热裂解-在线真空紫外光电离质谱法研究固体物热裂解

为了实时、在线研究一些固体物质的热裂解产物,自行搭建了一套热裂解-在线真空紫外光电离质谱装置。利用真空紫外灯作为电离源,并结合垂直引入飞行时间质谱,初步研究了聚丙烯在400~600 ℃和卷烟烟丝在400~700 ℃热解时释放的气相产物。本实验不仅在线获得了一系列热解气相产物的光电离质谱图,还了解了各产物,如丙烯（m/z 42）、戊二烯（m/z 68）等在不同温度下随时间的变化曲线,从而获知热解反应的动态变化过程。结果表明,真空紫外光电离质谱法是研究固体物热裂解的重要手段,可以为研究热解动态变化和产物形成机理提供重要信息。     

在线热解-光电离质谱法研究Li2CO3对松木热解的影响

利用热重分析结合在线热解-光电离质谱法研究了Li₂CO₃对松木催化热解过程的影响。热重分析结果表明,Li₂CO₃的掺入能够使松木热解向低温区移动,且不会显著增加焦炭的产量。在线热解-光电离质谱研究结果表明,松木的3种组分,纤维素、半纤维素和木质素,对催化剂Li₂CO₃的响应不同：纤维素和半纤维素主要热解产物产量有下降趋势,而木质素主要热解产物产量却明显上升;松木主要热解产物的最大生成速率时间和温度都有不同程度的减小。本实验结果表明,热解产物对催化剂的不同响应与它们自身结构有密切关系,在松木热解过程中,Li⁺能降低含氧热解产物的C-O键能从而促进裂解。     

真空紫外光电离质谱研究稻壳和稻秆的热解

利用同步辐射真空紫外光电离质谱（SVUV PIMS）对稻壳和稻秆的热解过程进行了研究。通过改变光子能量,获得了随光子能量变化的质谱图,并鉴定了热解过程的主要产物。本工作测量了不同热解温度下的产物质谱图,并结合热重分析,对两种样品热解产物与温度的关系进行对比研究。稻壳与稻秆的热重曲线非常相近,但二者的产物质谱图却差异明显,主要表现在m/z 114和m/z 96等几种半纤维素产物丰度随温度变化的趋势不同。本工作还测量了若干特征产物随时间变化的谱图,结果表明,半纤维素在低温下就开始出现,且生成速度较快,而大部分的木质素分解速度较慢,温度区间也相对较宽,其分解伴随着整个热解过程。     

改性HTPE和HTPB的多谱学表征和热裂解机理研究

为研究端羟基聚丁二烯(HTPB)和端羟基聚醚(HTPE)黏合剂端基和主链改性对其热解特性的影响，本工作利用U型固定床热解反应器结合光电离质谱(SPI-MS)在线检测装置开展改性后黏合剂的热解实验。首先，采用红外光谱(FTIR)仪、核磁共振氢谱(¹H-NMR)仪和热重分析(TGA)仪表征和分析改性后黏合剂的结构和热解性能，再通过在线质谱实时动态分析改性黏合剂热解产物的组分变化，研究改性黏合剂的热解反应机理。结果表明，HTPB和HTPE的端基和主链改性后的黏合剂表现出不同的热稳定性，其中，主链改性对HTPB热解行为的影响大于端基改性，这2种改性方法都使热解过程中反应类型增多，进而导致产物种类增加。     

聚丙烯腈纤维热稳定化过程的光电离质谱研究

利用热解-单光子电离飞行时间质谱(Py-SPI-TOF MS)和热重-质谱(TG-MS)联用仪研究了聚丙烯腈（PAN）原丝在氮气和空气两种气氛下的热稳定化过程。结果表明,PAN原丝在发生热失重之前便已形成部分环化结构,随着温度的升高,PAN原丝在氮气气氛下呈现出2个热分解阶段：第1阶段为线型分子链的断裂以及含氮小分子的脱除,主要生成HCN、NH₃、丙烯腈单体、二聚体以及三聚体等热解产物;第2阶段为环化结构的热裂解,伴随着较多成环化合物和轻质烯烃的产生。而在空气气氛中,氧化作用有利于环化结构的形成和稳定,明显抑制了第2阶段的热分解。此外,较慢的升温速率也有助于环化结构的形成。依据光电离质谱实时在线的研究结果,证明了氧气和温控条件在PAN原丝热稳定化过程中具有关键性作用。     

葛根素的电喷雾电离裂解规律解析

利用电喷雾电离技术对葛根素的结构和质谱裂解规律进行研究,用Mass frontier3.0软件辅助解析了主要特征碎片离子及其裂解途径。结果发现,葛根素主要通过D环的糖苷碎裂而发生裂解,出现碎片m/z399、381、363、351、335、321。碎片m/z399裂解成碎片m/z381,碎片m/z381又裂解成碎片m/z363和351为ESI-MS裂解特征。     

