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Hiden HPR-40 DEMS 差分電化學即時質譜分析系統
HPR-40 DEMS－差分電化學即時質譜分析系統
原位、即時分析電化學反應中的氣體、揮發物與溶解物種
Hiden HPR-40 DEMS 是專為Electrochemistry、Electrocatalysis 與 Energy Research設計的實驗室型 Differential Electrochemical Mass Spectrometry 系統。
系統可將電化學反應中的氣體與揮發性產物直接導入住譜分析器，並將 Mass Spectrometry Signal 與 Potential、Current 及 Time 建立同步關係，用於研究 Reaction Pathway、Product Selectivity、Transient Behaviour 與 Reaction Intermediate。
HPR-40 DEMS 系統概述
將電化學 Half-Cell 與 Mass Spectrometry 直接耦合，取得反應產物的即時質量解析資訊。
Differential Electrochemical Mass Spectrometry（DEMS）是一種將 Electrochemical Experiment 與 Quadrupole Mass Spectrometry 直接結合的原位分析技術。
一般 Potentiostat 能精確量測 Potential、Current、Charge 與 Impedance，但這些電訊號本身並不能直接確認電極實際生成的是哪一種 Reaction Product。
DEMS 則可即時、Mass-Resolved 地偵測電化學反應中的Gaseous Reactants、Volatile Intermediates 與 Products，因此能將電訊號與實際化學產物直接關聯。
HPR-40 DEMS 採模組化架構，可搭配 Hiden ECL Series 不同 Electrochemical Cells 與 Probe，使同一質譜系統能支援基礎電化學、CO₂ Reduction、Hydrogen Evolution、Fuel Cells、Battery Research 與其他先進電催化研究。
HPR-40 DEMS 核心系統
研究型 Quadrupole Mass Spectrometer、ECL Series 與同步資料擷取的完整分析平台。
| Mass Spectrometer | Hiden HAL 201 RC Quadrupole Mass Spectrometer |
|---|---|
| Standard Mass Range | 200 amu |
| Detector | Faraday / Electron Multiplier Detector |
| Electrochemical Interfaces | ECL-Static / ECL-Insight / ECL-Probe |
| Measurement | Real-Time Gas and Volatile Species Analysis |
| Data Correlation | Potential / Current / Time / Mass Spectrometer Signal |
| Analysis Modes | Mass Scan / Multiple Ion Detection / Time-Resolved Analysis |
| System Type | Modular Turnkey Electrochemical Mass Spectrometry Platform |
ECL Series－電化學質譜介面平台
ECL-Static、ECL-Insight 與 ECL-Probe 對應不同電化學實驗需求。
Hiden ECL Series 是專為 HPR-40 DEMS 開發的新一代 Electrochemical Cell 與 Sampling Interface 系列。
三種介面具有不同的 Sample Geometry、Flow Condition 與 Time Response，可依研究重點選擇最適合的工作模式。
ECL-Static
適合 Static 或 Low-Flow Electrochemical Studies，操作直覺且具有高度電極配置彈性。
- Static / Flow Cell Configuration
- 額外 Inlet / Outlet Ports
- Vitreous Carbon Working Electrode
- 使用者可自行塗佈 Catalyst
- 適合 Desorption 與 Electrodeposition
ECL-Insight
針對快速 Electrochemical Dynamics 與高時間解析量測最佳化，提供直接 Electrode-to-MS Product Transfer。
- Near-Instantaneous Response
- Voltage Sweep 最高約 100 mV/s
- H₂ Evolution Sensitivity 約 50 µA/cm²
- 最高約 100 mA/cm² Current Density
- 適合 CO₂RR、HER 與快速 Flow Experiments
ECL-Probe
可直接浸入標準或客製 Electrochemical Cell 中，進行 Real-Time Dissolved Gas Analysis。
- Fully Immersible Design
- Non-Metallic Construction
