自动化学吸附仪的原理

仪器简介：安东帕康塔最新推出的 Chembet PULSAR TPR/TPD (p/n 02139-1) 代表了全自动流动法分析表征催化剂的最佳水平。新的 Pulsar 建筑于享誉世界的ChemBET 之上，并结合了Autosorb-1C/TCD 的全自动功能技术参数：性能指标： 样品站数： 2 (一个分析站和一个制备站) 滴定定量环：: 自动 &ndash 提供50, 100 和 250 µ l 定量环 (其它体积可选) 气体输入口： 5 (四个自动开关气路加定量/滴定气路， 6 (+载气气路（如果增加混合器选项）) 样品管：: 高温化学吸附U-形石英样品管，传统U-形石英管或硅化硼样品管 (Pyrex) 样品管旁路阀门：: 有 蒸汽冷阱: 有，(设于样品管和检测器之间，以去除杂质气) GC/质谱连接方式： 3 种(a: 在样品管后端 b: 在冷阱之后，检测器之前 c: 在检测器之后) 体积： 从1x10-3 cm3 到 1x102 cm3 最小比体积： 1x10-4 cm3/g 总表面积： 0.1 to 280 m2 比表面积：: 从0.01 m2/g 起，上限由最小称重准确性决定 孔体积 1x10-4 cm3 到 1.5x10-1 cm3 体积准确性: ± 1% 重现性： ? 0.5% 化学吸附气体： 典型气体 H2, O2, CO, NO, SO2, NH3 物理吸附气体： 典型气体 N2, Ar, Kr, CO2 （氦气为载气） 样品管体积： 1.5cm3 标准管, other sizes available 物理吸附冷阱：: 一般用液氮 冷阱制冷剂：: LN2/酒精, 干冰/丙酮，液氮等 受润材料： 不锈钢, PTFE, EP, 丁纳橡胶, 玻璃, 铼/钨, 金 制备温度： 用石英加热包到 450º C 用高温炉到Up to 1100º C TPR/TPD 加热速率： 1º C min-1 to 100oC min-1 (up to 500º C) 1º C min-1 to 50º C min-1 (up to 750º C) 1º C min-1 to 30º C min-1 (up to 1000º C) 1º C min-1 to 20º C min-1 (up to 1100º C) 温度准确度： ± 1 deg C 温度重复性： ± 1 deg C 高温炉控制： 通过软件. 样品热电偶： 在样品管内强制风冷系统： Yes 冷却时间（从最高温到100 deg C) : 30 分钟 体积和用电参数： 主机体积： 45cm x 63cm x 42cm (WxHxD) 主机重量： 24 kg. 操作温度： 15º C to 35º C 贮存温度： 0º C to 50º C 湿度范围： 20 - 80% (non-condensing) 电压： 100/120 & 220/240 V (ac). 电压频率： 50/60 Hz.主要特点： 安东帕康塔最新推出的 Chembet PULSAR TPR/TPD (p/n 02139-1) 代表了全自动流动法分析表征催化剂的最佳水平。新的 Pulsar 建筑于享誉世界的ChemBET 之上，并结合了Autosorb-1C/TCD 的全自动功能： - 最新TPRWIn PC操作和应用软件全自动程序化控制分析序列 - 全自动定量环注射器和自动进气阀用于脉冲滴定法分析金属面积和分散度测定 - 高温炉温度爬升既可用于程序升温实验，也可用于样品制备，两种方法都可通过强制空气高速流动使高温炉快速冷却。 - 保留了ChemBET 久经检验的TCD 检测器，具有极强的抗氧化和抗氨腐蚀的能力，稳定的电流控制保证了基线稳定性和重现性信号 - 具有最大化学兼容性的不锈钢管路是适用于广泛的气体。 - 标准高温石英样品池可内置热电偶，提供准确的样品温度测量。 - 内置数据采集卡和温度控制器

