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HPR-40 DEMS 即時差分電化學反應氣體分析系統
HPR-40 DEMS－差分電化學質譜即時氣體分析系統
Real-Time DEMS－同步分析電化學反應中的氣體、揮發性產物與溶解物種
Hiden HPR-40 DEMS 是專為電化學、電催化、燃料電池、CO₂ 還原、電池與腐蝕研究開發的 Differential Electrochemical Mass Spectrometry 系統。
系統可將 Electrochemical Cell 與高靈敏度 Quadrupole Mass Spectrometer 直接連接，即時監測反應過程中生成或消耗的 Gas / Volatile Species，並將質譜訊號與 Potential、Current 及 Time 同步分析。
相較傳統離線取樣後再進行 GC 或其他氣體分析，HPR-40 DEMS 可直接觀察 Reaction Pathway、Intermediate Species 與 Product Selectivity 的動態變化。
HPR-40 DEMS 系統概述
將 Electrochemistry 與 Real-Time Mass Spectrometry 整合於同一套分析平台。
Differential Electrochemical Mass Spectrometry（DEMS）是一種將電化學量測與質譜分析直接結合的原位分析技術。
當電極表面發生氧化、還原、電催化或電池相關反應時，產生的 H₂、O₂、CO₂、CO、Hydrocarbons、Volatile Intermediates 或其他氣態與溶解物種，可透過特殊 Membrane Interface 快速傳輸至 Mass Spectrometer。
由於 Gas Evolution Signal 與 Electrochemical Potential / Current 可同步量測，因此研究人員能直接判斷特定電位區間發生的 Reaction Pathway、Reaction Onset、Product Formation、Catalyst Activity 與 Selectivity。
HPR-40 DEMS 採模組化架構，可搭配多種 Electrochemical Cell、Probe 及外部反應器，因此能由基礎 Electrocatalysis 延伸至 Fuel Cell、Battery、CO₂ Reduction、Corrosion 及其他先進能源研究。
DEMS 即時電化學質譜分析原理
將電極反應產物直接導入住譜儀，建立 Potential / Current / Mass Signal 的即時關聯。
Electrochemical Reaction
施加 Potential 或 Current，使 Working Electrode 表面發生氧化、還原或電催化反應。
Membrane Sampling
氣態或溶解反應產物透過 Nanoporous / Hydrophobic Sampling Interface 傳輸至真空質譜系統。
Real-Time MS Analysis
Mass Spectrometer 即時監測 Selected Mass Channels，並與 Potential、Current 及 Time 同步記錄。
ECL Series 電化學分析介面
ECL-Insight、ECL-Static 與 ECL-Probe 提供不同電極、流動與溶解氣體分析方式。
ECL-Insight
針對高速 Electrocatalysis 與直接 Electrode-to-MS Analysis 設計，使反應產物可在電極／電解液界面形成後迅速進入住譜儀。
ECL-Static
配置 Vitreous Carbon Working Electrode，可由使用者塗覆 Catalyst，並可依需要配置為 Static 或 Flow Cell。
ECL-Probe
用於標準或客製化 Electrochemical Cell 中的 Direct Dissolved Gas Analysis，非金屬設計可直接浸入 Electrolyte。
External / OEM Cells
可與既有 Electrochemical Cell、Flow Reactor 及部分第三方系統整合，進行 OEMS 或 Online Electrochemical Mass Spectrometry。
ECL-Insight－高速電催化反應分析
將反應產物在電極界面直接導入住譜儀，提高時間解析與 Product Collection Efficiency。
ECL-Insight 將 Working Electrode 配置於 Sampling Membrane 附近，使電催化生成物可在形成後迅速進入 Mass Spectrometer。
Hiden 現行資料指出，此配置具有 Near-Instantaneous Time Response，並可支援快速 Voltage Sweep，特別適合需要觀察 Transient Reaction Behaviour 的研究。
系統可應用於CO₂ Reduction、Hydrogen Evolution、Isotope Labelling 與其他 Electrocatalytic Reaction，並可研究局部 CO₂ Depletion、Intermediate Species 以及濃度效應。
ECL-Insight 採 Dual-Chamber Architecture，可降低 Counter-Electrode Products 對 Working Electrode 區域造成的交叉污染與 Catalyst Poisoning。
ECL-Static－可塗覆催化劑工作電極
適合材料比較、催化劑篩選及一般電化學反應機制研究。
ECL-Static 標準配置 Vitreous Carbon Working Electrode，研究人員可依實驗需求將 Catalyst Ink、Nanoparticles、Thin Film 或其他 Electrocatalytic Material 塗覆於電極表面。
Cell 可依研究條件配置為 Static 或 Flow Operation，額外 Ports 可用於 Electrolyte Inlet / Outlet 或其他 Electrode Configuration。
