納米技術(shù) 單壁碳納米管揮發(fā)性組分測(cè)定 逸出氣體分析-氣相色譜質(zhì)譜法

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中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化指導(dǎo)性技術(shù)文件

GB/ZXXXXX—

`

納米技術(shù)單壁碳納米管揮發(fā)性組分測(cè)定

逸出氣體分析/氣相色譜質(zhì)譜法

Nanotechnologies——Characterizationofvolatilecomponentsinsingle-wallcarbon

nanotubesamplesusingevolvedgasanalysis/gaschromatograph-massspectrometry

(ISO/TS11251：2019IDT)

（征求意見稿）

在提交反饋意見時(shí)，請(qǐng)將您知道的相關(guān)專利連同支持性文件一并附上。

XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實(shí)施

GB/ZXXXXX—

納米技術(shù)單壁碳納米管揮發(fā)性組分測(cè)定逸出氣體分析/氣相色譜

質(zhì)譜法

1范圍

本標(biāo)準(zhǔn)說(shuō)明了用逸出氣體分析/氣相色譜質(zhì)譜（EGA/GCMS）測(cè)定SWCNTs中揮發(fā)性組分的方法。

本標(biāo)準(zhǔn)在應(yīng)用中可能由于加熱和催化劑的存在，排放氣體和樣品中氣體含量的定性和定量結(jié)果會(huì)有

差異化。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T30544.3-2015納米科技術(shù)語(yǔ)第3部分：碳納米物體(ISO/TS80004-3:2010，IDT)

3術(shù)語(yǔ)和定義

GB/T30544.3-2015界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。

ISO和IEC術(shù)語(yǔ)網(wǎng)址：

ISOOnlinebrowsingplatform:availableat/obp

IECElectropedia:availableat/

單壁碳納米管single-wallcarbonnanotube(SWCNT)

石墨層卷成圓柱形成的碳納米管。

逸出氣體分析evolvedgasanalyse(EGA)

一種分析技術(shù)，當(dāng)物質(zhì)的溫度按所設(shè)置的程序發(fā)生變化時(shí)分析該物質(zhì)釋放的揮發(fā)性生成物的種類和

/或量。

注：分析方法具有明確說(shuō)明（參考文獻(xiàn)[1]）。

逸出氣體分析/質(zhì)譜evolvedgasanalyse/massspectrometry(EGA/MS)

一種質(zhì)譜技術(shù)，分析作為溫度函數(shù)樣品中逸出氣體組分。

注：由于在某一特定溫度下氣體組分的逸出會(huì)同時(shí)出現(xiàn)，因此單獨(dú)使用MS無(wú)法單獨(dú)識(shí)別不同組分。

逸出氣體分析/氣相色譜質(zhì)譜evolvedgasanalyse/gaschromatographmassspectrometry

(EGA/GCMS)

一種氣相色譜和質(zhì)譜結(jié)合的技術(shù)，分析作為溫度函數(shù)樣品中逸出氣體化學(xué)組成。

注：逸出氣體通過(guò)氣相色譜（GC）分離為單一組分方便于MS單元識(shí)別。

揮發(fā)性組分volatilecompounds

考慮溫度時(shí)從樣品中逸出的組分。

4原理

1

GB/ZXXXXX—

EGA/MS和EGA/GCMS用來(lái)表征SWCNTs樣品中揮發(fā)性雜質(zhì)。揮發(fā)性組分通過(guò)質(zhì)譜識(shí)別，通常是像程序控

溫?zé)峤饣驘嶂胤治?，在爐子里或其他適合的加熱單元加熱樣品而逸出的氣體組分。采用EGA/MS測(cè)定逸出

氣體的溫度范圍。采用EGA/GCMS通過(guò)氣相色譜毛細(xì)管柱分別識(shí)別每個(gè)組分。另外還可以通過(guò)熱重分析

(TGA)中樣品的質(zhì)量損失和EGA/MS峰值得到定量信息。

注：技術(shù)細(xì)節(jié)可參考文獻(xiàn)[2-6]。EGA/GCMS對(duì)TGA起著補(bǔ)充作用，TGA主要用于對(duì)于逸出氣體組分的定量分析。