- Hydrophobic Support Structure
- Direct Dissolved Gas Analysis
- 可直接連接 HPR-40 DEMS
ECL-Insight－高速 Electrode-to-MS 分析
直接在電極界面捕捉反應產物，提高瞬態電化學實驗的時間解析能力。
Fast Response Electrochemical Mass Spectrometry
ECL-Insight 的核心是將 Working Electrode 附近形成的 Reaction Products 直接送入住譜分析器，減少傳統 Headspace 或較長 Sampling Path 所造成的 Transport Delay。
這對於快速 Voltage Sweep、Transient Electrochemical Reaction、CO₂ Reduction 與 Hydrogen Evolution 尤其重要，可讓質譜訊號更接近實際 Electrochemical Event。
ECL-Insight 同時採用分離的 Anode / Cathode Chamber 架構，可降低兩側產物 Cross-Contamination，並支援高電流條件下的 Bubble-Free Operation。
ECL-Static－彈性電極與低流量研究
適合方法開發、材料比較、表面反應與長時間穩定電化學實驗。
ECL-Static 是較簡潔且高度彈性的 Electrochemical Cell，可設定為 Static Cell 或利用額外 Ports 建立 Inlet / Outlet Flow。
系統標準配置 Vitreous Carbon Working Electrode，研究人員可將不同 Catalyst Ink、Thin Film 或材料塗佈於 Working Surface。
因此非常適合 Catalyst Screening、Electrodeposition、Desorption Study、基礎 Electrocatalysis 與需要穩定長時間量測的研究。
ECL-Probe－溶解氣體即時質譜分析
將 DEMS 延伸至既有標準或客製 Electrochemical Cell。
ECL-Probe 可直接插入研究者原有的 Electrochemical Cell，分析 Electrolyte 中的 Dissolved Gas Species。
探針採 Fully Immersible、Non-Metallic Design，可降低與電解液及電化學環境產生額外化學交互作用的可能性。
Hydrophobic Support Structure 有助於提升 Gas Selectivity，並將 Dissolved Species 傳送至 HPR-40 DEMS 進行即時分析。
DEMS 的分析價值
由「電流發生變化」進一步回答「究竟生成了什麼化學物種」。
一般 Electrochemical Measurement 只能告訴研究者電極發生了多少 Charge Transfer，但同一電流可能來自不同 Chemical Reaction。
例如在 CO₂ Reduction 中，Cathodic Current 可能同時來自 CO Formation、Hydrogen Evolution 或其他 Reaction Pathway。
HPR-40 DEMS 可同步監測 H₂、O₂、CO、CO₂、CH₄ 及其他揮發性 Species，使研究者直接建立Potential → Current → Product Formation之間的關係。
因此 DEMS 對 Reaction Mechanism、Catalyst Selectivity、Side Reaction 與 Intermediate Identification 特別有價值。
典型研究與應用
適合需要將 Electrochemical Signal 與實際 Reaction Products 即時關聯的研究。
CO₂ Reduction
即時量測 CO、H₂ 與其他 Volatile Products，研究 Catalyst Selectivity、Potential Dependence 與 Reaction Mechanism。
Hydrogen Evolution－HER
直接觀察 H₂ Formation 與電流之間的關係，適合 Catalyst Activity 與 Transient Response 研究。
Oxygen Evolution－OER
量測 O₂ Evolution，分析 Electrocatalyst Activity、Faradaic Behaviour 與副反應。
Oxygen Reduction－ORR
適合 Fuel Cell Catalyst、Oxygen Chemistry 與 Reaction Pathway 研究。
Fuel Cell Research
研究 Fuel Cell Reaction Products、Catalyst Degradation、Electrode Processes 與 Gas Evolution。
Battery Research
研究 Charge / Discharge 過程中的 Gas Evolution、Electrolyte Decomposition 與 Material Degradation。
Corrosion
監測 Corrosion Process 中的 H₂ 或其他 Volatile Species，協助理解材料反應機制。
Nitrogen Electrochemistry
適合 Nitrate Reduction、Nitrogen Reduction、Ammonia Oxidation 與其他 N-Containing Electrochemical Reactions。