此架構適合需要比較不同 Catalyst Composition、Loading、Surface Treatment 與 Electrochemical Condition 的研究。
ECL-Probe－直接溶解氣體分析
將 DEMS Sampling 延伸至既有 Electrochemical Cell 與客製化反應器。
ECL-Probe 可直接置入標準或客製化 Electrochemical Cell 中，用於即時量測 Electrolyte 內的 Dissolved Gas Species。
其非金屬式設計使 Probe 可完全浸入 Electrolyte，而不易與 Electrochemistry 本身產生額外金屬材料交互作用。
特殊 Hydrophobic Support 可提高 Gas Sampling Selectivity，並可直接連接 HPR-40 DEMS。
此架構也使研究人員能在不更換原有 Electrochemical Cell Geometry 的情況下，加入 Real-Time Mass Spectrometry Analysis。
快速時間響應與電化學同步分析
直接觀察 Applied Potential、Current 與 Gas Evolution 之間的時間關係。
DEMS 的核心優勢之一，是將 Reaction Product Detection 與 Electrochemical Signal 進行時間同步。
當電位掃描經過特定 Reaction Potential 時，研究人員可立即觀察相關 Mass Channel 的上升、下降或峰值，因此能判斷 Reaction Onset、Intermediate Formation 與 Product Selectivity。
HPR-40 DEMS 可與 Electrochemical Workstation 進行資料同步，並使用 QGA Software 將 Potential、Current、Time 與 Mass Spectrometer Signals 顯示於 Multiple-Axis Graph。
這使 CV、LSV、Chronoamperometry 與其他 Electrochemical Experiment 能與氣體生成行為直接比對。
HPR-40 DEMS 主要特色
模組化 Electrochemical MS Platform，支援多種 Cell、Sampling Interface 與即時同步分析。
- Differential Electrochemical Mass Spectrometry
- Real-Time Gas / Volatile Species Analysis
- Dissolved Gas Analysis
- Near-Instantaneous Electrode-to-MS Response
- Mass Range 最高 200 amu
- 300 amu Mass Range Option
- ECL-Insight Electrochemical Cell
- ECL-Static Vitreous Carbon Working Electrode
- ECL-Probe Direct Dissolved Gas Sampling
- Replaceable Nanoporous Membrane Interface
- Potential / Current / Time / MS Signal Synchronisation
- Modular Multi-Application Platform
HPR-40 DEMS 系統重點規格
依 Hiden Analytical 現行 HPR-40 DEMS 官方產品資料整理。
| System Type | Differential Electrochemical Mass Spectrometry System |
|---|---|
| Main Function | Real-Time Analysis of Electrochemical Gas / Volatile / Dissolved Species |
| Mass Range | 最高 200 amu；300 amu Option |
| Electrochemical Interface | ECL-Insight / ECL-Static / ECL-Probe |
| ECL-Insight | Direct Electrode-to-MS Interface for High-Speed Electrocatalysis Analysis |
| ECL-Static | Vitreous Carbon Working Electrode；User-Coatable；Static / Flow Configuration |
| ECL-Probe | Direct Dissolved Gas Analysis in Standard or Custom Electrochemical Cells |
| Sampling Interface | Replaceable Nanoporous / Hydrophobic Membrane Interface |
| Data Acquisition | Mass Scan / Multiple Species Time-Intensity Trend Monitoring |
| Electrochemical Synchronisation | Potential / Current / Time / Mass Spectrometer Signal |
| Software | MASsoft Professional / QGAsoft / Application-Specific Analysis Tools |
| Instrument Control | USB 2.0 / RS232 / Ethernet |
| External Integration | I/O for External Electrochemical Workstation and Experimental Data |
HPR-40 DEMS 典型應用
