CN106546656A - 一种化学电离直链烷烃的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种化学电离直链烷烃的方法,所述方法包括:(1)采用物理化学法对金属进行处理使其产生单核金属离子;(2)使用缓冲气体将步骤(1)所述的单核金属离子载入反应管;(3)调节待测气态直链烷烃的瞬间压力并送入步骤(2)所述的反应管,气态直链烷烃与单核金属离子在反应管中反应生成电离产物;(4)将步骤(3)所述的电离产物送入检测器进行检测。此方法使后过渡金属产生的单核后过渡金属离子与气态直链烷烃在一定压力条件的缓冲气体中发生化学反应,不仅能够产生可以反映直链烷烃母体分子量的产物离子,而且反应效率极高,可达到无碎裂且高效化学电离直链烷烃的目的。
Description
技术领域
本发明涉及烷烃分析方法,具体地说,涉及一种化学电离直链烷烃的方法。
背景技术
由于烷烃(CnH2n+2)极性弱、没有官能团和碳链易断裂的特点,烷烃的离子化一直以来都面临着巨大的挑战。常见的电离源,包括电子轰击电离(EI)、电喷雾电离(ESI)、大气压光致电离(APPI)等,都不适于烷烃的离子化,它们或者不能离子化烷烃,或者导致烷烃分子严重碎裂。而化学电离作为一种软电离方法,通过选择活性合适的试剂离子与烷烃反应,可在烷烃离子化的同时保证烷烃不碎裂,即形成能够反映烷烃分子量的产物离子,可用于烷烃的化学电离质谱分析。常用于大气挥发性有机物检测的试剂离子为H3O+,由于短链烷烃的质子亲和能小于H2O,以H3O+为试剂离子的质子转移反应不适用于电离烷烃。除此之外,人们还尝试开发了其他试剂离子,比如CH5 +,O2 +,N+,N2 +,(CH3)2O+,CF3 +,CS2 +和C6H6 +等,但是它们或者导致烷烃碎裂,或者不与烷烃反应,也不能用于烷烃的化学电离检测。
为了寻找合适的试剂离子,过渡金属离子或配体保护的过渡金属离子与直链烷烃的气相反应引起了人们越来越多的关注。与上述主族元素离子不同的是,配体保护的过渡金属离子如ClMn2 +(等人,Int.J.Mass Spectrom.2015,378,第206-211页)、CpCo+(Cp=Cyclopentadienyl)(等人,Anal.Chem.2005,77,第7916-7923页)和ClMn(H2O)+(等人,J.Am.Chem.Soc.2007,129,第9266-9277页),可与直链烷烃反应,发生吸附、置换或者氧化脱氢反应,并产生能够反映烷烃分子量的产物离子。同样,单核过渡金属离子也可与烷烃发生类似的反应形成可反映烷烃分子量的产物离子,此外,单核过渡金属离子相对于配体保护的过渡金属离子具有易制备的优点,可作为一种潜在的化学电离直链烷烃的试剂离子,但是仍然存在着一系列的问题尚未解决。比如前过渡金属离子Mn+(等人,Int.J.Mass Spectrom.2015,378,第206-211页)虽然能够与烷烃发生反应,生成吸附烷烃的产物离子,但通常情况下,形成吸附产物的反应效率很低,不利于化学电离浓度较低的烷烃;比如前过渡金属V+(Freiser等人,J.Am.Chem.Soc.1986,108,第1120-1126页)与烷烃反应,产物离子不唯一,并且烷烃碎裂,不能形成单一的反映烷烃的母体分子量的产物离子。
有鉴于此,特提出本发明。
发明内容
本发明旨在提供一种化学电离直链烷烃的方法,采用单核后过渡金属离子作为化学电离直链烷烃的试剂离子,达到高效并且无碎裂地电离直链烷烃的目的。
为实现上述目的,具体采用如下技术方案:
一种化学电离直链烷烃的方法,所述方法包括如下步骤:
(1)采用物理化学法对金属进行处理使其产生单核金属离子;
(2)使用缓冲气体将步骤(1)所述的单核金属离子载入反应管;
(3)调节待测气态直链烷烃的瞬间压力并送入步骤(2)所述的反应管,气态直链烷烃与单核金属离子在反应管中反应生成电离产物;
(4)将步骤(3)所述的电离产物送入检测器进行检测。
本申请选取了化学活性合适的单核金属正离子为试剂离子,与直链烷烃发生化学反应,不仅能够高效离子化烷烃,还能保证烷烃不碎裂,直接形成能够反映烷烃分子量的唯一的产物离子。
根据上述方法:所述步骤(3)中在送入待测气态直链烷烃之后调节反应管中的压强大于50Pa。
根据上述方法:所述步骤(3)中在送入待测气态直链烷烃之后调节反应管中的压强大于50Pa并且小于2000Pa。
根据上述方法:所述步骤(3)中在送入待测气态直链烷烃之后调节反应管中的压强大于500Pa并且小于1800Pa。
根据上述方法:所述金属为过渡金属元素,所述单核金属离子为单核过渡金属离子。