标准功能 / Standard Function ◆ 程序升温脱附（TPD）脱附动力学研究：全自动程序反应： ◆ 程序升温还原（TPR） ◆ 脱附活化能Ed ◆ 全自动循环寿命评价 ◆ 程序升温氧化（TPO） ◆ 脱附系数指前因子Ad ◆ 可编程多步骤反应 ◆ 程序升温表面反应（TPSR） ◆ 脱附级数n ◆ 多温度点全自动执行 ◆ 程序升温硫化（TPS） ◆ 多温度点全自动 ◆ 脉冲滴定技术参数 / Technical Parameter ◆ 加热炉数量：程序升温高温炉2个，室温~1200℃，互为备用； ◆ 加热炉降温方式：双电炉自动切换轮流工作+自动内部风冷； ◆ 程序升温速率：1℃/min-100℃/min； ◆ 分析气入口：12路； ◆ 质量流量控制器（MFC）：3路，支持3路混气化学吸附； ◆ 吸附质种类：各种非腐蚀性气体，腐蚀性气体，蒸汽等； ◆ 真空泵：标配，消除管路死体积残余气体对测试的影响； ◆ 蒸汽发生器：标配，可实现蒸气化学吸附； ◆ 冷阱：标配冷阱，去除水蒸气等低沸点成分对浓度检测影响； ◆ 脉冲滴定：具有，定量管0.5ml （标配） 、1ml、5ml； ◆ 测试压力： 标配常压，选配1Mpa/3Mpa/10Mpa； ◆ 双可燃气体报警器：实时监测不同区域，防止可燃气体泄漏； ◆ 样品管：石英U型样品管（自带温度参比管，提高测温精度）； ◆ 恒温系统：双重恒温（气路系统40~80℃，TCD系统60~110℃ ）； ◆ 外标进样：具有，进样器标配1ml，其他规格可选； ◆ TCD检测器双检测模式：可切换“高灵敏”和“宽量程”模式， 满足弱信号和强信号的测试需求； ◆ 检测系统：标配TCD，选配MS、红外；特征结构 / Characteristic Structure技术优势 / Technical Advantages ◆ 全自动测试：双加热炉自动切换，预处理完成后无需等待降温，直接切换另一个加热炉进行测试，测试过程无需人工干预； 专利名称：具有双加热炉自动切换装置的化学吸附仪 专利号：ZL202021370683.7 ◆ 真空法气路冲洗：仪器内置真空泵，相比常规气路冲洗，真空法去除死体积中残余气体更彻底高效，减小基线漂移，提高测试精度； 专利名称：一种具有抽真空去除管路残余气体功能的化学吸附仪 专利号：ZL20220485326.8 ◆ 温度参比管：温度传感器置于样品管的温度参比管中（温度传感器与样品处于相同的环境中），确保控温、测温的高精准性； 专利名称：带温度参比管的U形样品管 专利号：ZL202020228716.8 ◆ 自动风冷降温系统：风冷位设置风冷管和温度探测器，自动识别风冷位加热炉温度并自动开启风冷降温，为下一次测试做准备； 专利名称：具有内置风管降温结构加热炉的全自动化学吸附仪 专利号：ZL202021498649.8 ◆ 支持多步骤连续自动测试：全自动执行按照编辑好的多步测试方案，用于评价材料在复杂反应条件下的催化性能及化学吸附性能； ◆ 支持自动循环测试：预处理+测试自动循环进行，用于评价材料的寿命及化学吸附稳定性； ◆ 超低温恒温&超低温程序升温：无需选配超低温配置即可实现超低温测试； ◆ 默认高配置：默认配置包含蒸汽发生器、脉动滴定系统； ◆ 支持3种分析气体混合：3路分析气体MFC，支持3种分析气体混合测试； ◆ 可靠性高：国际化供应商体系，核心部件均采用原装进口；对比测试 / Comparative Testing低温测试 / Low Temperature Testing数据报告 / Data Report应用案例 / Application Case应用案例一： 图1和图2是分子筛样品在测试NH3的TPD时，同时连接TCD检测器和MASS在线质谱仪得到的测试结果。