CO₂ Electrochemical Reduction
利用高時間解析質譜直接觀察 CO₂RR 與競爭性 Hydrogen Evolution。
CO₂ Electrochemical Reduction 常同時涉及多條 Reaction Pathways，因此單靠 Current Density 無法判斷實際 Product Selectivity。
利用 HPR-40 DEMS，可將 CO、H₂ 及其他揮發性 Product Signal 與 Applied Potential 同步比較。
搭配 ECL-Insight 的快速 Electrode-to-MS Interface，可進一步研究 Local Reaction Environment、CO₂ Depletion、Transient Product Formation 及 Catalyst Surface Reaction Dynamics。
Potentiostat 與質譜資料同步
將 Potential、Current 與 Mass Signal 放在同一時間軸上進行分析。
HPR-40 DEMS 可與 Electrochemical Workstation 整合，將 Potential 與 Current Data 與 Mass Spectrometer Signal 同步記錄。
Hiden 已提供 BioLogic 等 Electrochemical Workstation 的 DEMS Integration Application，亦可依研究單位既有 Potentiostat 與 Data Interface 進行整合規劃。
同一時間軸直接比較反應條件與產物
同步資料可讓研究人員直接判斷某一 Potential、Current Transition 或 Electrochemical Event 對應到哪一個 Gas Species 的生成或消耗。
這對 Cyclic Voltammetry、Potential Step、Current Step、Transient Scan 與 Reaction Onset Potential 分析特別有用。
質譜控制與資料分析軟體
從 Mass Scan、Multiple Ion Detection 到電化學訊號同步與定量分析。
HPR-40 DEMS 可使用 Hiden 軟體進行 Mass Spectrometer Control、Mass Scan、Multiple Ion Detection、Trend Display 與 External Data Integration。
依系統配置與研究目的，可將 Electrochemical Signals 與 Gas / Volatile Species Data 同步顯示，建立完整的 Electrochemical Mass Spectrometry Workflow。
- Mass Spectrum Acquisition
- Multiple Ion Detection
- Real-Time Trend Display
- Potential / Current Synchronisation
- External I/O Data Integration
- Time-Resolved Gas Analysis
- Quantitative Gas Analysis Configuration
- Data Export and Post Processing
何時適合選擇 HPR-40 DEMS？
當研究問題需要直接確認電化學反應產物，而不只是量測電流與電位。
若研究目標主要是一般 Charge / Discharge、CV、EIS 或基本 Electrochemical Performance，單獨使用 Potentiostat 已能完成許多工作。
但若需要研究Reaction Mechanism、Product Selectivity、Gas Evolution、Volatile Intermediates、Competing Reaction、Catalyst Degradation 或 Dissolved Gas Species，DEMS 能提供電化學訊號本身無法直接取得的化學資訊。
HPR-40 DEMS 搭配 ECL-Static、ECL-Insight 與 ECL-Probe，可依不同 Reaction Geometry、Time Resolution 與 Sampling Requirement 選擇最適合的 Electrochemical Interface。
恩詠有限公司－Hiden HPR-40 DEMS 電化學質譜系統規劃
DEMS 的實際分析能力除了 Mass Spectrometer 本體之外，也會受到 Electrochemical Cell Geometry、Working Electrode、Electrolyte、Membrane / Sampling Interface、Gas Transport Distance、Flow Condition 與 Potentiostat Data Integration 影響。
恩詠有限公司可依客戶的研究反應、Potentiostat 型號、Cell Configuration、Electrolyte、Working Electrode、Catalyst、預計 Gas / Volatile Species、Potential / Current Range、Time Resolution、Dissolved Gas Analysis 與 ECL-Static / ECL-Insight / ECL-Probe 使用需求，協助評估適合的 Hiden HPR-40 DEMS 系統配置。