根据上述方法:所述过渡金属为后过渡金属元素,所述单核过渡金属离子为单核后过渡金属离子,所述后过渡金属为锇、钴、钌、银、镍、金、钯、铜、铑、铁、铱或铂中的一种。
单核过渡金属离子相对于配体保护的过渡金属离子具有易制备的优点,并且单核过渡金属离子与直链烷烃反应较快,反应效率高于99%,随着缓冲气体压力的变化,产物离子也会发生相应的变化。但使用单核过渡金属离子还存在的问题有:一些单核过渡金属离子与烷烃反应,形成的产物离子不唯一,甚至烷烃碎裂,不能形成单一的反映烷烃的母体分子量的产物离子。
本申请选用后过渡金属作为反应金属,在电离烷烃的过程中,后过渡金属离子与烷烃发生氢负离子转移反应,而前过渡金属Mn+与烷烃则是发生吸附反应。因此,采用后过渡金属的方案并不是对采用前过渡金属方案的简单替换,在实际操作过程中,需要严格控制缓冲气体的压力条件才可以得到稳定可检测的产物离子。
本发明的工作人员发现当反应区缓冲气体压力高于50Pa时,碎片离子完全消失,直链烷烃不再碎裂,只形成能够反映烷烃分子量的电离产物,从而达到无碎裂且高效化学电离直链烷烃的目的。当缓冲气体压力在10Pa和50Pa之间,电离产物是母体产物离子和碎片离子,即一部分烷烃不碎裂,一部分烷烃碎裂;而当缓冲气体压力小于10Pa时电离产物均为碎片离子,无法表征烷烃母体。
根据上述方法:所述物理化学法包括激光溅射、磁控溅射或弧光放电,优选为激光溅射。
根据上述方法:所述缓冲气体为不与直链烷烃及其电离产物反应的惰性气体,所述不与直链烷烃及其电离产物反应的惰性气体为氦气、氩气和氮气中的一种或几种。
采用不与直链烷烃反应的惰性气体作为缓冲气体,可以防止其与直链烷烃或与直链烷烃的电离产物发生作用,避免进入检测器的产物离子掺入杂质从而影响最终检测结果。
根据上述方法:所述的直链烷烃为气态直链烷烃,优选碳原子数为7~12的直链烷烃。
根据上述方法:所述检测器为飞行时间质谱、四极杆质谱或傅里叶变换离子回旋共振质谱,优选为飞行时间质谱。
根据上述方法:所述电离产物为完全反映对应直链烷烃分子量的烷基正离子。
本发明内容的优点在于,选取一种特定的化学活性合适的单核后过渡金属正离子为试剂离子,与直链烷烃发生化学反应,在高效离子化烷烃的同时,保证烷烃不碎裂,直接形成能够反映烷烃分子量的产物离子,本发明在实践中可作为一种直链烷烃的化学电离源,不仅可用于直链烷烃的无碎裂化学电离质谱的分析,还可用于汽油中直链烷烃成分的直接检测分析。
附图说明
图1所示为C7H16、C8H18、C9H20和C10H22四种气态烷烃各自的电离产物质谱图。
图2所示为待测气体是C7H16和C10H22混合的电离产物质谱图。
图3所示为待测气体是C7H16、C8H18和C10H22混合的电离产物质谱图。
图4所示为待测气体是C7H16、C8H18、C9H20和C10H22混合的电离产物质谱图。
图5为实施例25的电离产物质谱图。
图6为对比例1的电离产物质谱图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述,这些实施例不能理解为限制本发明所要求保护的范围。
实施例1
本实施例是直链烷烃在化学电离质谱分析中的应用,是在配有脉冲激光溅射和快速流动反应管的反射式飞行时间质谱装置中完成的,具体步骤如下:
(1)采用Nd3+:YAG激光器的二倍频光532nm脉冲激光(10Hz),聚焦到平动和转动的后过渡金属靶材钯上产生钯单核正离子;
(2)产生的钯离子在由第一脉冲阀控制的高纯(99.999%)氦气He(5atm)的载带下,经过直径为2mm,长度为25mm的细管冷却后,进入内径为2mm,出口直径为1mm,长度为60mm的快速流动反应管中;
(3)利用第二个脉冲阀分别将每一种气态直链烷烃(C7~C10)通入到快速流动反应管中,且烷烃气体的瞬间压力约为0.1~1Pa,快速流动管中的瞬间总压强(T=298K)大于50Pa并且小于500Pa;
(4)在快速流动反应管中反应后,产物离子和未反应的钯离子从反应管中飞出,经过锥形喷嘴(直径为2mm)被反射式飞行时间质谱仪检测。
所得检测结果基本如图1所示。
实施例2
本实施例是直链烷烃在化学电离质谱分析中的应用,是在配有脉冲激光溅射和快速流动反应管的反射式飞行时间质谱装置中完成的,具体步骤如下:
(1)采用Nd3+:YAG激光器的二倍频光532nm脉冲激光(10Hz),聚焦到平动和转动的后过渡金属靶材铂上产生铂单核正离子;
(2)产生的铂离子在由第一脉冲阀控制的高纯(99.999%)氦气He(5atm)的载带下,经过直径为2mm,长度为25mm的细管冷却后,进入内径为2mm,出口直径为1mm,长度为60mm的快速流动反应管中;
