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HPR-20 OEMS 線上電化學氣體質譜分析系統
HPR-20 OEMS－線上電化學氣體質譜分析系統
即時連續分析電化學反應所產生的氣體與蒸氣，掌握 Applied Potential 與 Gas Evolution 的關聯
Hiden HPR-20 OEMS（Online Electrochemical Mass Spectrometry）是一套專為電化學反應氣體即時分析設計的高靈敏度質譜系統，可連續量測電池或電化學反應過程中產生的氣體與揮發性物種。
透過 Ultra-Low Flow Sampling，可直接連接 Headspace 或適用的 Electrochemical Cell，在極低取樣流量下持續追蹤 O2、CO2、H2、H2O 及其他反應產物，並與電位、電流及實驗時間建立即時關聯。
HPR-20 OEMS 系統概述
將高靈敏度 Mass Spectrometry 與 Electrochemical Experiment 即時整合。
在電池與電化學研究中，Gas Evolution 往往直接反映 Electrolyte Decomposition、Electrode Reaction、Catalyst Activity、Side Reaction 與材料穩定性。
HPR-20 OEMS 可在施加電位或充放電程序進行的同時，連續監測反應系統釋放出的 Gas Species，因此研究者不僅能知道「產生了什麼氣體」，也能判斷氣體在什麼 Potential、Current、Capacity 或 Reaction Stage 開始產生。
系統可搭配 Ultra-Low Flow Capillary 進行 Headspace Sampling，亦可與 EL-Cell 等適用的 Electrochemical Cell 連接，降低對密閉電化學系統本身造成的擾動。
OEMS 線上電化學質譜分析原理
從電化學反應、超低流量取樣到即時 Mass Spectrometry 的完整分析流程。
Electrochemical Reaction
電池、電極或電催化系統依設定 Potential、Current 或 Charge / Discharge Program 進行反應。
Ultra-Low Flow Sampling
利用低流量採樣介面連續取樣 Headspace 或 Electrochemical Cell 中產生的 Gas / Vapour Species。
Real-Time MS Analysis
Quadrupole Mass Spectrometer 即時分析不同 m/z 訊號，並與電化學條件同步建立 Gas Evolution Profile。
QIC-ULF 超低流量加熱取樣系統
在維持電化學系統條件的同時，快速輸送極低流量氣體與蒸氣至質譜儀。
Ultra-Low Flow Real-Time Sampling
HPR-20 OEMS 的重要核心之一，是針對 Electrochemical Gas Analysis 設計的 Ultra-Low Flow Sampling Architecture。
Hiden QIC-ULF 採 Quartz-Lined Sampling Interface，最高操作溫度可達約 200°C，可降低 Water Vapour、Condensable Species 與其他具吸附性的氣體在取樣管路中的滯留。
原廠目前標示，對多數常見氣體與蒸氣，包括 Water Vapour，可提供小於約 3 秒的快速反應時間。
依實驗配置，HPR-20 OEMS 可使用不同 Sampling Flow Range 與 Interface，以配合 Headspace、Battery Cell、Flow Cell 或其他特殊 Electrochemical Reactor。
高靈敏度氣體分析與 Mass Range
標準 200 amu，可依高靈敏度、腐蝕性與冷凝性物種需求升級 3F 300 amu 系統。
| Standard Mass Range | 200 amu |
|---|---|
| Standard Detection Capability | 低於約 100 ppb |
| Optional 3F Mass Range | 300 amu Triple-Stage Mass Filter |
| 3F Detection Capability | 可延伸至約 5 ppb |
| Sampling Interface | QIC-ULF Quartz-Lined Ultra-Low Flow Inlet |
| Maximum Inlet Temperature | 最高約 200°C |
| Typical Gas / Vapour Response | 多數常見氣體與蒸氣小於約 3 秒 |
| Quantitative Output | ppm / ppb / % Concentration |
| Electrochemical Integration | Headspace Sampling / Electrochemical Cell / Potentiostat Signal Integration |
| Soft Ionisation | APSI-MS Soft Ionisation Mode |
| Software | Hiden MASsoft Professional / QGA Software Functions |
3F Triple Filter 高階配置
針對更低 Detection Limit、Abundance Sensitivity 與腐蝕性／冷凝性物種分析。
標準 HPR-20 OEMS 使用 200 amu Mass Range，可滿足大多數電化學 Gas Evolution Research。
若研究需要更高 Abundance Sensitivity、更低 Detection Limit，或分析較具挑戰性的 Corrosive / Condensable Species，可選配 3F Series 300 amu Triple-Stage Mass Filter。
3F 架構可將 Detection Capability 延伸至約 5 ppb，並提供更佳的抗污染能力，特別適合複雜 Electrolyte Decomposition Products 與 Advanced Battery Research。
APSI-MS Soft Ionisation 軟電離分析
降低分子 Fragmentation，使複雜電化學反應產物更容易辨識。
傳統 Electron Impact Ionisation 可能使部分 Molecules 產生多個 Fragment Ions，當不同反應產物具有重疊 Fragment Pattern 時，會增加複雜混合氣體判讀難度。
Hiden APSI-MS Soft Ionisation 可透過調整 Electron Energy，降低特定 Molecular Species 的 Fragmentation，協助辨識較複雜的 Volatile Electrochemical Products。
對 Battery Electrolyte、Organic Vapours、Electrochemical Intermediates 與複雜 Gas Mixtures，Soft Ionisation 可作為一般 70 eV Electron Impact Spectrum 的重要補充分析方式。
Potentiostat 與電化學訊號同步