图1 TCD谱图 解读： 由图1可知，通常认为，在190℃、450℃、900℃出现了3个NH3的脱附峰；但对于900℃附近的脱附峰，若为NH3的脱附峰，则不符合该材料的特性和科研人员的分析预期。图2 MASS质谱图谱 解读： 由图2可知，在190℃和450℃出现两个较强的NH3的脱附峰，同时伴随有少量H2O的脱附；在900℃处较强的脱附峰不是TCD检测器认为的NH3的脱附峰，而是H2O的脱附峰，这符合材料在该温度点不会脱附NH3的特性。小结： ① 在NH3的TPD过程中，同时伴随着H2O的脱附，而不仅仅是NH3（水的来源可能来自样品中的晶格水）； ② TCD图谱中的190℃和450℃附近的脱附峰，为NH3和H2O的叠加；在900℃附近的脱附峰，为水的信号，而不是TCD图谱得到的疑似NH3； ③ TCD图谱中的190℃和450℃的脱附峰的峰顶附近的非正态的斜面，从质谱图谱中可得，其形成原因是NH3和H2O信号叠加造成（若为单组分信号，脱附峰将为较正态的峰形）。应用案例二： 图1和图2是同某负载型催化剂在测试NH3的TPD时，同时连接TCD检测器和MASS在线质谱仪得到的测试结果。图1 TCD谱图 解读： 由图1 TCD图谱可知，通常认为，在125℃、350℃、700℃有3个NH3的脱附峰出现，说明在以上温度分别有NH3从样品表面脱附。图2 MASS质谱图谱 解读： 由图2 质谱图谱可知，在125℃具有较强的NH3的脱附峰，同时在350℃出现一个较弱的NH3的脱附峰，其他位置均未发现NH3的脱附峰。另外，在240℃附近有H2O脱附峰出现，350℃附近有CO2的脱附峰出现，在300℃和700℃附近有CO的脱附峰出现。小结： 结合MASS在线质谱检测器谱图发现，TCD检测器图谱中在350℃出现的较强的脱附峰不不只有NH3，而是NH3、H2O、CO、CO2多种组分的混合气体的脱附峰；另外，在TCD检测器图谱中700℃的脱附峰也不是NH3的脱附峰，而是CO的脱附峰。 由以上内容可知，当催化剂在测试时可能存在较为复杂的反应时，只有TCD检测器是不够的，还需要连接在线质谱或红外，对可能产生的其他产物进行监测，从而得到更加丰富的测试信息。核心专利 / Core Patent专利名称：具有双加热炉自动切换装置的化学吸附仪 专利号：ZL 2020 2 1370683.7 保护点： ◆ 具有旋转或平移装置，实现两个加热炉的位置切换； ◆ 具有加热炉自动升降装置，通过自动上升实现加热炉的自动加载，通过自动下降实现加热炉的自动去除； ◆ 两个加热炉的位置切换和升降，由软件自动控制系统自动执行，无需人为干预； ◆ 两个加热炉由软件控制自动交替工作，一个执行加热，另一个进行冷却；◆ 两个加热炉互为备用，支持单加热炉工作。 专利名称：一种具有抽真空去除管路残余气体功能的化学吸附仪 专利号：ZL 2022 2 0485326.8 保护点： ◆ 仪器内置真空泵，可将管路死体积中残余气体抽出； ◆ 真空泵工作时将管路抽成负压状态，间隔一定时间打开、关闭测试气体，多次冲洗管路，进一步排出死体积中的残余气体； ◆ 提升测试气体纯度，消除了检测器由于残余气体干扰造成信号漂移； ◆ 消除管路残余气体对待测样品氧化、还原、腐蚀等损坏的可能性。 