纳米技术 单壁碳纳米管挥发性组分测定 逸出气体分析-气相色谱质谱法

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中华人民共和国国家标准化指导性技术文件

GB/ZXXXXX—

`

纳米技术单壁碳纳米管挥发性组分测定

逸出气体分析/气相色谱质谱法

Nanotechnologies——Characterizationofvolatilecomponentsinsingle-wallcarbon

nanotubesamplesusingevolvedgasanalysis/gaschromatograph-massspectrometry

(ISO/TS11251：2019IDT)

（征求意见稿）

在提交反馈意见时，请将您知道的相关专利连同支持性文件一并附上。

XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施

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纳米技术单壁碳纳米管挥发性组分测定逸出气体分析/气相色谱

质谱法

1范围

本标准说明了用逸出气体分析/气相色谱质谱（EGA/GCMS）测定SWCNTs中挥发性组分的方法。

本标准在应用中可能由于加热和催化剂的存在，排放气体和样品中气体含量的定性和定量结果会有

差异化。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB/T30544.3-2015纳米科技术语第3部分：碳纳米物体(ISO/TS80004-3:2010，IDT)

3术语和定义

GB/T30544.3-2015界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

ISO和IEC术语网址：

ISOOnlinebrowsingplatform:availableat/obp

IECElectropedia:availableat/

单壁碳纳米管single-wallcarbonnanotube(SWCNT)

石墨层卷成圆柱形成的碳纳米管。

逸出气体分析evolvedgasanalyse(EGA)

一种分析技术，当物质的温度按所设置的程序发生变化时分析该物质释放的挥发性生成物的种类和

/或量。

注：分析方法具有明确说明（参考文献[1]）。

逸出气体分析/质谱evolvedgasanalyse/massspectrometry(EGA/MS)

一种质谱技术，分析作为温度函数样品中逸出气体组分。

注：由于在某一特定温度下气体组分的逸出会同时出现，因此单独使用MS无法单独识别不同组分。

逸出气体分析/气相色谱质谱evolvedgasanalyse/gaschromatographmassspectrometry

(EGA/GCMS)

一种气相色谱和质谱结合的技术，分析作为温度函数样品中逸出气体化学组成。

注：逸出气体通过气相色谱（GC）分离为单一组分方便于MS单元识别。

挥发性组分volatilecompounds

考虑温度时从样品中逸出的组分。

4原理

1

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EGA/MS和EGA/GCMS用来表征SWCNTs样品中挥发性杂质。挥发性组分通过质谱识别，通常是像程序控