將 Potential、Current 與 Mass Spectrometer Gas Signal 建立同一時間軸。
OEMS 最重要的研究價值並非單獨量測氣體濃度，而是將 Gas Evolution 與 Electrochemical Condition 直接建立時間關聯。
HPR-20 OEMS 可搭配適當的 Potentiostat Interface，將 Potential、Current 或 Trigger Signal 與 Mass Spectrometer Data 同步擷取。
因此研究者可直接比較某一 m/z 或定量 Gas Concentration 與 Charging Voltage、Discharging Voltage、Current、Capacity 或 Reaction Time 的變化。
HPR-20 OEMS 主要特色
針對 Battery、Electrochemistry 與低流量 Gas Evolution Research 設計。
- Continuous Online Electrochemical Mass Spectrometry
- Ultra-Low Flow Real-Time Sampling
- Headspace / Electrochemical Cell Sampling
- QIC-ULF Quartz-Lined Heated Inlet
- 最高約 200°C Sampling Temperature
- 多數氣體／蒸氣反應時間小於約 3 秒
- 標準 200 amu Mass Range
- 標準 Detection Capability <100 ppb
- 選配 3F 300 amu Triple Filter
- 3F Configuration Detection 至約 5 ppb
- APSI-MS Soft Ionisation
- Potentiostat / External Signal Integration
HPR-20 OEMS 典型應用
從鋰電池 Gas Evolution 到 Electrolyte Degradation、電催化與能源材料研究。
Lithium-Ion Batteries
即時追蹤充放電過程中的 O2、CO2、H2 及其他 Gas Evolution，研究電極與電解液穩定性。
Electrolyte Decomposition
研究不同 Potential、Temperature 或 Cycling Condition 下的 Electrolyte Degradation 與 Volatile Products。
Cathode / Anode Materials
比較不同正極、負極與表面處理材料對 Gas Generation、Side Reaction 與循環穩定性的影響。
Battery Safety Research
研究 Overcharge、High Voltage、Thermal Stress 或材料劣化過程中的 Gas Evolution Behaviour。
Electrocatalysis
即時分析 Hydrogen Evolution、Oxygen Evolution、CO2 Reduction 及其他 Electrochemical Reaction Products。
Fuel Cell Research
研究 Catalyst Degradation、Electrode Reaction 與不同操作條件下的 Gas / Vapour Products。
Electrochemical CO₂ Reduction
追蹤 CO2 Conversion 與反應生成的揮發性 Gas Products，建立 Product Signal 與 Applied Potential 的關聯。
Advanced Energy Materials
適用於新型 Battery Chemistry、Electrode Coatings、Electrolytes 與其他能源材料的 Gas Evolution Research。
何時適合使用 OEMS？
當研究重點不只是「有什麼氣體」，而是「在什麼電化學條件下產生多少氣體」。
一般離線 Gas Chromatography 或實驗結束後的 Headspace Analysis，可以確認部分最終氣體組成，但較難完整掌握 Gas Evolution 隨 Potential 或 Time 的瞬態變化。
OEMS 可於 Electrochemical Experiment 進行期間連續取樣，因此可觀察 Gas Generation Onset、Peak、Transient Behaviour 與 Reaction Stage。
對於鋰電池電解液分解、High-Voltage Cathode、Electrocatalysis、Gas Evolution Mechanism 與 Battery Safety研究，這種 Time-Resolved Information 往往具有重要價值。
MASsoft Professional 與定量分析
即時監測、定量濃度、Trend Display、Soft Ionisation 與外部電化學訊號整合。
HPR-20 OEMS 搭配 Hiden Software，可進行 Mass Spectrum、Multiple Ion Monitoring、Trend Analysis、Data Logging 與 Quantitative Gas Analysis。
經適當 Calibration 後，可將質譜 Signal 轉換為 ppm、ppb 或 % Concentration，方便不同 Battery、Electrode、Electrolyte 與 Cycling Condition 之間進行定量比較。
- Mass Spectrum Acquisition
- Multiple Ion Monitoring
- Real-Time Trend Analysis
- Quantitative ppm / ppb / % Output
- Automatic Spectral Analysis
- APSI-MS Soft Ionisation
- External Potential / Current Data Integration
- Data Logging and Export
Hiden 電化學質譜應用影片
Mass Spectrometers for Electrochemistry Applications
恩詠有限公司－Hiden HPR-20 OEMS 電化學氣體分析系統技術服務
HPR-20 OEMS 的實際分析能力會受到 Electrochemical Cell、Headspace Volume、Sampling Flow、Target Gas Species、Gas Evolution Rate、Required Response Time、Mass Range、Detection Limit 與 Condensable / Corrosive Species 等條件影響。
恩詠有限公司可依客戶的Battery Chemistry、Electrode Material、Electrolyte、Target Gas、Cell Type、Potentiostat、Sampling Flow、Mass Range、Detection Limit、APSI Soft Ionisation 與 Gas Quantification需求，協助評估 HPR-20 OEMS 的適合配置與電化學質譜分析方案。