专利名称：具有内置风管降温结构加热炉的全自动化学吸附仪 专利号：ZL202021498649.8 保护点： ◆ 该加热炉，具有降温风管结构，采用流动气体（氮气或空气）带走热量，实现降温； ◆ 该加热炉，其降温风管插入加热炉内部，实现从加热炉内部快速降温； ◆ 该加热炉，设置了真空隔热层，降低了热量损耗，提高了能量效率，降低了炉体外表温度，增加了使用安全性。 专利名称：带温度传感器参比管的U形样品管 专利号：ZL202020228716.8 保护点： 1、在装样管旁增加温度参比管，温度传感器插入温度参比管中； 2、温度传感器与样品处于相同的环境中，使得测温更加精准； 专利名称：具有自动开合风冷降温结构的贝壳式加热炉的化学吸附仪 专利号：ZL 2020 2 1353191.7联用在线质谱 / Coupled with on-line mass spectrometer ◆ 在线质谱与化学吸附仪上的质谱接口（Mass spectrometry interface）连接； ◆ 对程序升温过程反应（TPSR）过程中的多种反应气体进行实时监测； ◆ 可获取反应气体实时浓度曲线，探究反应过程和反应机理； ◆ 在线质谱品牌：德国 INFICON； ◆ 在线质谱可选质量数：100amu、200amu、300amu（更多在线质谱参数请查阅在线质谱详细介绍“在线质谱链接”）联用红外 / Coupled with FT-IR ◆ 可选用测试气体附件，将FT-IR连接于化学吸附仪红外接口，化学吸附仪的反应气体通入气体池，实时监测催化反应过程中产生的多种气体，尤其是结构相似的气体，如同分异构体； ◆ 可选用测试固体附件，固体样品装于固体样品池中，样品池通入反应气体，控制不同升温或恒温过程，监测气固反应过程中样品表面官能团的种类、数量的变化，探究反应过程及反应机理； ◆ FT-IR品牌：美国 ThermoFisher ◆ 可选型号：Nicolet iS20，Nicolet Summit（原Nicolet iS5）

标准功能 / Standard Function ◆ 程序升温脱附（TPD）脱附动力学研究：全自动程序反应： ◆ 程序升温还原（TPR） ◆ 脱附活化能Ed ◆ 全自动循环寿命评价 ◆ 程序升温氧化（TPO） ◆ 脱附系数指前因子Ad ◆ 可编程多步骤反应 ◆ 程序升温表面反应（TPSR） ◆ 脱附级数n ◆ 多温度点全自动执行 ◆ 程序升温硫化（TPS） ◆ 多温度点全自动 ◆ 脉冲滴定技术参数 / Technical Parameter ◆ 加热炉数量：程序升温高温炉2个，室温~1200℃，互为备用； ◆ 加热炉降温方式：双电炉自动切换轮流工作+自动内部风冷； ◆ 程序升温速率：1℃/min-100℃/min； ◆ 分析气入口：12路； ◆ 质量流量控制器（MFC）：3路，支持3路混气化学吸附； ◆ 吸附质种类：各种非腐蚀性气体，腐蚀性气体，蒸汽等； ◆ 真空泵：标配，消除管路死体积残余气体对测试的影响； ◆ 蒸汽发生器：标配，可实现蒸气化学吸附； ◆ 冷阱：标配冷阱，去除水蒸气等低沸点成分对浓度检测影响； ◆ 脉冲滴定：具有，定量管0.5ml （标配） 、1ml、5ml； ◆ 测试压力： 标配常压，选配1Mpa/3Mpa/10Mpa； ◆ 双可燃气体报警器：实时监测不同区域，防止可燃气体泄漏； ◆ 样品管：石英U型样品管（自带温度参比管，提高测温精度）； ◆ 恒温系统：双重恒温（气路系统40~80℃，TCD系统60~110℃ ）； ◆ 外标进样：具有，进样器标配1ml，其他规格可选； ◆ TCD检测器双检测模式：可切换“高灵敏”和“宽量程”模式， 满足弱信号和强信号的测试需求； ◆ 检测系统：标配TCD，选配MS、红外；特征结构 / Characteristic Structure技术优势 / Technical Advantages ◆ 全自动测试：双加热炉自动切换，预处理完成后无需等待降温，直接切换另一个加热炉进行测试，测试过程无需人工干预； 专利名称：具有双加热炉自动切换装置的化学吸附仪 专利号：ZL202021370683.7 ◆ 真空法气路冲洗：仪器内置真空泵，相比常规气路冲洗，真空法去除死体积中残余气体更彻底高效，减小基线漂移，提高测试精度； 专利名称：一种具有抽真空去除管路残余气体功能的化学吸附仪 专利号：ZL20220485326.8 ◆ 温度参比管：温度传感器置于样品管的温度参比管中（温度传感器与样品处于相同的环境中），确保控温、测温的高精准性； 专利名称：带温度参比管的U形样品管 专利号：ZL202020228716.8 ◆ 自动风冷降温系统：风冷位设置风冷管和温度探测器，自动识别风冷位加热炉温度并自动开启风冷降温，为下一次测试做准备； 专利名称：具有内置风管降温结构加热炉的全自动化学吸附仪 专利号：ZL202021498649.8 ◆ 支持多步骤连续自动测试：全自动执行按照编辑好的多步测试方案，用于评价材料在复杂反应条件下的催化性能及化学吸附性能； ◆ 支持自动循环测试：预处理+测试自动循环进行，用于评价材料的寿命及化学吸附稳定性； ◆ 超低温恒温&超低温程序升温：无需选配超低温配置即可实现超低温测试； ◆ 默认高配置：默认配置包含蒸汽发生器、脉动滴定系统； ◆ 支持3种分析气体混合：3路分析气体MFC，支持3种分析气体混合测试； ◆ 可靠性高：国际化供应商体系，核心部件均采用原装进口；对比测试 / Comparative Testing低温测试 / Low Temperature Testing数据报告 / Data Report应用案例 / Application Case应用案例一： 图1和图2是分子筛样品在测试NH3的TPD时，同时连接TCD检测器和MASS在线质谱仪得到的测试结果。图1 TCD谱图 解读： 由图1可知，通常认为，在190℃、450℃、900℃出现了3个NH3的脱附峰；但对于900℃附近的脱附峰，若为NH3的脱附峰，则不符合该材料的特性和科研人员的分析预期。图2 MASS质谱图谱 解读： 由图2可知，在190℃和450℃出现两个较强的NH3的脱附峰，同时伴随有少量H2O的脱附；在900℃处较强的脱附峰不是TCD检测器认为的NH3的脱附峰，而是H2O的脱附峰，这符合材料在该温度点不会脱附NH3的特性。小结： ① 在NH3的TPD过程中，同时伴随着H2O的脱附，而不仅仅是NH3（水的来源可能来自样品中的晶格水）； ② TCD图谱中的190℃和450℃附近的脱附峰，为NH3和H2O的叠加；在900℃附近的脱附峰，为水的信号，而不是TCD图谱得到的疑似NH3； ③ TCD图谱中的190℃和450℃的脱附峰的峰顶附近的非正态的斜面，从质谱图谱中可得，其形成原因是NH3和H2O信号叠加造成（若为单组分信号，脱附峰将为较正态的峰形）。应用案例二： 图1和图2是同某负载型催化剂在测试NH3的TPD时，同时连接TCD检测器和MASS在线质谱仪得到的测试结果。图1 TCD谱图 解读： 由图1 TCD图谱可知，通常认为，在125℃、350℃、700℃有3个NH3的脱附峰出现，说明在以上温度分别有NH3从样品表面脱附。图2 MASS质谱图谱 解读： 由图2 质谱图谱可知，在125℃具有较强的NH3的脱附峰，同时在350℃出现一个较弱的NH3的脱附峰，其他位置均未发现NH3的脱附峰。