本發(fā)明屬于電化學(xué)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于原位電化學(xué)質(zhì)譜-紅外光譜聯(lián)用的一體化聯(lián)合進(jìn)樣窗口。
背景技術(shù)：
目前針對(duì)電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的分析方法越來越受到人們的重視，其中，原位電化學(xué)質(zhì)譜和原位電化學(xué)紅外光譜技術(shù)由于其對(duì)中間產(chǎn)物的分析具有非常直觀和可信的效果，因此格外受到人們的普遍關(guān)注。原位電化學(xué)質(zhì)譜主要針對(duì)電極界面擴(kuò)散層中的主產(chǎn)物，而原位電化學(xué)紅外光譜主要針對(duì)電極反應(yīng)的吸附層中間產(chǎn)物。因此，將原位紅外和原位質(zhì)譜相結(jié)合測(cè)定反應(yīng)機(jī)理是一條可預(yù)見的未來發(fā)展趨勢(shì)。
為了實(shí)現(xiàn)在同一電極同時(shí)對(duì)質(zhì)譜信號(hào)和紅外光譜信號(hào)的進(jìn)樣，目前的做法是將原位表面增強(qiáng)紅外光譜技術(shù)和原位質(zhì)譜技術(shù)相結(jié)合的方式。由于表面增強(qiáng)紅外光譜技術(shù)對(duì)電極的制備和種類都要求很多，很難滿足對(duì)各種電化學(xué)反應(yīng)中間產(chǎn)物的檢測(cè)，這就大大降低了該系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。因此將對(duì)電極要求更低的原位反射紅外光譜技術(shù)和原位質(zhì)譜技術(shù)相結(jié)合成為了一種必然的趨勢(shì)。然而由于種種技術(shù)障礙，目前國(guó)內(nèi)外尚無將原位反射紅外光譜技術(shù)和原位質(zhì)譜技術(shù)相結(jié)合，在同一電極上同時(shí)使用原位質(zhì)譜和原位紅外的研究。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種用于原位電化學(xué)質(zhì)譜-紅外反射光譜聯(lián)用的一體化聯(lián)合進(jìn)樣窗口，實(shí)現(xiàn)原位紅外反射光譜-質(zhì)譜的實(shí)時(shí)聯(lián)用，在同一電極同時(shí)監(jiān)測(cè)電化學(xué)信號(hào)、質(zhì)譜信號(hào)、紅外信號(hào)，獲得更為完整準(zhǔn)確的反應(yīng)產(chǎn)物信息。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
一種用于原位電化學(xué)質(zhì)譜-紅外反射光譜聯(lián)用的一體化聯(lián)合進(jìn)樣窗口，由棱鏡、氣液分離膜和玻璃毛細(xì)孔三部分組成，其中：
所述棱鏡為半球臺(tái)形，其半球平面位于研究電極下方，紅外光從棱鏡左側(cè)發(fā)出，經(jīng)過棱鏡到達(dá)研究電極表面發(fā)生紅外線吸收，再反射出棱鏡，棱鏡中心有一個(gè)倒梯形微孔，研究電極所產(chǎn)生的產(chǎn)物透過這個(gè)倒梯形微孔達(dá)到氣液分離膜和玻璃毛細(xì)孔；
所述氣液分離膜是一種具有均勻微孔和超疏水性質(zhì)的有機(jī)固態(tài)膜，它被置于棱鏡下方，可以隔絕絕大部分水進(jìn)入玻璃毛細(xì)孔，同時(shí)允許揮發(fā)性的物質(zhì)進(jìn)入玻璃毛細(xì)孔；
所述玻璃毛細(xì)孔是一個(gè)微小的毛細(xì)孔，它置于氣液分離膜下方，它是反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入質(zhì)譜檢測(cè)系統(tǒng)的必經(jīng)之路。
