一、系统组成部分
该系统通常由三个关键部分串联而成：
1. 非均相催化反应器：
功能： 这是发生催化反应的场所。通常是一个微型反应器或固定床反应器，内部装有待研究的固体催化剂。
控制参数： 系统可以精确控制反应温度、压力、反应物气体的流速和浓度。
常见类型： 常压微反应器、连续流动固定床反应器，有时也与程序升温（TPD/TPR/TPO） 技术联用，即质谱作为程序升温分析的检测器。
2. 接口（Interface）：
这是联用技术中最关键、最具挑战性的部分。 因为反应器可能处于高温、高压或常压状态，而质谱仪必须在高真空下工作。
功能： 对从反应器流出的气体进行降压、净化和高效地取样，并将其引入质谱仪的离子源。
接口类型：
■ 毛细管入口系统： 使用一根加热的、内径很小的熔融石英毛细管，将部分反应气流引入质谱仪。
■ 分子漏勺： 适用于更精确的取样。
■ 膜接口： 使用选择性透气膜，可以排除某些干扰气体（如大量载气），只让目标产物通过，提高检测灵敏度。
3. 谱策ProC-1原位在线质谱仪：
功能： 对接口引入的气体分子进行电离、质量分离和检测。
要求： 需要具有快速扫描能力，以便实时跟踪反应物和产物浓度的瞬态变化。
选用类型：飞行时间质谱仪： 具有极高的扫描速度，适合研究非常快速的反应过程。
二、工作原理
1. 反应发生： 反应物气体（如 CO, H₂, O₂ 等）在载气（通常为 He, Ar, N₂）的携带下，流过装有催化剂的反应器。在催化剂表面发生反应，生成产物。
2. 在线取样： 从反应器出口流出的气体混合物，立即被接口装置抽取一小部分。
3. 质谱分析： 取样气体进入质谱仪，被电子轰击源电离成离子，然后根据质荷比进行分离。
4. 实时监测： 谱策ProC-1原位在线质谱仪连续、快速地扫描特定质荷比的离子信号强度。通过监测这些信号随时间（或随温度，如在程序升温实验中）的变化，就可以得到反应物消耗和产物生成的实时曲线。
三、主要优势与特点
•高灵敏度： 可以检测到 ppm（百万分之一）- ppb（十亿分之一）级别的痕量气体物种，对于研究初始产物或副产物至关重要。
•快速响应： 毫秒级的响应时间，能够实时追踪反应的快速动态过程，这是离线分析（如气相色谱）无法比拟的。
•多组分同时检测： 可以同时监测多种反应物和产物的浓度变化，提供全面的反应画面。
•无标样半定量分析： 在已知电离截面的情况下，可以对产物进行定量或半定量分析。
•与瞬态技术完美结合： 是进行程序升温脱附、程序升温表面反应 等瞬态动力学实验的理想检测工具，可以揭示催化剂表面的吸附强度、活性位点数量和反应路径。
四、典型应用领域
1. 催化剂活性评价： 快速比较不同催化剂的活性、选择性和稳定性。
2. 反应机理研究：同位素标记实验： 使用同位素标记的反应物，通过质谱监测产物中同位素的分布，可以推断反应中间体和反应路径。
3.瞬态动力学分析： 通过突然改变反应物浓度（阶跃变化），观察产物的响应，可以推导出表面反应步骤和动力学参数。
4. 程序升温技术：
程序升温脱附： 研究分子在催化剂表面的吸附强度和吸附量。
程序升温还原/氧化： 研究催化剂的还原/氧化性能。
程序升温表面反应： 在反应物气氛下升温，研究表面反应中间体和反应机理。
5. 催化反应动力学测量： 在稳态或非稳态条件下，测量反应速率与反应物浓度、温度的关系。
五、优势
• 避免谱图重叠干扰： 复杂的反应混合物可能导致不同物种的碎片离子质荷比相同，造成干扰（如 N₂ 和 CO 的质荷比都是 28）。这通过使用ProC-1原位高分辨率质谱来区分。
• 定量难度： 质谱信号强度不仅与浓度有关，还受电离效率、传输效率等因素影响。ProC-1原位质谱采用精确量化及严格的校准。
• 接口设计复杂： 为防止气体冷凝、避免二次反应、保证取样的代表性，ProC-1原位质谱采用科学的接口设计。
• 对于无法直接检测表面物种的办法： 质谱只能检测到脱附进入气相的物种，无法直接观察催化剂表面的中间体。ProC-1非均相催化热解产物诊断系统配有多种接口可与红外光谱、拉曼光谱、XPS、热重、色谱等对接使用，实现分析技术互补。
总结
谱策ProC-1非均相催化热解产物诊断系统是一种极其强大的工具，它将催化反应的“宏观”表现（气体组成变化）与质谱的“微观”识别能力（分子质量）紧密结合，为理解和优化非均相催化过程提供了不可或缺的实时、动态信息。它是现代催化研究实验室中最为核心的表征技术之一。