另外，在240℃附近有H2O脱附峰出现，350℃附近有CO2的脱附峰出现，在300℃和700℃附近有CO的脱附峰出现。小结： 结合MASS在线质谱检测器谱图发现，TCD检测器图谱中在350℃出现的较强的脱附峰不不只有NH3，而是NH3、H2O、CO、CO2多种组分的混合气体的脱附峰；另外，在TCD检测器图谱中700℃的脱附峰也不是NH3的脱附峰，而是CO的脱附峰。 由以上内容可知，当催化剂在测试时可能存在较为复杂的反应时，只有TCD检测器是不够的，还需要连接在线质谱或红外，对可能产生的其他产物进行监测，从而得到更加丰富的测试信息。核心专利 / Core Patent专利名称：具有双加热炉自动切换装置的化学吸附仪 专利号：ZL 2020 2 1370683.7 保护点： ◆ 具有旋转或平移装置，实现两个加热炉的位置切换； ◆ 具有加热炉自动升降装置，通过自动上升实现加热炉的自动加载，通过自动下降实现加热炉的自动去除； ◆ 两个加热炉的位置切换和升降，由软件自动控制系统自动执行，无需人为干预； ◆ 两个加热炉由软件控制自动交替工作，一个执行加热，另一个进行冷却；◆ 两个加热炉互为备用，支持单加热炉工作。 专利名称：一种具有抽真空去除管路残余气体功能的化学吸附仪 专利号：ZL 2022 2 0485326.8 保护点： ◆ 仪器内置真空泵，可将管路死体积中残余气体抽出； ◆ 真空泵工作时将管路抽成负压状态，间隔一定时间打开、关闭测试气体，多次冲洗管路，进一步排出死体积中的残余气体； ◆ 提升测试气体纯度，消除了检测器由于残余气体干扰造成信号漂移； ◆ 消除管路残余气体对待测样品氧化、还原、腐蚀等损坏的可能性。 专利名称：具有内置风管降温结构加热炉的全自动化学吸附仪 专利号：ZL202021498649.8 保护点： ◆ 该加热炉，具有降温风管结构，采用流动气体（氮气或空气）带走热量，实现降温； ◆ 该加热炉，其降温风管插入加热炉内部，实现从加热炉内部快速降温； ◆ 该加热炉，设置了真空隔热层，降低了热量损耗，提高了能量效率，降低了炉体外表温度，增加了使用安全性。 专利名称：带温度传感器参比管的U形样品管 专利号：ZL202020228716.8 保护点： 1、在装样管旁增加温度参比管，温度传感器插入温度参比管中； 2、温度传感器与样品处于相同的环境中，使得测温更加精准； 专利名称：具有自动开合风冷降温结构的贝壳式加热炉的化学吸附仪 专利号：ZL 2020 2 1353191.7联用在线质谱 / Coupled with on-line mass spectrometer ◆ 在线质谱与化学吸附仪上的质谱接口（Mass spectrometry interface）连接； ◆ 对程序升温过程反应（TPSR）过程中的多种反应气体进行实时监测； ◆ 可获取反应气体实时浓度曲线，探究反应过程和反应机理； ◆ 在线质谱品牌：德国 INFICON； ◆ 在线质谱可选质量数：100amu、200amu、300amu（更多在线质谱参数请查阅在线质谱详细介绍“在线质谱链接”）联用红外 / Coupled with FT-IR ◆ 可选用测试气体附件，将FT-IR连接于化学吸附仪红外接口，化学吸附仪的反应气体通入气体池，实时监测催化反应过程中产生的多种气体，尤其是结构相似的气体，如同分异构体； ◆ 可选用测试固体附件，固体样品装于固体样品池中，样品池通入反应气体，控制不同升温或恒温过程，监测气固反应过程中样品表面官能团的种类、数量的变化，探究反应过程及反应机理； ◆ FT-IR品牌：美国 ThermoFisher ◆ 可选型号：Nicolet iS20，Nicolet Summit（原Nicolet iS5）