超声雾化萃取大气压光电离质谱法快速分析烟草化学成分

随着烟草工业的发展，对烟草样品进行快速、准确和高灵敏度地分析检测已经成为烟草化学发展的必然趋势和产品研发的现实需求。本工作利用超声雾化萃取大气压光电离质谱（EAPPI-MS）技术，无需样品预处理和色谱分离，对1R5F、3R4F、都宝、七星和王冠5种卷烟烟丝中的化学成分进行直接、快速分析，鉴别出醇、酮、酸、酯、醛、酚、生物碱、氨基酸和萜类等46种物质。与传统的电喷雾电离液相色谱 质谱（LC-ESI-MS）法相比，EAPPI-MS具有无极性歧视、受基质效应影响小等优点，可检测出更加丰富的化学成分。经实验优化后，选取二氯甲烷-甲醇溶液（2∶3，V/V）为萃取溶剂，分别分析了5种卷烟烟丝中的主要生物碱、有机酸和酚类的相对含量，并研究了相对含量的差异与烟草品质之间的相关性。根据获取的EAPPI-MS质谱图，借助主成分分析法（PCA）对5种不同种类的卷烟烟丝实现了快速区分。该测试过程简单快速、定性定量准确，可用于烟叶和各种烟草制品化学成分的快速批量化测定。     

苯环壬酯及其代谢物的电子轰击和电喷雾电离质谱分析

采用电子轰击质谱（EI-MS）、电喷雾电离质谱（ESI-MS）两种技术分别对苯环壬酯结构和裂解途径进行了研究。采用ESI-MS获得m/z 358［M+H］⁺、156、342等质谱峰，并对大鼠尿中的代谢产物结构进行了确证；采用EI-MS获得m/z 357［M］^＋、138、175、154、215等质谱峰，并解释了其中的主要特征碎片离子。     

再造烟叶烟气中刺激性气味的关键化学组分研究

为研究再造烟叶烟气中刺激性气味的关键化学组分,本工作利用元素分析仪（EA）与电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）表征天然烟叶、再造烟叶以及基片,解析3种原料的化学组成差异。利用U型固定床热解反应器对3种原料进行热解实验,产生的气态产物先通过与固定床反应器出口相连的光电离质谱（SPI-MS）进行实时在线检测,同时结合气相色谱-质谱（GC-MS）的离线定性分析结果确定热解产物的具体组成。随后,采用主成分分析（PCA）法对谱图进行统计学分析,以区分3种原料热解后特征产物的质荷比（m/z）,选择含量显著差异的产物作为模型化合物,开展嗅辨实验。结果表明,再造烟叶烟气中刺激性气味的关键化学组分主要为环戊酮、环己酮和4-乙基苯酚。此外,根据产物随温度的实时变化谱,能够准确了解上述模型化合物在热解过程中的温度释放范围。该研究可为后续减少再造烟叶中刺激性气味提供数据支撑。     

在线光电离质谱结合GC/MS研究阻燃型聚氨酯的热解

本工作利用热重（TG）、气相色谱-质谱（GC/MS）以及在线光电离质谱法对聚氨酯硬泡（RPUF）和添加了阻燃剂聚磷酸铵（APP）与可膨胀石墨（EG）的RPUF的热解过程进行了研究。热重分析结果显示,3种材料的热降解过程均可分为两个阶段。GC/MS对3种材料热解产物的检测结果表明,APP的加入促使大量含氮多环芳烃生成,这些多环芳烃加速了高温下RPUF表面焦炭层的形成,有助于提高阻燃效果;而EG对于RPUF热解产物没有明显影响,说明EG是一种典型的物理膨胀型阻燃剂。在线光电离质谱的实验结果进一步验证了上述结论,并得出RPUF、RPUF/APP、RPUF/EG热解过程的两个阶段分别来自聚氨酯的初始热分解以及初始热解产物的二次分解。     

光电离质谱结合GC/MS研究棉麻织物的热解

选取生物质类固体废弃物中的棉麻织物作为研究对象,利用热重、同步辐射真空紫外光电离质谱以及气相色谱-质谱联用技术研究其在低压环境中的热解过程。热重分析结果显示,半纤维素和木质素在麻布中的含量高于棉布中的。结合产物的光电离质谱图以及气质联用仪的实验结果对主要产物进行了定性分析,并研究了热解产物随温度的变化趋势,发现500℃下棉布的热解产物最多,而麻布由于含有较多的半纤维素和木质素成分,表现出较宽的热解温区。此外,热解产物中乙醇醛的含量极低,证明了它是纤维素的二次分解产物。     