(3)利用第二个脉冲阀分别将每一种气态直链烷烃(C7~C10)通入到快速流动反应管中,且烷烃气体的瞬间压力约为0.1~1Pa,快速流动管中的瞬间总压强(T=298K)大于800Pa并且小于1200Pa;
(4)在快速流动反应管中反应后,产物离子和未反应的铂离子从反应管中飞出,经过锥形喷嘴(直径为2mm)被反射式飞行时间质谱仪检测。
所得检测结果基本如图1所示。
实施例3
本实施例是直链烷烃在化学电离质谱分析中的应用,是在配有脉冲激光溅射和快速流动反应管的反射式飞行时间质谱装置中完成的,具体步骤如下:
(1)采用Nd3+:YAG激光器的二倍频光532nm脉冲激光(10Hz),聚焦到平动和转动的后过渡金属靶材金上产生金单核正离子;
(2)产生的金离子在由第一脉冲阀控制的高纯(99.999%)氦气He(5atm)的载带下,经过直径为2mm,长度为25mm的细管冷却后,进入内径为2mm,出口直径为1mm,长度为60mm的快速流动反应管中;
(3)利用第二个脉冲阀分别将每一种气态直链烷烃(C7~C10)通入到快速流动反应管中,且烷烃气体的瞬间压力约为0.1~1Pa,快速流动管中的瞬间总压强(T=298K)大于1000Pa并且小于1500Pa;
(4)在快速流动反应管中反应后,产物离子和未反应的金离子从反应管中飞出,经过锥形喷嘴(直径为2mm)被反射式飞行时间质谱仪检测。
所得检测结果基本如图1所示。
实施例4
本实施例是直链烷烃在化学电离质谱分析中的应用,是在配有脉冲激光溅射和快速流动反应管的反射式飞行时间质谱装置中完成的,具体步骤如下:
(1)采用Nd3+:YAG激光器的二倍频光532nm脉冲激光(10Hz),聚焦到平动和转动的后过渡金属靶材银上产生银单核正离子;
(2)产生的银离子在由第一脉冲阀控制的高纯(99.999%)氦气He(5atm)的载带下,经过直径为2mm,长度为25mm的细管冷却后,进入内径为2mm,出口直径为1mm,长度为60mm的快速流动反应管中;
(3)利用第二个脉冲阀分别将每一种气态直链烷烃(C7~C10)通入到快速流动反应管中,且烷烃气体的瞬间压力约为0.1~1Pa,快速流动管中的瞬间总压强(T=298K)大于1800Pa并且小于2000Pa;
(4)在快速流动反应管中反应后,产物离子和未反应的银离子从反应管中飞出,经过锥形喷嘴(直径为2mm)被反射式飞行时间质谱仪检测。
所得检测结果基本如图1所示。
实施例5
本实施例是直链烷烃在化学电离质谱分析中的应用,是在配有脉冲激光溅射和快速流动反应管的反射式飞行时间质谱装置中完成的,具体步骤如下:
(1)采用Nd3+:YAG激光器的二倍频光532nm脉冲激光(10Hz),聚焦到平动和转动的后过渡金属靶材锇上产生锇单核正离子;
(2)产生的锇离子在由第一脉冲阀控制的高纯(99.999%)氩气Ar(5atm)的载带下,经过直径为2mm,长度为25mm的细管冷却后,进入内径为2mm,出口直径为1mm,长度为60mm的快速流动反应管中;
(3)利用第二个脉冲阀分别将每一种气态直链烷烃(C7~C10)通入到快速流动反应管中,且烷烃气体的瞬间压力约为0.1~1Pa,快速流动管中的瞬间总压强(T=298K)大于50Pa并且小于300Pa;
(4)在快速流动反应管中反应后,产物离子和未反应的锇离子从反应管中飞出,经过锥形喷嘴(直径为2mm)被反射式飞行时间质谱仪检测。
所得检测结果基本如图1所示。
实施例6
本实施例是直链烷烃在化学电离质谱分析中的应用,是在配有脉冲激光溅射和快速流动反应管的反射式飞行时间质谱装置中完成的,具体步骤如下:
(1)采用Nd3+:YAG激光器的二倍频光532nm脉冲激光(10Hz),聚焦到平动和转动的后过渡金属靶材铱上产生铱单核正离子;
(2)产生的铱离子在由第一脉冲阀控制的高纯(99.999%)氦气He(5atm)的载带下,经过直径为2mm,长度为25mm的细管冷却后,进入内径为2mm,出口直径为1mm,长度为60mm的快速流动反应管中;
(3)利用第二个脉冲阀分别将每一种气态直链烷烃(C7~C10)通入到快速流动反应管中,且烷烃气体的瞬间压力约为0.1~1Pa,快速流动管中的瞬间总压强(T=298K)大于1400Pa并且小于1700Pa;
(4)在快速流动反应管中反应后,产物离子和未反应的铱离子从反应管中飞出,经过锥形喷嘴(直径为2mm)被反射式飞行时间质谱仪检测。
所得检测结果基本如图1所示。
实施例7
本实施例是直链烷烃在化学电离质谱分析中的应用,是在配有脉冲激光溅射和快速流动反应管的反射式飞行时间质谱装置中完成的,具体步骤如下:
(1)采用Nd3+:YAG激光器的二倍频光532nm脉冲激光(10Hz),聚焦到平动和转动的后过渡金属靶材金上产生金单核正离子;
