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Hiden HPR-20 OEMS 電化學線上逸出氣體質譜分析系統
HPR-20 OEMS－線上電化學逸出氣體質譜分析系統
Ultra-Low Flow 即時分析電池與電化學反應中的 Evolved Gases and Vapours
Hiden HPR-20 OEMS 是專為Online Electrochemical Mass Spectrometry設計的即時氣體分析系統，可連續監測電化學反應中產生的氣體與蒸氣，並與 Applied Potential、Current 及 Reaction Time 建立對應關係。
系統採用 Hiden QIC-ULF 超低流量石英內襯取樣介面，特別適合 Li-ion Battery、Electrolyte Decomposition、Headspace Sampling 及其他需要降低 Sample Disturbance 的電化學產氣研究。
HPR-20 OEMS 系統概述
以超低流量連續取樣，直接追蹤電池與電化學反應的氣體演化行為。
Online Electrochemical Mass Spectrometry（OEMS）可將電池或 Electrochemical Cell 中產生的 Gas Evolution 直接送入住譜分析器，取得不同氣體 Species 隨時間與電化學條件變化的即時資訊。
HPR-20 OEMS 的 QIC-ULF（Quartz Inert Capillary Ultra-Low Flow）Sampling Inlet 可用於 Headspace Sampling，也可連接 EL-CELL 類型及其他適合的 Electrochemical Cells。
超低取樣流量的主要優點，是降低連續抽取氣體對小體積 Cell、Battery Headspace 與內部 Gas Equilibrium 造成的擾動，使長時間 Charge / Discharge 與 Cycling Experiment 更適合進行連續分析。
核心分析性能
標準 200 amu 系統與高靈敏度 3F Triple Filter 配置，可依研究需求選擇。
| Sampling Interface | QIC-ULF Quartz-Lined Ultra-Low Flow Inlet |
|---|---|
| Sampling Mode | Headspace Sampling / Electrochemical Cell Connection |
| Maximum Inlet Temperature | 最高約 200°C |
| Typical Response | 多數常見氣體與蒸氣，包括 Water Vapour，低於約 3 秒 |
| Standard Mass Range | 200 amu |
| Standard Detection | <100 ppb |
| Optional 3F System | 300 amu Triple-Stage Mass Filter |
| 3F Detection | 最低可達約 5 ppb |
| High-Speed Acquisition | 依配置最高可達約 1000 Measurements/s |
| Software | QGAsoft / MASsoft Professional |
標準 OEMS 與 3F Triple Filter 配置
依 Detection Limit、Abundance Sensitivity、腐蝕性與冷凝性物種需求選擇適合分析器。
Standard HPR-20 OEMS
適合多數一般電池與電化學產氣研究，兼具良好靈敏度與 Mass Range。
- 200 amu Mass Range
- Detection <100 ppb
- QIC-ULF Ultra-Low Flow Sampling
- Headspace / Electrochemical Cell Analysis
- 適合一般 Battery Gas Evolution Research
3F Triple Filter OEMS
針對更高 Abundance Sensitivity、較低 Detection Limit 與困難樣品條件設計。
- 300 amu Mass Range
- Detection 約 5 ppb
- Triple-Stage Mass Filter
- Enhanced Contamination Resistance
- 適合 Corrosive / Condensable Species
QIC-ULF 超低流量取樣介面
降低對 Cell Headspace 的擾動，同時保留快速氣體傳輸與加熱能力。
Quartz Inert Capillary Ultra-Low Flow
Hiden QIC-ULF 採用 Quartz-Lined Ultra-Low Flow Sampling Architecture，可將 Electrochemical Cell 或 Battery Headspace 中的氣體連續導入住譜儀。
相較於一般較高 Flow Sampling，ULF 架構可降低 Headspace Gas 被過度抽取的情況，對容量有限或 Gas Volume 很小的 Cell 特別重要。
Sampling Interface 可加熱至約 200°C，有助於降低 Water Vapour 與部分 Condensable Species 在 Transfer Line 中產生 Condensation、Adsorption 或 Memory Effect。
OEMS 的分析價值
直接把 Electrochemical Signal 與實際 Gas Evolution 建立時間關聯。
傳統 Battery Cycling 或 Electrochemical Measurement 可量測 Capacity、Potential、Current、Impedance 等電性資訊，但無法單靠這些訊號直接判斷實際形成哪些氣體。
OEMS 可即時追蹤 H₂、O₂、CO、CO₂、CH₄、C₂H₄ 以及其他 Gas / Volatile Species，並比較其與 Potential、State of Charge、Cycle Number 或 Reaction Time 的關係。
這些資訊可協助研究 Electrolyte Decomposition、Electrode Side Reactions、SEI / CEI Formation、Material Degradation 與異常 Gas Evolution。
鋰離子電池與先進電池研究
即時觀察 Charge / Discharge、Formation 與 Cycling 過程中的氣體生成。
在 Lithium-Ion Battery 中，Electrolyte、Cathode、Anode 與 Interface Layer 可能於不同 Potential 與 State of Charge 下產生不同 Gas Species。
例如 CO₂、CO、H₂、CH₄、C₂H₄ 與 O₂ 等訊號，可反映不同 Electrode Reaction、Electrolyte Decomposition 或 Material Instability。
HPR-20 OEMS 的 Ultra-Low Flow Sampling 特別適合長時間 Cycling Test，因為它能降低持續取樣對 Cell Headspace 與內部反應條件造成的影響。
典型研究與應用
以 Battery Gas Evolution 為核心，同時可延伸至廣泛電化學逸出氣體研究。
Lithium-Ion Batteries
研究 Charge / Discharge、Formation、Cycling 與材料老化過程中的 Gas Evolution。
Electrolyte Decomposition
追蹤電解液分解產生的 CO₂、CO、Hydrocarbons 與其他 Volatile Products。
SEI / CEI Formation