5設(shè)備

圖1所示為EGA/MS示意圖，包括爐子、不含有隔離柱的加熱單元和MS單元。在EGA/MS中，從爐子中

出來(lái)的揮發(fā)性氣體通過(guò)毛細(xì)管直接進(jìn)入MS單元而不需要分離過(guò)程。

圖2所示為EGA/GCMS示意圖，包括爐子、含有隔離柱的GC單元和MS單元。在EGA/GCMS中，在爐子中

從樣品中揮發(fā)出的所有組分由冷阱吸附，通過(guò)加熱冷阱將氣體引入GC單元。組分在GC單元中通過(guò)色譜柱

分離。

說(shuō)明：

1：爐子

2：加熱單元

3：MS單元

圖1EGA/MS示意圖

說(shuō)明：

1：爐子

2

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2：冷阱

3：毛細(xì)管柱

4：GC單元

5：MS單元

圖2EGA/GCMS示意圖

6樣品制備

樣品制備不需要進(jìn)行溶解和分散。對(duì)于定性分析，樣品應(yīng)引入EGA/MS或EGA/GCMS模式。為了避

免任何可能存在的揮發(fā)性物質(zhì)的氣化，樣品在分析前不要放置高于30oC以上的環(huán)境。

7EGA/MS和EGA/GCMS測(cè)量程序

7.1總則

負(fù)載的SWCNT樣品放入爐子，并加熱到使用EGA/MS測(cè)量確定的氣化溫度范圍，并使用EGA/GCMS

在指定溫度范圍內(nèi)確定每種組分。

7.2EGA/MS測(cè)量程序

用校準(zhǔn)過(guò)的天平稱量SWCNT樣品，需要量0.5mg到2mg，精度在0.01mg。

稱量過(guò)的樣品放入爐子，包含稱量過(guò)的樣品杯。

以恒定速率加熱樣品直到氣體逸出為止。測(cè)量揮發(fā)性成分的總離子。使用EGA曲線確定起始溫度

和氣化的終點(diǎn)。

比較所觀察到的質(zhì)譜與質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)，并確定逸出氣體中的每種組分。為了準(zhǔn)確的和質(zhì)譜比較，電離

電壓應(yīng)與質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)的電壓一致。

由于含有混合組分，如果測(cè)得的譜圖不能使用質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)確定，應(yīng)進(jìn)行EGA/GCMS分析（見7.3）。

稱量EGA/MS測(cè)量后的樣品，精度在0.01mg。

加熱速率取決于樣品的熱容量。用于EGA/MS的范圍一般在15°C/min到25°C/min。

7.3EGA/GCMS測(cè)量程序

見7.2所示，稱量SWCNT樣品，需要量0.5mg到2mg，精度在0.01mg。

將樣品放入爐子。

將樣品以恒定的速率加熱至氣化終點(diǎn)或儀器上限溫度中較低的溫度。

將每個(gè)GC峰的電子電離（EI）質(zhì)譜與質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比較，并確定逸出氣體物種的每個(gè)組分。對(duì)

于合適的質(zhì)譜比較，用于分析的電離能和調(diào)諧條件應(yīng)與光譜數(shù)據(jù)庫(kù)中的條件相匹配（通常為70電子伏）。

MS探測(cè)器應(yīng)用校準(zhǔn)參考物質(zhì)校準(zhǔn)。

加熱速率取決于樣品。為了縮短分析時(shí)間，用于EGA/GCMS的范圍一般在45°C/min到60°C/min.捕

捉器的溫度應(yīng)低于-150°c。

8數(shù)據(jù)分析與結(jié)果解釋

8.1定性分析

定性分析應(yīng)以化合物的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜信息為基礎(chǔ)。通過(guò)將質(zhì)譜與質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比較，確定逸出氣體的

組分。

a)選擇需要識(shí)別的組分；

b)扣除目標(biāo)質(zhì)譜的背景；

3

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c)查找質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的相似譜圖；

d)用標(biāo)準(zhǔn)譜圖從候選中選擇樣品的可能成分。

注1：許多搜索軟件和質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)可用，例如，搜索NIST/EPA/NIH質(zhì)譜庫(kù)。