(2)产生的金离子在由第一脉冲阀控制的高纯(99.999%)氦气He(5atm)的载带下,经过直径为2mm,长度为25mm的细管冷却后,进入内径为2mm,出口直径为1mm,长度为60mm的快速流动反应管中;
(3)利用第二个脉冲阀将两种气态直链烷烃(C7和C10)混合通入到快速流动反应管中,且烷烃气体的瞬间压力约为0.1~1Pa,快速流动管中的瞬间总压强(T=298K)大于50Pa并且小于500Pa;
(4)在快速流动反应管中反应后,产物离子和未反应的金离子从反应管中飞出,经过锥形喷嘴(直径为2mm)被反射式飞行时间质谱仪检测。
所得检测结果基本如图2所示。
实施例8
本实施例是直链烷烃在化学电离质谱分析中的应用,是在配有脉冲激光溅射和快速流动反应管的反射式飞行时间质谱装置中完成的,具体步骤如下:
(1)采用Nd3+:YAG激光器的二倍频光532nm脉冲激光(10Hz),聚焦到平动和转动的后过渡金属靶材钯上产生钯单核正离子;
(2)产生的钯离子在由第一脉冲阀控制的高纯(99.999%)氦气He(5atm)的载带下,经过直径为2mm,长度为25mm的细管冷却后,进入内径为2mm,出口直径为1mm,长度为60mm的快速流动反应管中;
(3)利用第二个脉冲阀将两种气态直链烷烃(C7和C10)混合通入到快速流动反应管中,且烷烃气体的瞬间压力约为0.1~1Pa,快速流动管中的瞬间总压强(T=298K)大于800Pa并且小于1200Pa;
(4)在快速流动反应管中反应后,产物离子和未反应的钯离子从反应管中飞出,经过锥形喷嘴(直径为2mm)被反射式飞行时间质谱仪检测。
所得检测结果基本如图2所示。
实施例9
本实施例是直链烷烃在化学电离质谱分析中的应用,是在配有脉冲激光溅射和快速流动反应管的反射式飞行时间质谱装置中完成的,具体步骤如下:
(1)采用Nd3+:YAG激光器的二倍频光532nm脉冲激光(10Hz),聚焦到平动和转动的后过渡金属靶材银上产生银单核正离子;
(2)产生的银离子在由第一脉冲阀控制的高纯(99.999%)氦气He(5atm)的载带下,经过直径为2mm,长度为25mm的细管冷却后,进入内径为2mm,出口直径为1mm,长度为60mm的快速流动反应管中;
(3)利用第二个脉冲阀将两种气态直链烷烃(C7和C10)混合通入到快速流动反应管中,且烷烃气体的瞬间压力约为0.1~1Pa,快速流动管中的瞬间总压强(T=298K)大于1000Pa并且小于1500Pa;
(4)在快速流动反应管中反应后,产物离子和未反应的银离子从反应管中飞出,经过锥形喷嘴(直径为2mm)被反射式飞行时间质谱仪检测。
所得检测结果基本如图2所示。
实施例10
本实施例是直链烷烃在化学电离质谱分析中的应用,是在配有脉冲激光溅射和快速流动反应管的反射式飞行时间质谱装置中完成的,具体步骤如下:
(1)采用Nd3+:YAG激光器的二倍频光532nm脉冲激光(10Hz),聚焦到平动和转动的后过渡金属靶材铂上产生铂单核正离子;
(2)产生的铂离子在由第一脉冲阀控制的高纯(99.999%)氦气He(5atm)的载带下,经过直径为2mm,长度为25mm的细管冷却后,进入内径为2mm,出口直径为1mm,长度为60mm的快速流动反应管中;
(3)利用第二个脉冲阀将两种气态直链烷烃(C7和C10)混合通入到快速流动反应管中,且烷烃气体的瞬间压力约为0.1~1Pa,快速流动管中的瞬间总压强(T=298K)大于1800Pa并且小于2000Pa;
(4)在快速流动反应管中反应后,产物离子和未反应的铂离子从反应管中飞出,经过锥形喷嘴(直径为2mm)被反射式飞行时间质谱仪检测。
所得检测结果基本如图2所示。
实施例11
本实施例是直链烷烃在化学电离质谱分析中的应用,是在配有脉冲激光溅射和快速流动反应管的反射式飞行时间质谱装置中完成的,具体步骤如下:
(1)采用Nd3+:YAG激光器的二倍频光532nm脉冲激光(10Hz),聚焦到平动和转动的后过渡金属靶材钴上产生钴单核正离子;
(2)产生的钴离子在由第一脉冲阀控制的高纯(99.999%)氦气He(5atm)的载带下,经过直径为2mm,长度为25mm的细管冷却后,进入内径为2mm,出口直径为1mm,长度为60mm的快速流动反应管中;
(3)利用第二个脉冲阀将两种气态直链烷烃(C7和C10)混合通入到快速流动反应管中,且烷烃气体的瞬间压力约为0.1~1Pa,快速流动管中的瞬间总压强(T=298K)大于600Pa并且小于900Pa;
(4)在快速流动反应管中反应后,产物离子和未反应的钴离子从反应管中飞出,经过锥形喷嘴(直径为2mm)被反射式飞行时间质谱仪检测。
所得检测结果基本如图2所示。
