热重分析仪（TGA）与小分子质谱联用技术（TGA-MS）通过同步获取热力学行为与气体产物信息，为材料热解、分解过程提供了精准解析手段。以下从技术原理、典型应用场景及具体案例展开说明：

安益谱原位/在线小分子质谱仪 RGA 6500

一、技术原理：双模态数据融合

1. 热重分析（TGA）
• 在程序控温下，测量样品质量随温度的变化，生成热重曲线（TG曲线），定位关键温度节点。
• 典型应用：评估材料热稳定性、分解温度、氧化反应等。
2. 小分子质谱（MS）
• 采用电子轰击电离源（EI）将气体分子电离，通过四极杆质量分析器在m/z 10-500范围内扫描，以选择离子监测（SIM）模式靶向检测特征离子。
• 典型应用：鉴定挥发性产物（如CO₂、H₂O、烃类、含硫/氮化合物），灵敏度达ppb级。
3. 联用优势
• 时空同步性：TGA的质量变化曲线与MS的气体释放峰直接关联，避免离线采样导致的信号延迟或成分损失。
• 多参数关联：通过质量损失速率（DTG曲线）与气体释放强度的叠加分析，可推断反应路径，量化分解产物组成。

二、典型应用场景与案例

1. 高分子材料热解机制研究

• 应用对象：聚苯乙烯、聚乳酸等聚合物。
• 检测价值：
• 聚苯乙烯热解时，MS在350-450℃检测到苯乙烯（m/z 104）为主产物，对应TG曲线的主要失重台阶，证实解聚反应主导；500℃后出现甲苯（m/z 92），表明侧链断裂加剧。
• 相比单独TGA，可明确失重对应的化学物种，避免“只知失重不知成分”的局限。

2. 能源材料热稳定性评估

• 应用对象：锂电池正极材料（如三元材料）、生物质燃料。
• 检测目标：热失控过程中释放的CO、HF、VOCs等危险气体。

3. 环境污染物降解行为分析

• 应用对象：塑料垃圾、工业污泥的热处置过程。
• 检测价值：
• 监测热解过程中二噁英（m/z 320）、呋喃（m/z 134）等有毒气体的生成温度与浓度，优化焚烧工艺参数。
• 例如，聚氯乙烯（PVC）热解时，MS检测到HCl（m/z 36）释放，结合TG曲线分析脱HCl反应阶段，指导污染控制。

4. 食品添加剂热稳定性检测

• 应用对象：山梨酸钾等防腐剂。
• 检测价值：
• 通过TGA-MS联用，评估山梨酸钾在加热过程中的分解产物（如CO₂、烃类），验证其安全性。
• 例如，山梨酸钾在150℃开始分解，MS检测到CO₂（m/z 44）释放，结合TG曲线计算分解速率，为食品添加剂标准制定提供依据。

三、方法验证与性能优势

1. 灵敏度：MS部分灵敏度达ppb级，可检测痕量气体产物。
2. 时间同步性：TGA与MS数据采集时间偏差小于0.1秒，确保热重曲线与气体释放峰精准对应。
3. 精密度：重复性实验RSD≤5%，满足定量分析需求。
4. 特异性：通过NIST谱库匹配定性，外标法定量，避免基质干扰。

四、联用系统构成与核心配置

1. 热重分析部分：
• 核心组件：高精度天平（灵敏度0.1μg）、炉体加热系统、程序控温系统、气氛控制系统（如N₂、O₂）。
• 样品容器：铂金坩埚（耐高温、化学惰性）。
2. 质谱部分：
• 离子源：电子轰击电离源（EI），适合小分子碎片化分析。
• 质量分析器：四极杆质量分析器，覆盖m/z 1-650范围。
• 检测器：电子倍增器，放大离子信号。
3. 连接部分：
• 毛细管：耐高温石英传输线，将TGA逸出气体导入MS。
• 电加热套：防止气体冷凝，确保传输效率。

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