測(cè)試過(guò)程中不與坩堝反應(yīng)，在測(cè)試溫度范圍內(nèi)不發(fā)生分解，樣品本身升溫過(guò)程中不能分解或產(chǎn)生其他氣體；若沒(méi)有測(cè)試過(guò)熱重?cái)?shù)據(jù)，可在送樣前自行在測(cè)試最高溫度下焙燒處理，保證樣品穩(wěn)定；

5. C材料、C₃N₄ 、MOF等材料或制備溫度低于測(cè)試溫度，需要提供TG； 酸根，含S、 F、 Cl 5%以下可以測(cè)，磺酸基團(tuán)不行； 堿性較強(qiáng)的材料，K₂O、Na₂CO₃ 、NaOH等，會(huì)腐蝕石英管反應(yīng)器，此類(lèi)材料無(wú)法測(cè)試；有機(jī)物/有機(jī)質(zhì)樣品在惰性氣氛下升溫時(shí)易分解成黏糊糊的油狀物，一般不接受此類(lèi)樣品；

6. 測(cè)試溫度必須低于樣品制備過(guò)程中處理溫度；常規(guī)測(cè)試起始溫度約50℃，數(shù)據(jù)采集溫度低于50℃請(qǐng)聯(lián)系我們；

7. 在TPD測(cè)試時(shí)，吸附氣體的濃度可不做要求，只要吸附飽和即可。

8、壓力為零：如果準(zhǔn)備氣、載氣和脈沖氣體為零、出現(xiàn)報(bào)警提醒時(shí)，務(wù)必檢查氣體鋼瓶是否打開(kāi)、管路是否漏氣，避免檢測(cè)器在無(wú)氣體吹掃下進(jìn)行。

主要配件及拓展功能（選填）

儀器操作指引：（選填）（操作指南文件或操作視頻二維碼）

第1步：開(kāi)機(jī)前檢查

（1）氣源檢查： 確認(rèn)所需準(zhǔn)備氣、載氣或脈沖氣體（He, Ar, H?, O?等）氣源充足，壓力正常，凈化器有效。。

（2）消耗品檢查： 檢查進(jìn)樣墊、襯管、O型圈是否完好，如需更換，在儀器未加熱前完成。

（3）工作站與硬件： 確認(rèn)電腦、儀器主機(jī)、化學(xué)吸附儀-電腦網(wǎng)口以及化學(xué)吸附-質(zhì)譜聯(lián)用信號(hào)線(xiàn)連接正常。

第2步：開(kāi)啟硬件與軟件

打開(kāi)氣體：打開(kāi)氣瓶主閥和減壓閥。

開(kāi)啟硬件：開(kāi)啟AutoChem和QGA電源，啟動(dòng)控制軟件。

開(kāi)啟機(jī)械泵，待真空度達(dá)標(biāo)后啟動(dòng)分子渦輪泵，等待QGA達(dá)到工作真空。

第3步：樣品裝載

從反應(yīng)器中小心取出樣品管。

稱(chēng)重并記錄空管重量（含石英棉）。

裝入適量樣品，再次稱(chēng)重，記錄樣品凈重。

將樣品管重新安裝回爐體，連接好氣路。

第4步：系統(tǒng)檢漏與吹掃

用惰性氣體（He/Ar）以一定流速吹掃系統(tǒng)，同時(shí)用QGA監(jiān)測(cè)m/z=18 (H?O), 28 (N?/CO), 32 (O?) 等，確認(rèn)系統(tǒng)無(wú)泄漏且本底良好。

第5步：方法設(shè)置與運(yùn)行

在AutoChem軟件中：編輯溫度程序，包括預(yù)處理、吸附、吹掃和程序升溫階段，設(shè)置TCD參數(shù)和氣路切換。

以NH₃-TPD為例，操作流程為：Prep:NH₃/He

Unit→import

File→New file→save file→edit

Experiment→insert→TPD

Prep: Gas: He 50 ml/min   Carrier: He 20 ml/min

Tem Ramp: 200 ℃ 60 min (200℃吹掃60 min)

Tem Ramp: 回到室溫

Change gas flow: Prep: NH₃/He 50 ml/min   Carrier: He 20 ml/min

Wait 120 min

Change gas flow: Prep gas: He 50 ml/min   Carrier/Reference: 50 ml/min

Wait 10 min

Wait 30 min

Wait :等到基線(xiàn)穩(wěn)定

Set outputs: ? DO1

Start recording

Tem Ramp: 800 ℃

Stop recording

Set outputs: □ DO1

Termination

在Hiden MASsoft軟件中：創(chuàng)建質(zhì)譜方法，選擇需要監(jiān)測(cè)的m/z列表，設(shè)置掃描速率、檢測(cè)器模式（法拉第杯/SEM）和電壓。

同步啟動(dòng)：確保兩個(gè)軟件的時(shí)間大致同步，然后啟動(dòng)AutoChem的運(yùn)行程序和QGA的數(shù)據(jù)采集程序。

第6步：數(shù)據(jù)分析

分別從AutoChem和MASsoft軟件中導(dǎo)出TCD數(shù)據(jù)和質(zhì)譜數(shù)據(jù)。

使用Origin、Igor等數(shù)據(jù)處理軟件，根據(jù)延遲時(shí)間對(duì)TCD和MS曲線(xiàn)進(jìn)行時(shí)間對(duì)齊。

綜合分析TCD的總體信號(hào)和MS的特定物種信號(hào)，進(jìn)行定性和定量解讀。

第7步：關(guān)機(jī)

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將系統(tǒng)溫度降至室溫，在載氣下持續(xù)吹掃。

關(guān)閉QMA的檢測(cè)器高壓和燈絲，待渦輪泵溫度降至安全范圍后關(guān)閉渦輪泵，最后關(guān)機(jī)械泵和前級(jí)泵。

關(guān)閉AutoChem加熱爐和所有氣體。