实施例12
本实施例是直链烷烃在化学电离质谱分析中的应用,是在配有脉冲激光溅射和快速流动反应管的反射式飞行时间质谱装置中完成的,具体步骤如下:
(1)采用Nd3+:YAG激光器的二倍频光532nm脉冲激光(10Hz),聚焦到平动和转动的后过渡金属靶材铜上产生铜单核正离子;
(2)产生的铜离子在由第一脉冲阀控制的高纯(99.999%)氮气N2(5atm)的载带下,经过直径为2mm,长度为25mm的细管冷却后,进入内径为2mm,出口直径为1mm,长度为60mm的快速流动反应管中;
(3)利用第二个脉冲阀将两种气态直链烷烃(C7和C10)混合通入到快速流动反应管中,且烷烃气体的瞬间压力约为0.1~1Pa,快速流动管中的瞬间总压强(T=298K)大于1660Pa并且小于1800Pa;
(4)在快速流动反应管中反应后,产物离子和未反应的铜离子从反应管中飞出,经过锥形喷嘴(直径为2mm)被反射式飞行时间质谱仪检测。
所得检测结果基本如图2所示。
实施例13
本实施例是直链烷烃在化学电离质谱分析中的应用,是在配有脉冲激光溅射和快速流动反应管的反射式飞行时间质谱装置中完成的,具体步骤如下:
(1)采用Nd3+:YAG激光器的二倍频光532nm脉冲激光(10Hz),聚焦到平动和转动的后过渡金属靶材银上产生银单核正离子;
(2)产生的银离子在由第一脉冲阀控制的高纯(99.999%)氦气He(5atm)的载带下,经过直径为2mm,长度为25mm的细管冷却后,进入内径为2mm,出口直径为1mm,长度为60mm的快速流动反应管中;
(3)利用第二个脉冲阀将三种气态直链烷烃(C7、C8和C10)混合通入到快速流动反应管中,且烷烃气体的瞬间压力约为0.1~1Pa,快速流动管中的瞬间总压强(T=298K)大于50Pa并且小于500Pa;
(4)在快速流动反应管中反应后,产物离子和未反应的银离子从反应管中飞出,经过锥形喷嘴(直径为2mm)被反射式飞行时间质谱仪检测。
所得检测结果基本如图3所示。
实施例14
本实施例是直链烷烃在化学电离质谱分析中的应用,是在配有脉冲激光溅射和快速流动反应管的反射式飞行时间质谱装置中完成的,具体步骤如下:
(1)采用Nd3+:YAG激光器的二倍频光532nm脉冲激光(10Hz),聚焦到平动和转动的后过渡金属靶材金上产生金单核正离子;
(2)产生的金离子在由第一脉冲阀控制的高纯(99.999%)氦气He(5atm)的载带下,经过直径为2mm,长度为25mm的细管冷却后,进入内径为2mm,出口直径为1mm,长度为60mm的快速流动反应管中;
(3)利用第二个脉冲阀将三种气态直链烷烃(C7、C8和C10)混合通入到快速流动反应管中,且烷烃气体的瞬间压力约为0.1~1Pa,快速流动管中的瞬间总压强(T=298K)大于800Pa并且小于1200Pa;
(4)在快速流动反应管中反应后,产物离子和未反应的金离子从反应管中飞出,经过锥形喷嘴(直径为2mm)被反射式飞行时间质谱仪检测。
所得检测结果基本如图3所示。
实施例15
本实施例是直链烷烃在化学电离质谱分析中的应用,是在配有脉冲激光溅射和快速流动反应管的反射式飞行时间质谱装置中完成的,具体步骤如下:
(1)采用Nd3+:YAG激光器的二倍频光532nm脉冲激光(10Hz),聚焦到平动和转动的后过渡金属靶材铂上产生铂单核正离子;
(2)产生的铂离子在由第一脉冲阀控制的高纯(99.999%)氦气He(5atm)的载带下,经过直径为2mm,长度为25mm的细管冷却后,进入内径为2mm,出口直径为1mm,长度为60mm的快速流动反应管中;
(3)利用第二个脉冲阀将三种气态直链烷烃(C7、C8和C10)混合通入到快速流动反应管中,且烷烃气体的瞬间压力约为0.1~1Pa,快速流动管中的瞬间总压强(T=298K)大于1000Pa并且小于1500Pa;
(4)在快速流动反应管中反应后,产物离子和未反应的铂离子从反应管中飞出,经过锥形喷嘴(直径为2mm)被反射式飞行时间质谱仪检测。
所得检测结果基本如图3所示。
实施例16
本实施例是直链烷烃在化学电离质谱分析中的应用,是在配有脉冲激光溅射和快速流动反应管的反射式飞行时间质谱装置中完成的,具体步骤如下:
(1)采用Nd3+:YAG激光器的二倍频光532nm脉冲激光(10Hz),聚焦到平动和转动的后过渡金属靶材钯上产生钯单核正离子;
(2)产生的钯离子在由第一脉冲阀控制的高纯(99.999%)氦气He(5atm)的载带下,经过直径为2mm,长度为25mm的细管冷却后,进入内径为2mm,出口直径为1mm,长度为60mm的快速流动反应管中;