注2：使用這種方法，正己烷、苯和甲苯為例的試驗(yàn)見附錄A和圖A.4。

8.2質(zhì)量損失分析

在SWCNT樣品中揮發(fā)性組分用下列公式確定。

WW

P0t100

W0

式中：

P：揮發(fā)性雜質(zhì)含量，以百分?jǐn)?shù)表示；

W0：加熱前樣品質(zhì)量，單位毫克(mg)；

Wt：加熱后樣品質(zhì)量，單位毫克(mg)。

注：通常，GC/MS定量分析需要校準(zhǔn)曲線，GC/MS曲線表示每種組分的信號(hào)強(qiáng)度和濃度之間的關(guān)系。對(duì)感興趣的

所有組分準(zhǔn)備校準(zhǔn)曲線是不可能的。為此，只用EGA過(guò)程確定質(zhì)量損失。

9精度和不確定度

目前，EGA/GCMA表征SWCNTs揮發(fā)性組分的測(cè)量不確定來(lái)源如下：

a)柱箱或探測(cè)器中溫度波動(dòng)；

b)MS探測(cè)器校準(zhǔn)誤差；

c)電離電壓波動(dòng)。

10測(cè)試報(bào)告

測(cè)試報(bào)告應(yīng)包含如下內(nèi)容。

a)引用技術(shù)規(guī)范包括出版年份的標(biāo)識(shí)；

b)已識(shí)別成分，包括氣相色譜-質(zhì)譜分析結(jié)果；

c)質(zhì)量損失百分比（%）；

d)儀器條件包括加熱條件、啟動(dòng)溫度和質(zhì)量范圍。

4

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A

A

附錄A

（資料性）

研究示例

A.1總則

不同分析條件示例在A.2中給出。

A.2測(cè)量參數(shù)

測(cè)量參數(shù)如下：

1)EGA/MS

EGA單元

爐子溫度1）保持樣品在40°C，2min

2）以20°C/min的速率加熱樣品從40°C到750°C

GC（柱箱）

色譜柱毛細(xì)管柱[2.5mx0.15mm內(nèi)徑(ID)]

色譜柱溫度300°C（GC柱箱保持溫度）

載氣氦氣（99.99%）

柱頭壓力60kPa

進(jìn)樣溫度230°C

進(jìn)樣方式1：15裂分

MS

離子源溫度200°C

傳輸線溫度300°C

電離方式電子電離

電離能70eV

掃描范圍質(zhì)荷比（m/z）10到400

掃描間距5s

2)EGA/GCMS

EGA單元

爐子溫度以60°C/min的速率加熱樣品從150°C到600°C

GC（柱箱）

色譜柱氣相-色譜柱[30mx0.32mm(ID)]

色譜柱溫度以40°C/min的速率從40°C（保持1min）到200°C，以

25°C/min到250°C（保持23min）

載氣氦氣（99.99%）

柱頭壓力60kPa

進(jìn)樣溫度230°C

進(jìn)樣方式1：15裂分

MS

離子源溫度200°C

傳輸線溫度260°C

5

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電離方式電子電離

電離能70eV

掃描范圍m/z10到400

掃描間距0.5s

EGA/MS中EGA色譜圖如圖A.1所示。對(duì)于SWCNT樣品，在200到600°C可觀察到主要的逸出組分。

在這個(gè)逸出氣體色譜圖中，去除了水、氧氣和氮?dú)獾膍/z，以減少影響。

說(shuō)明：

X：溫度，單位°C

Y：豐度

圖A.1EGA/MS中逸出氣體輪廓圖

基于逸出氣體輪廓圖結(jié)果，EGA/GCMS分析用來(lái)確認(rèn)揮發(fā)性組分。圖A.2所示為EGA/GCMS中總離

子色譜圖（TIC）。TIC是通過(guò)繪制和保留時(shí)間相關(guān)的總發(fā)射電子電流得到的色譜圖。

說(shuō)明：

X：保留時(shí)間，單位min

Y：豐度

圖A.2EGA/GCMS中總離子色譜圖（TIC）

通過(guò)分析色譜中質(zhì)譜譜峰，識(shí)別每種組分。在TIC中觀察到幾個(gè)峰。圖A.3所示為保留時(shí)間約5分鐘

的質(zhì)譜譜峰圖。

6

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a)保留時(shí)間（RT）約5分鐘的質(zhì)譜

b)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)中正己烷的質(zhì)譜

說(shuō)明：

X：m/z

Y：保留時(shí)間

圖A.3質(zhì)譜識(shí)別

說(shuō)明：

1：正己烷

2：苯

3：甲苯

圖A.4SWCNT樣品中幾種組分的識(shí)別

與參考譜比較該化合物被確定為正己烷。通過(guò)質(zhì)譜分析，如圖A.4所示其他峰被確定為苯和甲苯為。

樣品的質(zhì)量從原來(lái)的總質(zhì)量1.328mg，降低約0.055mg。這表明，在單壁碳納米管中，4%的總質(zhì)

