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sncl3的杂化类型和空间构型(利用APGC电离源拓展GC)

sncl3的杂化类型和空间构型(利用APGC电离源拓展GC)样品3:180次充电循环的样品样品2:40次充电循环的样品锂离子二次电池电解液由碳酸二乙酯、碳酸甲酯乙酯、碳酸氟乙酯、六氟磷酸锂和专有添加剂组成。电解液用于制备二次电池,然后在固定电压下进行充放电。电解液样品是用碳酸二甲酯从经过处理的电池中提取出来的。样品1:1次充电循环的样品

利用APGC电离源拓展GC/MS和LC/MS的未知化合物鉴定能力

GC/MS和LC QTof技术都是未知化合物分析常用的表征手段,但GC/MS的NIST谱库标准匹配常常会遇到由于样品复杂或者灵敏度低、匹配度不高等问题,难以最终确证;而QTOF四极杆串联飞行时间质谱成本高昂,对数据解析的时间耗费远大于数据采集,大部分情况下仪器并未满负荷运作,增置GC QTOF设备需要多方权衡。

沃特世通用电离源设计,允许在单个系统上分别应用ESCi和APGC的电离接口,实现样本中低挥发性和高挥发性的化合物在同一质谱平台实现表征。对于样品多样且复杂的行业应用,无论是可溶出物和萃取物、燃油添加剂、锂电池电解液、农用化学品,还是日化行业等,均可以很好地解决定性表征的难题。

锂离子电池电解液分析为例,研发人员旨在保证安全的基础上,加快充电速度(或更简单的无线充电技术),提升电池应用温度范围。为了实现更小、更轻的电池设计,制造商需要透彻了解锂离子电池充放电循环中发生的化学变化,一方面有助于提升电池技术的性能和质量;另一方面,可以对添加剂的寿命进行把控、专利配方进行保护。

样品制备

锂离子二次电池电解液由碳酸二乙酯、碳酸甲酯乙酯、碳酸氟乙酯、六氟磷酸锂和专有添加剂组成。电解液用于制备二次电池,然后在固定电压下进行充放电。

电解液样品是用碳酸二甲酯从经过处理的电池中提取出来的。

样品1:1次充电循环的样品

样品2:40次充电循环的样品

样品3:180次充电循环的样品

样品4:200次充电循环的样品

样品5:未经充电循环的样品(阴性对照)

实验条件

sncl3的杂化类型和空间构型(利用APGC电离源拓展GC)(1)

图1. 实验条件(点击查看大图)

结果与讨论

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图2. 1次和200次充放电循环的LC-MS和APGC-MS 色谱图

在1次和200次充放电循环的谱图中,LC色谱图有明显的差异,特别是在3-5分钟的保留时间附近。APGC色谱图显示,在首次检查时,增加电荷循环的初始差异较小。基于这个原因,我们后续应用主成分分析(PCA)来确定目视检查中不明显的样品之间的差异。

将充放电循环(YY)前的电解质溶液与经历1、40、180和200次充电循环的样品的三份分析进行了比较(分别是样品1#,2#,3#,4#)(下图)

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图3. 1次、40次、180次和200次充放电循环样品的PCA结果

上述PCA图表明,样品成分确实存在差异。同样值得注意的是,根据充放电循环的次数,样品可以分为两个不同的组,低数值(1次和40次)的样本被紧密地分组在图的右上象限,高数值(180次和200次)的样本被紧密地分组在图的右下象限。

我们再次比较充放电1次(1#)和200次(4#)的OPLS-DA的结果,区分哪些化合物发生了变化,在该图中一个点代表一个化合物信息,离散在轴两端的化合物则是重现性最好、差异化最大的组分,选择或依据显著差异标准划分感兴趣的化合物,这些信息会自动进入候选化合物列表,等待进一步分类或解析。

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图4. 1次(1#)和200次(4#)充放电循环样品的OPLS-DA比较图

如下图,在解析流程中,可以对候选化合物列表中的组分,查看在不同样品中的趋势分布,还可以应用解析工具包,筛选可能的分子式和搜索可能的结构信息,进一步还可以通过碎片离子信息进行确证。

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图5. UNIFI多元统计学分析流程 — marker解析

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图6. A)基于chemspider数据库搜索的建议结构;B)Massfragment基于碰撞室高能量的谱图信息进行碎片匹配

要点提示

A:

一个能够同时分析易挥发性和非易挥发性成分的综合解决方案,被认为是无目标发现工作流程的关键。同时,很多挥发性化学成分不稳定,GCMS中采用的EI技术可能导致过度碎片化,需要多次实验(例如利用CI源再次分析),以便于推测和发现前体信息。沃特世选择了更温和的APGC离子化,更高灵敏度的分子离子峰,以帮助结构解析。在这样的工作流程中采用双入口HRMS解决方案,它允许对分析样品的挥发性(GC入口)和非挥发性(LC入口)成分进行即时比较、对比和潜在识别。

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图7. 1次充放电循环的电解液APGC质谱图

上图显示了在APGC模式下采集的1#样品(充放电循环1次)的GC-MS数据,UNIFI能够根据分子离子和碎片的准确质量,通过筛选已知电解质组分的内部谱库,对样品中的一些组分进行鉴定。

B:

下图概述了一个基本的工作流程,如何通过增加充放电循环次数,来确定电池电解液中标志性有机化合物。

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图8. 在充放电过程中获取化合物成分变化的工作流程概览

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