(3)利用第二个脉冲阀将三种气态直链烷烃(C7、C8和C10)混合通入到快速流动反应管中,且烷烃气体的瞬间压力约为0.1~1Pa,快速流动管中的瞬间总压强(T=298K)大于1800Pa并且小于2000Pa;
(4)在快速流动反应管中反应后,产物离子和未反应的钯离子从反应管中飞出,经过锥形喷嘴(直径为2mm)被反射式飞行时间质谱仪检测。
所得检测结果基本如图3所示。
实施例17
本实施例是直链烷烃在化学电离质谱分析中的应用,是在配有脉冲激光溅射和快速流动反应管的反射式飞行时间质谱装置中完成的,具体步骤如下:
(1)采用Nd3+:YAG激光器的二倍频光532nm脉冲激光(10Hz),聚焦到平动和转动的后过渡金属靶材铁上产生铁单核正离子;
(2)产生的铁离子在由第一脉冲阀控制的高纯(99.999%)氦气He(5atm)的载带下,经过直径为2mm,长度为25mm的细管冷却后,进入内径为2mm,出口直径为1mm,长度为60mm的快速流动反应管中;
(3)利用第二个脉冲阀将三种气态直链烷烃(C7、C8和C10)混合通入到快速流动反应管中,且烷烃气体的瞬间压力约为0.1~1Pa,快速流动管中的瞬间总压强(T=298K)大于300Pa并且小于450Pa;
(4)在快速流动反应管中反应后,产物离子和未反应的铁离子从反应管中飞出,经过锥形喷嘴(直径为2mm)被反射式飞行时间质谱仪检测。
所得检测结果基本如图3所示。
实施例18
本实施例是直链烷烃在化学电离质谱分析中的应用,是在配有脉冲激光溅射和快速流动反应管的反射式飞行时间质谱装置中完成的,具体步骤如下:
(1)采用Nd3+:YAG激光器的二倍频光532nm脉冲激光(10Hz),聚焦到平动和转动的后过渡金属靶材铑上产生铑单核正离子;
(2)产生的铑离子在由第一脉冲阀控制的高纯(99.999%)氦气He(5atm)的载带下,经过直径为2mm,长度为25mm的细管冷却后,进入内径为2mm,出口直径为1mm,长度为60mm的快速流动反应管中;
(3)利用第二个脉冲阀将三种气态直链烷烃(C7、C8和C10)混合通入到快速流动反应管中,且烷烃气体的瞬间压力约为0.1~1Pa,快速流动管中的瞬间总压强(T=298K)大于720Pa并且小于960Pa;
(4)在快速流动反应管中反应后,产物离子和未反应的铑离子从反应管中飞出,经过锥形喷嘴(直径为2mm)被反射式飞行时间质谱仪检测。
所得检测结果基本如图3所示。
实施例19
本实施例是直链烷烃在化学电离质谱分析中的应用,是在配有脉冲激光溅射和快速流动反应管的反射式飞行时间质谱装置中完成的,具体步骤如下:
(1)采用Nd3+:YAG激光器的二倍频光532nm脉冲激光(10Hz),聚焦到平动和转动的后过渡金属靶材铂上产生铂单核正离子;
(2)产生的铂离子在由第一脉冲阀控制的高纯(99.999%)氦气He(5atm)的载带下,经过直径为2mm,长度为25mm的细管冷却后,进入内径为2mm,出口直径为1mm,长度为60mm的快速流动反应管中;
(3)利用第二个脉冲阀将四种气态直链烷烃(C7、C8、C9和C10)混合通入到快速流动反应管中,且烷烃气体的瞬间压力约为0.1~1Pa,快速流动管中的瞬间总压强(T=298K)大于50Pa并且小于500Pa;
(4)在快速流动反应管中反应后,产物离子和未反应的铂离子从反应管中飞出,经过锥形喷嘴(直径为2mm)被反射式飞行时间质谱仪检测。
所得检测结果基本如图4所示。
实施例20
本实施例是直链烷烃在化学电离质谱分析中的应用,是在配有脉冲激光溅射和快速流动反应管的反射式飞行时间质谱装置中完成的,具体步骤如下:
(1)采用Nd3+:YAG激光器的二倍频光532nm脉冲激光(10Hz),聚焦到平动和转动的后过渡金属靶材银上产生银单核正离子;
(2)产生的银离子在由第一脉冲阀控制的高纯(99.999%)氦气He(5atm)的载带下,经过直径为2mm,长度为25mm的细管冷却后,进入内径为2mm,出口直径为1mm,长度为60mm的快速流动反应管中;
(3)利用第二个脉冲阀将四种气态直链烷烃(C7、C8、C9和C10)混合通入到快速流动反应管中,且烷烃气体的瞬间压力约为0.1~1Pa,快速流动管中的瞬间总压强(T=298K)大于800Pa并且小于1200Pa;
(4)在快速流动反应管中反应后,产物离子和未反应的银离子从反应管中飞出,经过锥形喷嘴(直径为2mm)被反射式飞行时间质谱仪检测。
所得检测结果基本如图4所示。
实施例21
本实施例是直链烷烃在化学电离质谱分析中的应用,是在配有脉冲激光溅射和快速流动反应管的反射式飞行时间质谱装置中完成的,具体步骤如下:
(1)采用Nd3+:YAG激光器的二倍频光532nm脉冲激光(10Hz),聚焦到平动和转动的后过渡金属靶材钯上产生钯单核正离子;
