天游线路检测中心 使用TG-MS研究抗氧化剂的热分解行为 - 介绍使用TG-TOFMS系统进行精确质量分析的示例 -

简介

热重分析（TG）是一种可以测量样品加热过程中的重量变化并获得样品热物理性质的方法。通过将TG与质谱仪（MS）连接，可以对重量变化时产生的有机物质进行定性分析。四极杆质谱仪 (QMS) 是一种小型通用设备，通常用于 TG-MS，但 QMS 的质量分辨率较低，无法使用精确的质量测量来计算观察到的离子的组成。
这次，我们使用能够进行高分辨率和精确质量分析的飞行时间质谱仪 (TOFMS)，利用 TG-TOFMS 研究了抗氧化剂的热分解行为。

测量条件

本次使用的TG-TOFMS的概览照片如图1所示。
TG使用NETZSCH公司制造的同时热重/差热分析仪STA2500Regulus，TOFMS使用JEOL公司制造的飞行时间质谱仪JMS-T200GC。本次的测定条件如表1所示。恒温槽使用GC烘箱，温度固定在350℃。

图1：TG-TOFMS系统

表1 测量条件
[ TG-TOFMS 条件 ]

系统	JMS-T200GC (JEOL)、STA2500Regulus(NETZSCH)
炉温	50℃→10℃/分钟→650℃
传输线温度。	400°C
大气气流	He，100mL/min（开放式分流系统）
电离模式	EI+：70eV，300μA PI+：D2灯：115 - 400 nm (108eV@115nm)
m/z范围	m/z 35-1,200

结果

市售抗氧化剂的TG-EI-TOFMS测量结果如图2所示。在图2上段所示的TIC中，在经过时间38分钟附近观察到宽峰。 TG温度约为350～450℃，可知本次测定的抗氧化剂在该温度范围内发生热分解。
接下来，我们尝试对热分解产生的化合物进行定性分析。图2的下半部分显示了EI质谱。在没有进行色谱分离的TG-MS数据中，多种成分同时电离，并且由于EI法是硬电离法，因此观察到许多分子离子和碎片离子，因此难以直接分析热分解产物。因此，这次我们尝试使用软电离法PI来分析抗氧化剂的热分解产物，该方法产生的碎片离子比EI法少，并且可以更容易地观察分子离子。 TG-PI-TOFMS测量结果如图3所示。
PI 质谱是一种简单质谱，其碎片离子比 EI 质谱少。表2显示了在PI质谱中观察到的高强度的三种离子（图3中用★标记）的精确质量分析结果。用 PI 观察m/z166、222和278是不饱和度数为5的化合物，由C、H和O组成。由以上结果推测，这些抗氧化剂具有抗氧化剂的主结构的一部分被除去且分子量降低的结构。预测的结构式如图4所示。
抗氧化剂的TG/DTA曲线并在PI质谱中观察到m/z166、222和278的EIC色谱图如图5所示。m/z166 为 4206°C，m/z222 为 3997°C，m/z278在3821℃处观察到峰顶。结果发现，在低温下检测到质量大的成分，在高温下检测到质量小的成分。

图2：TG-EI-TOFMS数据：
TIC 色谱图和 EI 质谱

图3：TG-PI-TOFMS数据：
TIC 色谱图和 PI 质谱

表2 PI精确质量分析结果

图4：建议的结构式m/z166、222 和 278。

图5：PI质谱中三种离子的TG/DTA曲线和EIC色谱图（图3，★）

摘要

TG-MS不具有色谱分离功能，通过将表征TOFMS的软电离方法与精确质量分析相结合，可以对同时观察到的多种成分进行定性分析。 TG-TOFMS 被认为是对合成聚合物基础材料和添加剂进行详细热分析和分析的强大分析工具。

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