助力“双碳”，二氧化碳还原产物分析及温室气体分析 GCMS 解决方案
时间：2022-12-19 阅读：734
在 2020 年 9 月 22 日联合国大会上，中国政府庄严承诺将于 2030 年实现碳达峰，2060 年实现碳中和。在“双碳”目标的牵引下，相关行业不仅积极推进产业链布局，而且持续加强在科研领域的投入。这其中二氧化碳作为工业活动和温室气体的主要标志物，对其进行有效监测和进行绿色转化研究是两项非常重要的工作。
围绕这两项工作，就会涉及对二氧化碳的还原气体产物（H2、O2、CO、CH4、C2H4 等）和温室气体（CO2、CH4、N2O 、SF6 等）各种气体的检测。安捷伦作为色谱行业领导者，所推出的一系列基于阀切换技术的完整气相色谱解决方案已经为相关研究人员和环境监测工作者提供了强有力的支持。然而在进行诸如二氧化碳还原同位素溯源产物及还原转化率研究时，由于同位素标记的化合物和非标记化合物在色谱柱上无法分离，此时高灵敏度 GCMS 就成了解决此类难题的不二之选。
安捷伦使用配置高效离子源（HES）的 5977 质谱开发的一次进样同时检测多种气体的分析方案有独到的优势：
1. 分析范围宽，且实现所有化合物的分离
此方案所分析的目标物包括常见二氧化碳还原产物、常见温室气体、部分永久性气体共 10 种化合物（CO2、CO、CH4、C2H4、N2O、SF6、H2、O2、N2、Ar），所有化合物除 O2、Ar 外均实现色谱分离，而氧气、氩气虽然共流出，但可通过质谱实现分离（碎片离子不一致）。关于氢气的检测，可以经优化后在低能量模式下进行检测。
图 1 . 常规 70eV 电离模式下除 H2 以外的检测总离子流图，浓度 5ppm(V/V)
图 2 . 低能量模式下，包含 H2 的检测总离子流图，浓度 5ppm(V/V)
图 3 . 低能量模式下，10 种气体的提取离子流图，浓度 5ppm(V/V)
2. 灵敏度高
本方案使用的配备高效离子源（HES）的 5977 质谱检测灵敏度高，部分化合物最低检测浓度可低于 10ppb（V/V）以下。关于氢气的检测下限，经优化后在低能量模式下，最低检测浓度可至 500ppb(V/V)。
图 4 . CH4、C2H4、CO 三种气体在 10ppb(V/V) 下的提取离子色谱图，以及浓度范围 10~5000ppb(V/V) 标准曲线
图 5 . 低能量模式下，500ppb(V/V) H2 的检测结果
3. 重现性好
图 6 . 低能量模式下，5ppm(V/V) 标气连续进样 8 针，所有气体色谱峰几乎完全重叠
图 7 . 低能量模式下，500ppb(V/V) 浓度 H2 连续进样 8 针的重叠色谱图，峰面积 RSD 为 6%
图 8 . 常规 70eV 电离模式下混合标气稀释至 25ppb(V/V)，连续进样 8 针，部分化合物提取离子流图的重叠色谱图（峰面积 RSD 在 0.7 ~ 4.9% 之间）。
4.集成颗粒捕集技术的 PLOT 柱，完美适配 GCMS
方案配备了专有的集成颗粒捕集技术的多孔层开管柱，完美适配 GCMS ——传统的 PLOT 柱使用时可能会有一定的固定相颗粒脱落，颗粒脱落除了会造成毛刺峰影响分析以外还可能会损伤阀以及气路控制模块等，另外脱落的颗粒对质谱也是十分危险。安捷伦专有的集成颗粒捕集阱的 PLOT 一体柱，柱两端各内置 2.5m 的颗粒捕集阱。可有效地粘粘流失颗粒，并且适配反吹，进样口和质谱检测器两端可同时保护。
图 9 . 集成颗粒捕集技术色谱柱示意图
5.方案配置灵活多变
该方案还可根据客户的实际需求进行调整以拓展分析范围，另外可选择加配反吹装置，来反吹 H2O 等组分。
结语
综上所述，安捷伦此次推出的 GCMS 气体检测方案，可适用于二氧化碳还原常见的产物气体分析以及常见的温室气体分析，并适用于常见的永久性气体分析，不需要额外加配常规的气相检测器（FID、ECD、TCD 等），灵敏度高，重现性好，并且配置可根据客户实际情况定制化调整，以拓宽分析范围。