一種利用上述用于原位電化學(xué)質(zhì)譜-紅外反射光譜聯(lián)用的一體化聯(lián)合進(jìn)樣窗口進(jìn)行原位電化學(xué)紅外-質(zhì)譜檢測(cè)的方法，具體實(shí)施步驟如下：
1）固定棱鏡：將棱鏡的上表面作為研究電極電解池的底部，通過夾具固定；
2）粘貼氣液分離膜：通過熱風(fēng)槍加熱玻璃毛細(xì)孔頂端，將氣液分離膜粘貼在玻璃毛細(xì)孔頂端；
3）固定粘貼有氣液分離膜的玻璃毛細(xì)孔：將粘貼有氣液分離膜的玻璃毛細(xì)孔置于棱鏡下方固定，并將棱鏡下方空間注滿水密封；
4）同步測(cè)試：接通電化學(xué)工作站、原位質(zhì)譜分析儀、紅外反射光譜分析裝置，先用紅外光譜分析裝置和質(zhì)譜分析儀測(cè)試背景信號(hào)，隨后觸發(fā)電化學(xué)工作站，采用動(dòng)電位掃描或恒電位或恒電流的工作方式，同時(shí)得到電化學(xué)反應(yīng)信號(hào)、質(zhì)譜測(cè)試信號(hào)和反射紅外光譜信號(hào)。
本發(fā)明中，所述棱鏡的材質(zhì)為ZnSe或CaF2。
本發(fā)明中，所述棱鏡球臺(tái)高度1~5mm。
本發(fā)明中，所述棱鏡上倒梯形微孔平均孔徑為0.1~1mm。
本發(fā)明中，所述氣液分離膜的材質(zhì)為PTFE或PVDF。
本發(fā)明中，所述氣液分離膜的平均孔徑為50~220nm。
本發(fā)明中，所述氣液分離膜的平均厚度為50~500μm。
本發(fā)明中，所述玻璃毛細(xì)孔的孔徑為5~100μm。
本發(fā)明中，所述熱風(fēng)槍加熱玻璃毛細(xì)孔頂端的溫度為110~180℃。
本發(fā)明中，所述紅外光的波長(zhǎng)為600~4000cm-1。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
1、本發(fā)明主要通過設(shè)計(jì)聯(lián)合進(jìn)樣窗口的結(jié)構(gòu)，將原位質(zhì)譜、原位紅外反射光譜一起聯(lián)用，使其在同一電極同一時(shí)間同時(shí)工作，提高了聯(lián)用系統(tǒng)的使用范圍，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)更多電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的原位電化學(xué)紅外光譜-質(zhì)譜聯(lián)用測(cè)試。
2、本發(fā)明的一體化聯(lián)合進(jìn)樣窗口具有測(cè)試信息完整準(zhǔn)確、適用范圍廣和操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，這套適用于原位電化學(xué)紅外反射光譜-質(zhì)譜聯(lián)用系統(tǒng)的一體化聯(lián)合檢測(cè)窗口結(jié)構(gòu)未見報(bào)道。
3、本發(fā)明的一體化聯(lián)合進(jìn)樣窗口成功實(shí)現(xiàn)了真正意義上的原位電化學(xué)紅外光譜-質(zhì)譜聯(lián)用測(cè)試，對(duì)于電化學(xué)反應(yīng)、異相催化反應(yīng)的機(jī)理的研究具有重大意義，尤其在燃料電池陽極氧化機(jī)理、鋰離子電池氣脹機(jī)理、鋰空氣陰極反應(yīng)機(jī)理等方面的研究有深遠(yuǎn)的應(yīng)用前景。
附圖說明
圖1為用于原位電化學(xué)質(zhì)譜-紅外反射光譜聯(lián)用的一體化聯(lián)合進(jìn)樣窗口的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中：1-研究電極，2-紅外光，3-棱鏡，4-倒梯形微孔，5-氣液分離膜，6-玻璃毛細(xì)孔，7-質(zhì)譜檢測(cè)系統(tǒng)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明，但并不局限于此，凡是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍中。