温热解或热重分析，在炉子里或其他适合的加热单元加热样品而逸出的气体组分。采用EGA/MS测定逸出

气体的温度范围。采用EGA/GCMS通过气相色谱毛细管柱分别识别每个组分。另外还可以通过热重分析

(TGA)中样品的质量损失和EGA/MS峰值得到定量信息。

注：技术细节可参考文献[2-6]。EGA/GCMS对TGA起着补充作用，TGA主要用于对于逸出气体组分的定量分析。

5设备

图1所示为EGA/MS示意图，包括炉子、不含有隔离柱的加热单元和MS单元。在EGA/MS中，从炉子中

出来的挥发性气体通过毛细管直接进入MS单元而不需要分离过程。

图2所示为EGA/GCMS示意图，包括炉子、含有隔离柱的GC单元和MS单元。在EGA/GCMS中，在炉子中

从样品中挥发出的所有组分由冷阱吸附，通过加热冷阱将气体引入GC单元。组分在GC单元中通过色谱柱

分离。

说明：

1：炉子

2：加热单元

3：MS单元

图1EGA/MS示意图

说明：

1：炉子

2

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2：冷阱

3：毛细管柱

4：GC单元

5：MS单元

图2EGA/GCMS示意图

6样品制备

样品制备不需要进行溶解和分散。对于定性分析，样品应引入EGA/MS或EGA/GCMS模式。为了避

免任何可能存在的挥发性物质的气化，样品在分析前不要放置高于30oC以上的环境。

7EGA/MS和EGA/GCMS测量程序

7.1总则

负载的SWCNT样品放入炉子，并加热到使用EGA/MS测量确定的气化温度范围，并使用EGA/GCMS

在指定温度范围内确定每种组分。

7.2EGA/MS测量程序

用校准过的天平称量SWCNT样品，需要量0.5mg到2mg，精度在0.01mg。

称量过的样品放入炉子，包含称量过的样品杯。

以恒定速率加热样品直到气体逸出为止。测量挥发性成分的总离子。使用EGA曲线确定起始温度

和气化的终点。

比较所观察到的质谱与质谱数据库，并确定逸出气体中的每种组分。为了准确的和质谱比较，电离

电压应与质谱数据库的电压一致。

由于含有混合组分，如果测得的谱图不能使用质谱数据库确定，应进行EGA/GCMS分析（见7.3）。

称量EGA/MS测量后的样品，精度在0.01mg。

加热速率取决于样品的热容量。用于EGA/MS的范围一般在15°C/min到25°C/min。

7.3EGA/GCMS测量程序

见7.2所示，称量SWCNT样品，需要量0.5mg到2mg，精度在0.01mg。

将样品放入炉子。

将样品以恒定的速率加热至气化终点或仪器上限温度中较低的温度。

将每个GC峰的电子电离（EI）质谱与质谱数据库进行比较，并确定逸出气体物种的每个组分。对

于合适的质谱比较，用于分析的电离能和调谐条件应与光谱数据库中的条件相匹配（通常为70电子伏）。

MS探测器应用校准参考物质校准。

加热速率取决于样品。为了缩短分析时间，用于EGA/GCMS的范围一般在45°C/min到60°C/min.捕

捉器的温度应低于-150°c。

8数据分析与结果解释

8.1定性分析

定性分析应以化合物的标准质谱信息为基础。通过将质谱与质谱数据库进行比较，确定逸出气体的

组分。

a)选择需要识别的组分；

b)扣除目标质谱的背景；

3

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c)查找质谱数据库内的相似谱图；

d)用标准谱图从候选中选择样品的可能成分。

注1：许多搜索软件和质谱数据库可用，例如，搜索NIST/EPA/NIH质谱库。

注2：使用这种方法，正己烷、苯和甲苯为例的试验见附录A和图A.4。

8.2质量损失分析

在SWCNT样品中挥发性组分用下列公式确定。

WW

P0t100

W0

式中：

P：挥发性杂质含量，以百分数表示；

W0：加热前样品质量，单位毫克(mg)；

Wt：加热后样品质量，单位毫克(mg)。

注：通常，GC/MS定量分析需要校准曲线，GC/MS曲线表示每种组分的信号强度和浓度之间的关系。对感兴趣的

所有组分准备校准曲线是不可能的。为此，只用EGA过程确定质量损失。

9精度和不确定度

目前，EGA/GCMA表征SWCNTs挥发性组分的测量不确定来源如下：

a)柱箱或探测器中温度波动；

b)MS探测器校准误差；

c)电离电压波动。

10测试报告

测试报告应包含如下内容。

a)引用技术规范包括出版年份的标识；

b)已识别成分，包括气相色谱-质谱分析结果；

c)质量损失百分比（%）；

d)仪器条件包括加热条件、启动温度和质量范围。

4

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A

A

附录A

（资料性）

研究示例

A.1总则

不同分析条件示例在A.2中给出。

A.2测量参数

测量参数如下：

1)EGA/MS

EGA单元

炉子温度1）保持样品在40°C，2min

2）以20°C/min的速率加热样品从40°C到750°C

GC（柱箱）

色谱柱毛细管柱[2.5mx0.15mm内径(ID)]

色谱柱温度300°C（GC柱箱保持温度）

载气氦气（99.99%）

柱头压力60kPa

进样温度230°C

进样方式1：15裂分

MS

离子源温度200°C

传输线温度300°C

电离方式电子电离

电离能70eV

扫描范围质荷比（m/z）10到400

扫描间距5s

2)EGA/GCMS

EGA单元

炉子温度以60°C/min的速率加热样品从150°C到600°C

GC（柱箱）

色谱柱气相-色谱柱[30mx0.32mm(ID)]

色谱柱温度以40°C/min的速率从40°C（保持1min）到200°C，以

25°C/min到250°C（保持23min）

载气氦气（99.99%）

柱头压力60kPa

进样温度230°C

进样方式1：15裂分

MS

离子源温度200°C

传输线温度260°C

5

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电离方式电子电离

电离能70eV

扫描范围m/z10到400

扫描间距0.5s

EGA/MS中EGA色谱图如图A.1所示。对于SWCNT样品，在200到600°C可观察到主要的逸出组分。

在这个逸出气体色谱图中，去除了水、氧气和氮气的m/z，以减少影响。

说明：

X：温度，单位°C

Y：丰度

图A.1EGA/MS中逸出气体轮廓图

基于逸出气体轮廓图结果，EGA/GCMS分析用来确认挥发性组分。图A.2所示为EGA/GCMS中总离

子色谱图（TIC）。TIC是通过绘制和保留时间相关的总发射电子电流得到的色谱图。

说明：

X：保留时间，单位min

Y：丰度

图A.2EGA/GCMS中总离子色谱图（TIC）

通过分析色谱中质谱谱峰，识别每种组分。在TIC中观察到几个峰。图A.3所示为保留时间约5分钟

的质谱谱峰图。

6

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a)保留时间（RT）约5分钟的质谱

b)标准数据库中正己烷的质谱

说明：

X：m/z

Y：保留时间

图A.3质谱识别

说明：

1：正己烷

2：苯

3：甲苯

图A.4SWCNT样品中几种组分的识别

与参考谱比较该化合物被确定为正己烷。通过质谱分析，如图A.4所示其他峰被确定为苯和甲苯为。

样品的质量从原来的总质量1.328mg，降低约0.055mg。这表明，在单壁碳纳米管中，4%的总质

量是包括水分的挥发性杂质。

a)图A.2中RT约为6min的质谱

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b)标准数据库中苯的质谱

c)标准数据库中甲苯的质谱

说明：

X：m/z

Y：相对丰度

图A.5图A.4中RT约为6和7分钟的质谱（上图）以及

标准光谱数据库中苯和甲苯的质谱（下图）

8

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参考文献

[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《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定