利用 Gas Evolution 與 Potential 的對應關係，研究 Interface Formation 與副反應。
Advanced Battery Materials
適用於 Lithium Metal、High-Nickel Cathodes、Silicon Anodes 及其他新型 Battery Chemistry。
Electrocatalysis
分析電化學反應所產生的 Gas / Volatile Species，研究 Reaction Pathway 與 Product Formation。
CO₂ Electrochemistry
監測 CO、H₂、CH₄ 等揮發性產物，研究 CO₂ Electrochemical Conversion。
Fuel Cell Research
進行 Fuel Cell Gas Evolution、Reaction Product 與材料劣化研究。
Water Electrolysis
追蹤 H₂、O₂ 與其他副產物，研究 HER / OER 與 Electrolyser Performance。
高速資料擷取與瞬態氣體分析
依配置可支援高速 Measurements，捕捉快速 Electrochemical Gas Events。
部分電化學產氣行為可能只出現在特定 Potential Window、Current Transition 或短時間 Reaction Event。
HPR-20 OEMS 可依分析器與方法配置進行高速資料擷取，最高可達約 1000 Measurements per Second，使研究者不僅能分析長時間 Cycling，也能觀察較快速的 Gas Evolution Behaviour。
實際可達的 Time Resolution 仍取決於 Sampling Flow、Cell Volume、Headspace Geometry、Transfer Line、Target Gas 與 Data Acquisition Method。
因此 OEMS 系統的時間解析能力應由「Cell → Sampling Interface → Mass Spectrometer」整體評估，而不能只看分析器本身的 Data Rate。
Soft Ionisation 與複雜氣體判讀
降低部分分子 Fragmentation，有助於複雜電解液揮發物與多成分氣體分析。
Electrolyte Decomposition 可能同時產生多種有機與無機 Species，而 Electron Impact Mass Spectrometry 中不同分子可能形成重疊的 Fragment Ions。
Hiden 系統可依配置利用 Soft Ionisation / APSI-MS Method 調整 Ionisation Conditions，以降低部分分子的 Fragmentation，協助簡化複雜 Mass Spectrum。
實際 Species Identification 仍須配合 Mass Spectrum、Known Chemistry、Ionisation Energy、Calibration 與可能的 Spectral Interference 共同判讀。
QGAsoft 與 MASsoft Professional
從質譜儀控制、即時趨勢到多成分定量與 Electrochemical Data Integration。
HPR-20 OEMS 可搭配 Hiden QGAsoft 與 MASsoft Professional 進行分析與系統控制。
QGAsoft 可進行最多 32 種 Gas / Vapour Species 的即時定量分析，並可將 Calibration 後的 Mass Spectrometer Signal 直接轉換為 Concentration。
MASsoft Professional 則提供 Mass Spectrometer Control、Mass Scan、Multiple Ion Detection、Data Logging 與 External I/O，可將 Potentiostat、Temperature、Pressure 或其他 Experimental Signals 與質譜資料同步整合。
- Mass Spectrum Acquisition
- Multiple Ion Detection
- Real-Time Trend Display
- Quantitative Gas Analysis
- Up to 32 Species with QGAsoft
- External I/O Data Integration
- USB 2.0 / RS232 / Ethernet Control
- Data Export and Post Processing
HPR-20 OEMS 與 HPR-40 DEMS 如何選擇？
兩者都屬於 Electrochemical Mass Spectrometry，但 Sampling Strategy 與研究目的不同。
HPR-20 OEMS
主要針對 Cell Headspace 或 Evolved Gas 進行低流量連續分析。
- Ultra-Low Flow Headspace Sampling
- Battery Gas Evolution
- Long-Term Cycling
- Electrolyte Decomposition
- 低 Sample Disturbance
HPR-40 DEMS
主要針對 Electrode Reaction 與 Electrochemical Interface 進行直接、較高時間解析的原位分析。
- ECL-Static / ECL-Insight / ECL-Probe
- Electrode-to-MS Analysis
- Reaction Mechanism
- Electrocatalysis
- Dissolved Gas / Direct Interface
何時適合選擇 HPR-20 OEMS？
當研究重點是長時間、低擾動地追蹤 Cell 中的 Evolved Gas Behaviour。
若研究需要直接在 Electrode Interface 取得極高時間解析度的 Reaction Product，HPR-40 DEMS 與 ECL-Series 通常更適合。
若研究重點是Battery Headspace、Charge / Discharge Gas Evolution、Formation、Long-Term Cycling、Electrolyte Decomposition 或低流量 Cell Sampling，HPR-20 OEMS 的 QIC-ULF 架構更符合需求。
若還需要更低 Detection Limit、較高 Abundance Sensitivity，或樣品包含 Corrosive / Condensable Species，則可進一步評估 3F 300 amu Triple Filter Configuration。
恩詠有限公司－Hiden HPR-20 OEMS 電池與電化學產氣分析系統規劃
HPR-20 OEMS 的實際分析效果除了 Mass Spectrometer 本體之外，也會受到 Cell Headspace Volume、Sampling Flow、Gas Transport Path、Temperature、Moisture、Condensable Species、Battery Geometry 與 Potentiostat Data Integration 影響。
恩詠有限公司可依客戶的Battery / Electrochemical Cell 型式、Cell Volume、Headspace、分析氣體種類、預估濃度、Charge / Discharge Condition、Potentiostat、Sampling Flow、Time Resolution、是否含 Water / Condensable / Corrosive Species，以及 Standard / 3F Analyzer Requirement，協助評估適合的 Hiden HPR-20 OEMS 配置。