具體實(shí)施方式一：如圖1所示，本實(shí)施方式提供的用于原位電化學(xué)質(zhì)譜-紅外反射光譜聯(lián)用的一體化聯(lián)合進(jìn)樣窗口由棱鏡3、氣液分離膜5和玻璃毛細(xì)孔6三部分組成，其中：
所述棱鏡3是一個(gè)材質(zhì)為ZnSe，高度為1mm的半球臺(tái)形棱鏡，棱鏡中心有一個(gè)倒梯形微孔4，倒梯形微孔4的平均孔徑為0.5mm，將棱鏡3置于研究電極1下方，紅外光2從棱鏡3左側(cè)發(fā)出，經(jīng)過棱鏡3到達(dá)研究電極1表面發(fā)生紅外線吸收，再反射出棱鏡3，研究電極1所產(chǎn)生的產(chǎn)物透過倒梯形微孔4達(dá)到氣液分離膜5和玻璃毛細(xì)孔6。
所述氣液分離膜5的材質(zhì)為PTFE膜，平均孔徑為50nm，平均厚度為100μm，其置于棱鏡3下方。
所述玻璃毛細(xì)孔6的孔徑為10μm，其置于氣液分離膜5下方。
本實(shí)施方式按照如下步驟連接用于原位電化學(xué)質(zhì)譜-紅外反射光譜聯(lián)用的一體化聯(lián)合進(jìn)樣窗口進(jìn)行原位電化學(xué)紅外-質(zhì)譜檢測(cè)：
1）固定棱鏡：將棱鏡的上表面作為研究電極電解池的底部，通過夾具固定；
2）粘貼氣液分離膜：通過熱風(fēng)槍將玻璃毛細(xì)孔頂端加熱到120℃，將氣液分離膜粘貼在玻璃毛細(xì)孔頂端；
3）固定粘貼有氣液分離膜的玻璃毛細(xì)孔：將粘貼有氣液分離膜的玻璃毛細(xì)孔置于棱鏡下方固定，并將棱鏡下方空間注滿水密封；
4）同步測(cè)試：接通電化學(xué)工作站、原位質(zhì)譜分析儀、紅外反射光譜分析裝置，先用紅外光譜分析裝置和質(zhì)譜分析儀測(cè)試背景信號(hào)，隨后觸發(fā)電化學(xué)工作站，采用動(dòng)電位掃描或恒電位或恒電流的工作方式，同時(shí)得到電化學(xué)反應(yīng)信號(hào)、質(zhì)譜測(cè)試信號(hào)和反射紅外光譜信號(hào)。
具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式提供的用于原位電化學(xué)質(zhì)譜-紅外反射光譜聯(lián)用的一體化聯(lián)合進(jìn)樣窗口由棱鏡3、氣液分離膜5和玻璃毛細(xì)孔6三部分組成，其中：
所述棱鏡3是一個(gè)材質(zhì)為ZnSe、高度為2mm的半球臺(tái)形棱鏡，中間倒梯形微孔4的平均孔徑為1mm，將棱鏡3置于研究電極1下方，紅外光2從棱鏡3左側(cè)發(fā)出，經(jīng)過棱鏡3到達(dá)研究電極1表面發(fā)生紅外線吸收，再反射出棱鏡3，研究電極1所產(chǎn)生的產(chǎn)物透過倒梯形微孔4達(dá)到氣液分離膜5和玻璃毛細(xì)孔6。
所述氣液分離膜5的材質(zhì)為PTFE膜，平均孔徑為100nm，平均厚度為50μm，其置于棱鏡3下方。
所述玻璃毛細(xì)孔6的孔徑為20μm，其置于氣液分離膜5下方。
本實(shí)施方式按照如下步驟連接用于原位電化學(xué)質(zhì)譜-紅外反射光譜聯(lián)用的一體化聯(lián)合進(jìn)樣窗口進(jìn)行原位電化學(xué)紅外-質(zhì)譜檢測(cè)：
1）固定棱鏡：將棱鏡的上表面作為研究電極電解池的底部，通過夾具固定；
2）粘貼氣液分離膜：通過熱風(fēng)槍將玻璃毛細(xì)孔頂端加熱到130℃，將氣液分離膜粘貼在玻璃毛細(xì)孔頂端；
3）固定粘貼有氣液分離膜的玻璃毛細(xì)孔：將粘貼有氣液分離膜的玻璃毛細(xì)孔置于棱鏡下方固定，并將棱鏡下方空間注滿水密封；
4）同步測(cè)試：接通電化學(xué)工作站、原位質(zhì)譜分析儀、紅外反射光譜分析裝置，先用紅外光譜分析裝置和質(zhì)譜分析儀測(cè)試背景信號(hào)，隨后觸發(fā)電化學(xué)工作站，采用動(dòng)電位掃描或恒電位或恒電流的工作方式，同時(shí)得到電化學(xué)反應(yīng)信號(hào)、質(zhì)譜測(cè)試信號(hào)和反射紅外光譜信號(hào)。