起草。

本文件使用翻译法等同采用国际标准ISO/TS11251：2019《纳米技术单壁碳纳米管挥发性组分测

定逸出气体分析/气相色谱质谱法》。

请注意本文件的某些内容有可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任

本文件由中国科学院提出。

本文件由全国纳米技术标准化技术委员会（SAC/TC279）归口。

本文件起草单位：国家纳米科学中心、北京市科学技术研究院分析测试研究所（北京理化分析测试

中心）、北京科技大学

本文件主要起草人：朴玲钰、常怀秋、高峡、曹文斌

I

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纳米技术单壁碳纳米管挥发性组分测定逸出气体分析/气相色谱

质谱法

1范围

本标准说明了用逸出气体分析/气相色谱质谱（EGA/GCMS）测定SWCNTs中挥发性组分的方法。

本标准在应用中可能由于加热和催化剂的存在，排放气体和样品中气体含量的定性和定量结果会有

差异化。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB/T30544.3-2015纳米科技术语第3部分：碳纳米物体(ISO/TS80004-3:2010，IDT)

3术语和定义

GB/T30544.3-2015界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

ISO和IEC术语网址：

ISOOnlinebrowsingplatform:availableat/obp

IECElectropedia:availableat/

单壁碳纳米管single-wallcarbonnanotube(SWCNT)

石墨层卷成圆柱形成的碳纳米管。

逸出气体分析evolvedgasanalyse(EGA)

一种分析技术，当物质的温度按所设置的程序发生变化时分析该物质释放的挥发性生成物的种类和

/或量。

注：分析方法具有明确说明（参考文献[1]）。

逸出气体分析/质谱evolvedgasanalyse/massspectrometry(EGA/MS)

一种质谱技术，分析作为温度函数样品中逸出气体组分。

注：由于在某一特定温度下气体组分的逸出会同时出现，因此单独使用MS无法单独识别不同组分。

逸出气体分析/气相色谱质谱evolvedgasanalyse/gaschromatographmassspectrometry

(EGA/GCMS)

一种气相色谱和质谱结合的技术，分析作为温度函数样品中逸出气体化学组成。

注：逸出气体通过气相色谱（GC）分离为单一组分方便于MS单元识别。

挥发性组分volatilecompounds

考虑温度时从样品中逸出的组分。

4原理

1

GB/ZXXXXX—

EGA/MS和EGA/GCMS用来表征SWCNTs样品中挥发性杂质。挥发性组分通过质谱识别，通常是像程序控

温热解或热重分析，在炉子里或其他适合的加热单元加热样品而逸出的气体组分。采用EGA/MS测定逸出

气体的温度范围。采用EGA/GCMS通过气相色谱毛细管柱分别识别每个组分。另外还可以通过热重分析

(TGA)中样品的质量损失和EGA/MS峰值得到定量信息。

注：技术细节可参考文献[2-6]。EGA/GCMS对TGA起着补充作用，TGA主要用于对于逸出气体组分的定量分析。

5设备

图1所示为EGA/MS示意图，包括炉子、不含有隔离柱的加热单元和MS单元。在EGA/MS中，从炉子中

出来的挥发性气体通过毛细管直接进入MS单元而不需要分离过程。

图2所示为EGA/GCMS示意图，包括炉子、含有隔离柱的GC单元和MS单元。在EGA/GCMS中，在炉子中

从样品中挥发出的所有组分由冷阱吸附，通过加热冷阱将气体引入GC单元。组分在GC单元中通过色谱柱

分离。

说明：

1：炉子

2：加热单元

3：MS单元

图1EGA/MS示意图

说明：

1：炉子

2

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2：冷阱

3：毛细管柱

4：GC单元

5：MS单元

图2EGA/GCMS示意图

6样品制备

样品制备不需要进行溶解和分散。对于定性分析，样品应引入EGA/MS或EGA/GCMS模式。为了避

免任何可能存在的挥发性物质的气化，样品在分析前不要放置高于30oC以上的环境。

7EGA/MS和EGA/GCMS测量程序

7.1总则

负载的SWCNT样品放入炉子，并加热到使用EGA/MS测量确定的气化温度范围，并使用EGA/GCMS

在指定温度范围内确定每种组分。

7.2EGA/MS测量程序

用校准过的天平称量SWCNT样品，需要量0.5mg到2mg，精度在0.01mg。

称量过的样品放入炉子，包含称量过的样品杯。

以恒定速率加热样品直到气体逸出为止。测量挥发性成分的总离子。使用EGA曲线确定起始温度

和气化的终点。

比较所观察到的质谱与质谱数据库，并确定逸出气体中的每种组分。为了准确的和质谱比较，电离

电压应与质