碳水化合物的热裂解气相色谱-质谱研究

探讨了在无氧条件下200～800℃温度范围内碳水化合物葡萄糖、果糖和蔗糖的热裂解行为,利用GC/MS定量和半定量测定其裂解产物,讨论了部分产物与裂解温度之间的关系。实验结果表明:温度低于600℃时裂解产物随温度的升高而变得复杂,蔗糖中有机酸的总量高于葡萄糖和果糖;700℃时对人体有害的苯系化合物生成,其相对含量随温度明显升高,葡萄糖、果糖中有机酸总量显著高于蔗糖;800℃时稠环类化合物明显增多。这些特征可为卷烟产品设计提供一定依据。     

裂解气相色谱-质谱法研究增塑剂邻苯二甲酸二丁酯的热降解

探讨了无氧条件,温度范围在500～750 ℃内邻苯二甲酸二丁酯(DBP)的热裂解行为,利用GC/MS定性测定其裂解产物,讨论部分产物与裂解温度之间的关系。实验结果表明：低于650 ℃时,邻苯二甲酸二丁酯的裂解产物主要为2-丁烯、1-丁醇、邻苯二甲酸酐和苯甲酸丁酯,并且随温度的升高裂解产物变得复杂;温度升高到700 ℃,邻苯二甲酸酐、苯甲酸丁酯进一步裂解成为分子质量更小的自由基,并发生稠环化反应,形成更稳定的菲、蒽等芳香族多环化合物。根据分析实验提供的裂解产物信息,增塑剂DBP在高温下裂解会产生多环芳烃污染物,而这些特性将为塑料热解再生利用过程中的环境保护提供一定的依据。     

在线光电离质谱研究茉莉花烘干过程香气成分的变化

使用自制低压光电离飞行时间质谱装置（VUV-PI-TOF MS）对茉莉鲜花烘焙过程中产生的香气成分进行实时、在线研究,获得了不同温度下的烘焙产物质谱图。实验还研究了茉莉鲜花在40~170 ℃升温烘焙过程中释放的香气成分的变化情况,获得了90、120、150 ℃下茉莉鲜花主要烘焙香气成分随时间的变化趋势。结果表明,过高和过低的温度均不利于茉莉花的烘焙品质。该研究结果可以将依赖于人的感官评审数据化、标准化和可视化,为茉莉花的工业生产提供指导。     

新型潜香化合物2,3-吡嗪二羧酸薄荷醇酯的热裂解分析

为开发高温释放型烟用香料添加剂,本研究以2,3-吡嗪二羧酸和薄荷醇为原料,N,N′-二环己基碳酰亚胺（DCC）为缩合剂,4-二甲氨基吡啶（DMAP）为催化剂,经酯化反应制备了新型潜香目标化合物2,3-吡嗪二羧酸薄荷醇酯。该化合物经X射线单晶衍射、核磁共振波谱（¹H NMR,¹³C NMR）、红外光谱（IR）和高分辨质谱（HRMS）表征后,结合同步热稳定性分析,采用在线热裂解 气相色谱/质谱（Py-GC/MS）法对裂解产物进行定性和半定量分析,并初步推测了其可能的裂解机理。结果表明：在主要热失重区间268.5~334.9 ℃范围内,目标化合物基本分解完全,熔融温度为140.9 ℃,裂解温度为315.9 ℃;共鉴定出目标化合物的46种裂解产物,主要有薄荷烯、薄荷醇和吡嗪等多种对烟草香味有重要作用的致香成分。该方法能够方便、快速地分离鉴定高温食品香料添加剂的热裂解产物,可为该添加剂在烟草中的加香应用提供理论参考。     

卷烟主流烟气中几种醛酮的光电离质谱研究

为了对卷烟主流烟气中的成分进行定性和定量检测,利用同步辐射光电离-飞行时间质谱装置,对卷烟主流烟气气相成分中的甲醛、乙烯酮、乙醛、丙醛和丙酮进行研究。通过实时获得烟气在不同光子能量下的质谱图,可以获得这些成分的质荷比信息;改变光子能量,对潜在的醛、酮质谱峰扫描光电离效率曲线,与其标准光电离曲线和电离能比对,可以进行准确的定性。     

麻浆卷烟纸热裂解行为研究

采用热失重(TG)和裂解气相色谱-质谱法(PyGC/MS)研究麻浆卷烟纸的热裂解行为,在氦气中,将麻浆卷烟纸分别在400、500、600、700、800和900 ℃下进行热裂解,并分别用两种色谱柱（PE Elites 5MS毛细管色谱柱和PE-Elites Wax毛细管色谱柱）对其裂解产物进行定性和半定量分析。结果发现,用两种色谱柱分析麻浆卷烟纸裂解产物,共检测出包括烯类、酮类、酸类、苯及其衍生物以及一些稠环芳烃等202种成分;随着裂解温度的增加,烯酮类的含量下降,而苯及其衍生物和稠环芳烃的含量逐渐增加。两种色谱柱分析出63种共同组分,5MS色谱柱分析出46种Wax色谱柱未分析出的裂解产物,Wax色谱柱则分析出93种5MS色谱柱未分析出的裂解产物,这主要是由于两种色谱柱的固定相类型和性质不同所导致的。