具體實(shí)施方式三：如圖1所示，本實(shí)施方式提供的用于原位電化學(xué)質(zhì)譜-紅外反射光譜聯(lián)用的一體化聯(lián)合進(jìn)樣窗口由棱鏡3、氣液分離膜5和玻璃毛細(xì)孔6三部分組成，其中：
所述棱鏡3是一個(gè)材質(zhì)為CaF2、高度為2mm的半球臺(tái)形棱鏡，中間倒梯形微孔4的平均孔徑為1mm，將棱鏡3置于研究電極1下方，紅外光2從棱鏡3左側(cè)發(fā)出，經(jīng)過棱鏡3到達(dá)研究電極1表面發(fā)生紅外線吸收，再反射出棱鏡3，研究電極1所產(chǎn)生的產(chǎn)物透過倒梯形微孔4達(dá)到氣液分離膜5和玻璃毛細(xì)孔6。
所述氣液分離膜5的材質(zhì)為PTFE膜，平均孔徑為200nm，平均厚度為300μm，其置于棱鏡3下方。
所述玻璃毛細(xì)孔6的孔徑為50μm，其置于氣液分離膜5下方。
本實(shí)施方式按照如下步驟連接用于原位電化學(xué)質(zhì)譜-紅外反射光譜聯(lián)用的一體化聯(lián)合進(jìn)樣窗口進(jìn)行原位電化學(xué)紅外-質(zhì)譜檢測(cè)：
1）固定棱鏡：將棱鏡的上表面作為研究電極電解池的底部，通過夾具固定；
2）粘貼氣液分離膜：通過熱風(fēng)槍將玻璃毛細(xì)孔頂端加熱到170℃，將氣液分離膜粘貼在玻璃毛細(xì)孔頂端；
3）固定粘貼有氣液分離膜的玻璃毛細(xì)孔：將粘貼有氣液分離膜的玻璃毛細(xì)孔置于棱鏡下方固定，并將棱鏡下方空間注滿水密封；
4）同步測(cè)試：接通電化學(xué)工作站、原位質(zhì)譜分析儀、紅外反射光譜分析裝置，先用紅外光譜分析裝置和質(zhì)譜分析儀測(cè)試背景信號(hào)，隨后觸發(fā)電化學(xué)工作站，采用動(dòng)電位掃描或恒電位或恒電流的工作方式，同時(shí)得到電化學(xué)反應(yīng)信號(hào)、質(zhì)譜測(cè)試信號(hào)和反射紅外光譜信號(hào)。
具體實(shí)施方式四：如圖1所示，本實(shí)施方式提供的用于原位電化學(xué)質(zhì)譜-紅外反射光譜聯(lián)用的一體化聯(lián)合進(jìn)樣窗口由棱鏡3、氣液分離膜5和玻璃毛細(xì)孔6三部分組成，其中：
所述棱鏡3是一個(gè)材質(zhì)為CaF2、高度為5mm的半球臺(tái)形棱鏡，中間倒梯形微孔4的平均孔徑為0.2mm，將棱鏡3置于研究電極1下方，紅外光2從棱鏡3左側(cè)發(fā)出，經(jīng)過棱鏡3到達(dá)研究電極1表面發(fā)生紅外線吸收，再反射出棱鏡3，研究電極1所產(chǎn)生的產(chǎn)物透過倒梯形微孔4達(dá)到氣液分離膜5和玻璃毛細(xì)孔6。
所述氣液分離膜5的材質(zhì)為PTFE膜，平均孔徑為220nm，平均厚度為500μm，其置于棱鏡3下方。
所述玻璃毛細(xì)孔6的孔徑為20μm，其置于氣液分離膜5下方。
本實(shí)施方式按照如下步驟連接用于原位電化學(xué)質(zhì)譜-紅外反射光譜聯(lián)用的一體化聯(lián)合進(jìn)樣窗口進(jìn)行原位電化學(xué)紅外-質(zhì)譜檢測(cè)：
1）固定棱鏡：將棱鏡的上表面作為研究電極電解池的底部，通過夾具固定；
2）粘貼氣液分離膜：通過熱風(fēng)槍將玻璃毛細(xì)孔頂端加熱到150℃，將氣液分離膜粘貼在玻璃毛細(xì)孔頂端；
3）固定粘貼有氣液分離膜的玻璃毛細(xì)孔：將粘貼有氣液分離膜的玻璃毛細(xì)孔置于棱鏡下方固定，并將棱鏡下方空間注滿水密封；
4）同步測(cè)試：接通電化學(xué)工作站、原位質(zhì)譜分析儀、紅外反射光譜分析裝置，先用紅外光譜分析裝置和質(zhì)譜分析儀測(cè)試背景信號(hào)，隨后觸發(fā)電化學(xué)工作站，采用動(dòng)電位掃描或恒電位或恒電流的工作方式，同時(shí)得到電化學(xué)反應(yīng)信號(hào)、質(zhì)譜測(cè)試信號(hào)和反射紅外光譜信號(hào)。