(2)产生的钯离子在由第一脉冲阀控制的高纯(99.999%)氦气He(5atm)的载带下,经过直径为2mm,长度为25mm的细管冷却后,进入内径为2mm,出口直径为1mm,长度为60mm的快速流动反应管中;
(3)利用第二个脉冲阀将四种气态直链烷烃(C7、C8、C9和C10)混合通入到快速流动反应管中,且烷烃气体的瞬间压力约为0.1~1Pa,快速流动管中的瞬间总压强(T=298K)大于1000Pa并且小于1500Pa;
(4)在快速流动反应管中反应后,产物离子和未反应的钯离子从反应管中飞出,经过锥形喷嘴(直径为2mm)被反射式飞行时间质谱仪检测。
所得检测结果基本如图4所示。
实施例22
本实施例是直链烷烃在化学电离质谱分析中的应用,是在配有脉冲激光溅射和快速流动反应管的反射式飞行时间质谱装置中完成的,具体步骤如下:
(1)采用Nd3+:YAG激光器的二倍频光532nm脉冲激光(10Hz),聚焦到平动和转动的后过渡金属靶材金上产生金单核正离子;
(2)产生的金离子在由第一脉冲阀控制的高纯(99.999%)氦气He(5atm)的载带下,经过直径为2mm,长度为25mm的细管冷却后,进入内径为2mm,出口直径为1mm,长度为60mm的快速流动反应管中;
(3)利用第二个脉冲阀将四种气态直链烷烃(C7、C8、C9和C10)混合通入到快速流动反应管中,且烷烃气体的瞬间压力约为0.1~1Pa,快速流动管中的瞬间总压强(T=298K)大于1800Pa并且小于2000Pa;
(4)在快速流动反应管中反应后,产物离子和未反应的金离子从反应管中飞出,经过锥形喷嘴(直径为2mm)被反射式飞行时间质谱仪检测。
所得检测结果基本如图4所示。
实施例23
本实施例是直链烷烃在化学电离质谱分析中的应用,是在配有脉冲激光溅射和快速流动反应管的反射式飞行时间质谱装置中完成的,具体步骤如下:
(1)采用Nd3+:YAG激光器的二倍频光532nm脉冲激光(10Hz),聚焦到平动和转动的后过渡金属靶材镍上产生镍单核正离子;
(2)产生的镍离子在由第一脉冲阀控制的高纯(99.999%)氦气He(5atm)的载带下,经过直径为2mm,长度为25mm的细管冷却后,进入内径为2mm,出口直径为1mm,长度为60mm的快速流动反应管中;
(3)利用第二个脉冲阀将四种气态直链烷烃(C7、C8、C9和C10)混合通入到快速流动反应管中,且烷烃气体的瞬间压力约为0.1~1Pa,快速流动管中的瞬间总压强(T=298K)大于1760Pa并且小于1920Pa;
(4)在快速流动反应管中反应后,产物离子和未反应的镍离子从反应管中飞出,经过锥形喷嘴(直径为2mm)被反射式飞行时间质谱仪检测。
所得检测结果基本如图4所示。
实施例24
本实施例是直链烷烃在化学电离质谱分析中的应用,是在配有脉冲激光溅射和快速流动反应管的反射式飞行时间质谱装置中完成的,具体步骤如下:
(1)采用Nd3+:YAG激光器的二倍频光532nm脉冲激光(10Hz),聚焦到平动和转动的后过渡金属靶材钌上产生钌单核正离子;
(2)产生的钌离子在由第一脉冲阀控制的高纯(99.999%)氦气He(5atm)的载带下,经过直径为2mm,长度为25mm的细管冷却后,进入内径为2mm,出口直径为1mm,长度为60mm的快速流动反应管中;
(3)利用第二个脉冲阀将四种气态直链烷烃(C7、C8、C9和C10)混合通入到快速流动反应管中,且烷烃气体的瞬间压力约为0.1~1Pa,快速流动管中的瞬间总压强(T=298K)大于1300Pa并且小于1600Pa;
(4)在快速流动反应管中反应后,产物离子和未反应的钌离子从反应管中飞出,经过锥形喷嘴(直径为2mm)被反射式飞行时间质谱仪检测。
所得检测结果基本如图4所示。
实施例25
本实施例是汽油烷烃成分在化学电离质谱分析中的应用,是在配有脉冲激光溅射和快速流动反应管的反射式飞行时间质谱装置中完成的,具体步骤如下:
(1)采用Nd3+:YAG激光器的二倍频光532nm脉冲激光(10Hz),聚焦到平动和转动的后过渡金属靶材铂上产生铂单核正离子;
(2)产生的铂离子在由第一脉冲阀控制的高纯(99.999%)氦气He(5atm)的载带下,经过直径为2mm,长度为25mm的细管冷却后,进入内径为2mm,出口直径为1mm,长度为60mm的快速流动反应管中;
(3)汽油气体由第二个脉冲阀控制进入到快速流动反应管中,且汽油气体的瞬间压力约为0.1~1Pa,快速流动管中的瞬间总压强(T=298K)大于800Pa并且小于1200Pa;
(4)在快速流动反应管中反应后,产物离子和未反应的铂离子从反应管中飞出,经过锥形喷嘴(直径为2mm)被反射式飞行时间质谱仪检测。