量是包括水分的揮發(fā)性雜質(zhì)。

a)圖A.2中RT約為6min的質(zhì)譜

7

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b)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)中苯的質(zhì)譜

c)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)中甲苯的質(zhì)譜

說(shuō)明：

X：m/z

Y：相對(duì)豐度

圖A.5圖A.4中RT約為6和7分鐘的質(zhì)譜（上圖）以及

標(biāo)準(zhǔn)光譜數(shù)據(jù)庫(kù)中苯和甲苯的質(zhì)譜（下圖）

8

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參考文獻(xiàn)

[1]IUPACCompendiumofChemicalTerminology2ndEdition(1997)

[2]Stevens,M.P.;CharacterizationandAnalysisofPolymersbyGasChromatography,(MarcelDekker),New

York(1969)

[3]Tsuge,S.;StructuralCharacterizationofPolymersbyPyrolysis-GasChromatography.TrendsAnal.Chem.,

1981,1,pp.87-90

[4]Tsuge,SandOhtani,H.;StructuralCharacterizationofPolymericMaterialsbyPyrolysis-GC/MS,Plym.

Degrad.andStab.,1997,58,pp.109-130

[5]Moldoveanu,S.C.;PyrolysisGC/MS,PresentandFuture(RecentPastandPresentNeeds),J.Microco.

Sep.,2001,13,pp.102-125

[6]Tsuge,SandOhtani,H.;Watanabe,C.andKawahara,Y;ApplicationofaMultifunctionalPyrolyzerfor

EvolvedGasAnalysisandPyrolysis-GCofVariousSyntheticandNaturalMaterials,Am.Lab.,2003,35(1),

pp.32-37

9

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前言

本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定

起草。

本文件使用翻譯法等同采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO/TS11251：2019《納米技術(shù)單壁碳納米管揮發(fā)性組分測(cè)

定逸出氣體分析/氣相色譜質(zhì)譜法》。

請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容有可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別這些專利的責(zé)任

本文件由中國(guó)科學(xué)院提出。

本文件由全國(guó)納米技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（SAC/TC279）歸口。

本文件起草單位：國(guó)家納米科學(xué)中心、北京市科學(xué)技術(shù)研究院分析測(cè)試研究所（北京理化分析測(cè)試

中心）、北京科技大學(xué)

本文件主要起草人：樸玲鈺、常懷秋、高峽、曹文斌

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納米技術(shù)單壁碳納米管揮發(fā)性組分測(cè)定逸出氣體分析/氣相色譜

質(zhì)譜法

1范圍

本標(biāo)準(zhǔn)說(shuō)明了用逸出氣體分析/氣相色譜質(zhì)譜（EGA/GCMS）測(cè)定SWCNTs中揮發(fā)性組分的方法。

本標(biāo)準(zhǔn)在應(yīng)用中可能由于加熱和催化劑的存在，排放氣體和樣品中氣體含量的定性和定量結(jié)果會(huì)有

差異化。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T30544.3-2015納米科技術(shù)語(yǔ)第3部分：碳納米物體(ISO/TS80004-3:2010，IDT)

3術(shù)語(yǔ)和定義

GB/T30544.3-2015界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。

ISO和IEC術(shù)語(yǔ)網(wǎng)址：

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IECElectropedia:availableat/

單壁碳納米管single-wallcarbonnanotube(SWCNT)

石墨層卷成圓柱形成的碳納米管。

逸出氣體分析evolvedgasanalyse(EGA)

一種分析技術(shù)，當(dāng)物質(zhì)的溫度按所設(shè)置的程序發(fā)生變化時(shí)分析該物質(zhì)釋放的揮發(fā)性生成物的種類和