從 Electrocatalysis 到 Fuel Cell、CO₂ Reduction、Battery 與 Corrosion Research。
CO₂ Reduction
即時分析 CO₂ 電化學還原過程中的 CO、H₂、Hydrocarbon 及其他反應產物，研究 Product Selectivity 與 Reaction Pathway。
Fuel Cell Research
監測 Fuel Cell 與 Electrocatalyst 反應中的 Gas Evolution、Catalyst Degradation 與 Reaction Intermediates。
Hydrogen Evolution
同步量測 Applied Potential / Current 與 H₂ Evolution，評估 Catalyst Activity、Onset Potential 與 Reaction Kinetics。
Oxygen Reduction Reaction
研究 ORR Reaction Pathway、Catalyst Performance、Byproducts 與不同 Electrochemical Conditions 對反應的影響。
Battery Research
分析 Lithium-Ion、Metal-Air 與其他 Battery Chemistry 在 Charge / Discharge 或 Abuse Condition 下的 Gas Evolution。
Electrocatalyst Evaluation
比較 Catalyst Composition、Surface Treatment、Loading 與 Potential 對氣體產物生成及 Selectivity 的影響。
Corrosion Studies
即時觀察 Corrosion Process 中產生或消耗的氣態物種，研究材料腐蝕機制與反應速率。
Isotope Labelling
配合 D₂O、¹³CO₂ 或其他 Isotope Labelling Strategy，研究 Reaction Pathway 與反應產物來源。
為何使用 DEMS 即時分析？
避免僅依賴離線取樣，直接看到電極反應發生當下的氣體組成變化。
傳統 Electrochemical Gas Analysis 常需要先收集 Headspace 或 Outlet Gas，再利用 GC、GC-MS 或其他設備進行後續分析。
這類方法適合最終 Product Quantification，但時間解析度受到 Sampling Interval 與 Sample Transfer 影響，不容易直接觀察快速 Transient Reaction。
HPR-40 DEMS 將 Mass Spectrometer Sampling Interface 直接配置於 Electrochemical Experiment，因此可將Gas Evolution 與 Potential / Current 變化即時對應。
對於 Reaction Onset、Short-Lived Intermediate、Selectivity Change、Catalyst Degradation 與快速 Voltage Sweep 等研究，DEMS 能提供離線分析較難取得的時間解析資訊。
MASsoft Professional 與 QGAsoft 資料整合
質譜控制、Multiple Ion Monitoring、定量分析與 Electrochemical Data Synchronisation。
HPR-40 DEMS 搭配 Hiden Mass Spectrometry Software，可進行 Mass Scan、Selected Ion Monitoring、Time / Intensity Trend Analysis 與 Data Logging。
MASsoft Professional 提供 Instrument Control，並可透過 USB 2.0、RS232 或 Ethernet 連接質譜儀，同時透過 External I/O 讀取外部設備資料。
QGAsoft 則提供 Quantitative Gas and Vapour Analysis，並可利用 Multiple-Axis Display 將 Potential、Current、Time 與 Mass Spectrometer Signals 同步呈現。
- Mass Spectrum Acquisition
- Multiple Ion Monitoring
- Time / Intensity Trend Analysis
- Potential / Current Synchronisation
- Real-Time Gas Monitoring
- Quantitative Gas Analysis
- External Device Data Integration
- Data Logging and Export
DEMS 差分電化學質譜介紹影片
An Introduction to DEMS－Differential Electrochemical Mass Spectrometry
恩詠有限公司－Hiden HPR-40 DEMS 電化學質譜分析系統規劃
DEMS 系統的實際分析效能會受到 Electrochemical Cell Geometry、Working Electrode、Catalyst Loading、Electrolyte、Membrane Interface、Gas Species、Expected Concentration、Electrochemical Scan Rate 與所需 Time Response 影響。
恩詠有限公司可依客戶的CO₂ Reduction、Hydrogen Evolution、ORR / OER、Fuel Cell、Battery、Corrosion、Electrocatalyst、Isotope Labelling、Gas Evolution、Dissolved Gas Analysis、Electrochemical Workstation 與 Cell Configuration需求，協助評估 ECL-Insight、ECL-Static、ECL-Probe 以及適合的 Hiden HPR-40 DEMS 系統配置。