所得检测结果如图5所示。
对比例1
本对比例是在实施例3的基础上,改变反应区缓冲气体压力,用以对比反应产物的检测结果,具体步骤如下:
(1)采用Nd3+:YAG激光器的二倍频光532nm脉冲激光(10Hz),聚焦到平动和转动的后过渡金属靶材金上产生金单核正离子;
(2)产生的金离子在由第一脉冲阀控制的高纯(99.999%)氦气He(5atm)的载带下,经过直径为2mm,长度为25mm的细管冷却后,进入内径为2mm,出口直径为1mm,长度为60mm的快速流动反应管中;
(3)利用第二个脉冲阀分别将每一种气态直链烷烃(C7~C10)通入到快速流动反应管中,且烷烃气体的瞬间压力约为0.1~1Pa,快速流动管中的瞬间总压强(T=298K)小于10Pa;
(4)在快速流动反应管中反应后,产物离子和未反应的金离子从反应管中飞出,经过锥形喷嘴(直径为2mm)被反射式飞行时间质谱仪检测。
所得检测结果如图3所示。
由图1~4可知,实施例1~16中当缓冲气体氦气压力大于50Pa时,所述直链烷烃都不再碎裂,直接形成能够反映对应烷烃分子量的烷基正离子CnH2n+1 +(n=7~10),且反应速率很高,接近理论碰撞速率,达到无碎裂且高效化学电离直链烷烃的目的,因此本发明可用于直链烷烃的无碎裂化学电离质谱分析。
由图5可知,实施例17中当缓冲气体氦气压力足够高时,金属离子与汽油反应后,有能够反映C4~C12烷烃分子量的烷基正离子CnH2n+1 +(n=4~12)形成,这表明汽油中含有C4~C12的烷烃,因此本发明可用于汽油中烷烃成分的直接检测分析。
由图6可知,对比例1中当缓冲气体氦气压力较低时(<10Pa),直链烷烃与金属离子反应后,烷烃碎裂,形成一系列碎片离子:对于C7,生成C4H9 +;对于C8,生成C4H9 +和C5H11 +;对于C9和C10,都生成C4H9 +、C5H11 +和C6H13 +。因此在缓冲气体压力较低的情况下,直链烷烃分子碎裂,无法达到检测目的。
对比实施例1和对比例1的质谱检测结果,可知反应区缓冲气体压力对化学电离直链烷烃的检测起到了关键的作用,当缓冲气体压力为10Pa时,直链烷烃分子碎裂;当缓冲气体压力在10Pa和50Pa之间,电离产物是母体产物离子和碎片离子,即一部分烷烃不碎裂,一部分烷烃碎裂;而当缓冲气体压力大于50Pa时可以使直链烷烃的电离产物没有碎裂现象,极大地提高了检测的准确性。
以上仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种化学电离直链烷烃的方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
(1)采用物理化学法对金属进行处理使其产生单核金属离子;
(2)使用缓冲气体将步骤(1)所述的单核金属离子载入反应管;
(3)调节待测气态直链烷烃的瞬间压力并送入步骤(2)所述的反应管,气态直链烷烃与单核金属离子在反应管中反应生成电离产物;
(4)将步骤(3)所述的电离产物送入检测器进行检测。
2.根据权利要求1所述的一种化学电离直链烷烃的方法,其特征在于,所述步骤(3)中在送入待测气态直链烷烃之后调节反应管中的压强大于50Pa。
3.根据权利要求2所述的一种化学电离直链烷烃的方法,其特征在于,所述步骤(3)中在送入待测气态直链烷烃之后调节反应管中的压强大于50Pa并且小于2000Pa。
4.根据权利要求1所述的一种化学电离直链烷烃的方法,其特征在于,所述金属为过渡金属元素,所述单核金属离子为单核过渡金属离子。
5.根据权利要求4所述的一种化学电离直链烷烃的方法,其特征在于,所述过渡金属为后过渡金属元素,所述单核过渡金属离子为单核后过渡金属离子。
6.根据权利要求1所述的一种化学电离直链烷烃的方法,其特征在于,所述物理化学法包括激光溅射、磁控溅射或弧光放电,优选为激光溅射。
7.根据权利要求1所述的一种化学电离直链烷烃的方法,其特征在于,所述缓冲气体为不与直链烷烃及其电离产物反应的惰性气体,所述不与直链烷烃及其电离产物反应的惰性气体为氦气、氩气和氮气中的一种或几种。
8.根据权利要求1~3任意一项所述的一种化学电离直链烷烃的方法,其特征在于,所述气态直链烷烃是碳原子数为7~12的直链烷烃。
9.根据权利要求1所述的一种化学电离直链烷烃的方法,其特征在于,所述检测器为飞行时间质谱、四极杆质谱或傅里叶变换离子回旋共振质谱,优选为飞行时间质谱。
10.根据权利要求1~7任意一项所述的一种化学电离直链烷烃的方法,其特征在于,所述电离产物为完全反映对应直链烷烃分子量的烷基正离子。
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