/或量。

注：分析方法具有明確說(shuō)明（參考文獻(xiàn)[1]）。

逸出氣體分析/質(zhì)譜evolvedgasanalyse/massspectrometry(EGA/MS)

一種質(zhì)譜技術(shù)，分析作為溫度函數(shù)樣品中逸出氣體組分。

注：由于在某一特定溫度下氣體組分的逸出會(huì)同時(shí)出現(xiàn)，因此單獨(dú)使用MS無(wú)法單獨(dú)識(shí)別不同組分。

逸出氣體分析/氣相色譜質(zhì)譜evolvedgasanalyse/gaschromatographmassspectrometry

(EGA/GCMS)

一種氣相色譜和質(zhì)譜結(jié)合的技術(shù)，分析作為溫度函數(shù)樣品中逸出氣體化學(xué)組成。

注：逸出氣體通過(guò)氣相色譜（GC）分離為單一組分方便于MS單元識(shí)別。

揮發(fā)性組分volatilecompounds

考慮溫度時(shí)從樣品中逸出的組分。

4原理

1

GB/ZXXXXX—

EGA/MS和EGA/GCMS用來(lái)表征SWCNTs樣品中揮發(fā)性雜質(zhì)。揮發(fā)性組分通過(guò)質(zhì)譜識(shí)別，通常是像程序控

溫?zé)峤饣驘嶂胤治?，在爐子里或其他適合的加熱單元加熱樣品而逸出的氣體組分。采用EGA/MS測(cè)定逸出

氣體的溫度范圍。采用EGA/GCMS通過(guò)氣相色譜毛細(xì)管柱分別識(shí)別每個(gè)組分。另外還可以通過(guò)熱重分析

(TGA)中樣品的質(zhì)量損失和EGA/MS峰值得到定量信息。

注：技術(shù)細(xì)節(jié)可參考文獻(xiàn)[2-6]。EGA/GCMS對(duì)TGA起著補(bǔ)充作用，TGA主要用于對(duì)于逸出氣體組分的定量分析。

5設(shè)備

圖1所示為EGA/MS示意圖，包括爐子、不含有隔離柱的加熱單元和MS單元。在EGA/MS中，從爐子中

出來(lái)的揮發(fā)性氣體通過(guò)毛細(xì)管直接進(jìn)入MS單元而不需要分離過(guò)程。

圖2所示為EGA/GCMS示意圖，包括爐子、含有隔離柱的GC單元和MS單元。在EGA/GCMS中，在爐子中

從樣品中揮發(fā)出的所有組分由冷阱吸附，通過(guò)加熱冷阱將氣體引入GC單元。組分在GC單元中通過(guò)色譜柱

分離。

說(shuō)明：

1：爐子

2：加熱單元

3：MS單元

圖1EGA/MS示意圖

說(shuō)明：

1：爐子

2

GB/ZXXXXX—

2：冷阱

3：毛細(xì)管柱

4：GC單元

5：MS單元

圖2EGA/GCMS示意圖

6樣品制備

樣品制備不需要進(jìn)行溶解和分散。對(duì)于定性分析，樣品應(yīng)引入EGA/MS或EGA/GCMS模式。為了避

免任何可能存在的揮發(fā)性物質(zhì)的氣化，樣品在分析前不要放置高于30oC以上的環(huán)境。

7EGA/MS和EGA/GCMS測(cè)量程序

7.1總則

負(fù)載的SWCNT樣品放入爐子，并加熱到使用EGA/MS測(cè)量確定的氣化溫度范圍，并使用EGA/GCMS

在指定溫度范圍內(nèi)確定每種組分。

7.2EGA/MS測(cè)量程序

用校準(zhǔn)過(guò)的天平稱量SWCNT樣品，需要量0.5mg到2mg，精度在0.01mg。

稱量過(guò)的樣品放入爐子，包含稱量過(guò)的樣品杯。

以恒定速率加熱樣品直到氣體逸出為止。測(cè)量揮發(fā)性成分的總離子。使用EGA曲線確定起始溫度

和氣化的終點(diǎn)。

比較所觀察到的質(zhì)譜與質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)，并確定逸出氣體中的每種組分。為了準(zhǔn)確的和質(zhì)譜比較，電離

電壓應(yīng)與質(zhì)