شیمى کاربردى روز

شیمى کاربردى روز

مکانیسم یونش و اندازه گیری ترکیبات گوگرددار در فاز گازی با استفاده از طیف سنجی تحرک یونی

نوع مقاله : مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان
1 گروه شیمی شیمی، دانشکده علوم، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی، قزوین، ایران
2 دانشکده فیزیک تجربی، دانشگاه کمنیوس، براتیسلاوا، جمهوری اسلواکی
3 دانشکده شیمی، دانشگاه تورنتو، تورنتو، انتاریو، کانادا
4 بخش تحقیقات گاز ، پژوهشگاه صنعت نفت، تهران، ایران
چکیده
طیف سنجی تحرک یونی با منبع یونش تخلیه کرونا برای مطالعه مکانیسم یونش و اندازه گیری کمی پنج ترکیب گوگرددار با خواص ساختاری و انرژی متفاوت شامل متیل مرکاپتان، اتیل مرکاپتان، H2S، CS2 و COS بکار رفت. همچنین، از محاسبات کوانتوامی با استفاده از روش G4MP2 برای مطالعه مکانسیم واکنشهای یونش استفاده شد. برای مولکولهای H2S، CS2 و COS در پلاریته مثبت سیگنالی مشاهده نشد، اما مرکاپتانها به راحتی در پلاریته مثبت یونیزه شدند. نتایج محاسبات نشان داد که یون NO+، مرکاپتانها را از طریق انتقال بار و کندن هیدرید یونیزه می کند. بنابراین، از گاز رانش اکسیژن استفاده شد تا یون واکنشگر NO+ حذف شود، یونش تنها از طریق پروتونه شدن پیش برود و ضمن حذف پیکهای اضافی، سیگنال پیک اصلی افزایش یابد. برای مولکولهای H2S، CS2 و COS در پلاریته منفی تنها یک پیک مشترک مشاهده شد که مربوط به تشکیل آنیون SO2- است. طیف سنجی تحرک یونی برای آنالیز کمی این ترکیبات نیز بکار رفت و مقادیر حد تشخیص (LOD) برای اندازه گیری این ترکیبات کمتر از ppm ۱ بدست آمد. حد تشخیص دستگاه از ppm 7/0برای متیل مرکاپتان تا ppm 03/0 برای هیدروژن سولفید تعیین شد. همچنین نشان داده شد که آلکانهای گاز طبیعی از قبیل متان در منبع یونش کرونا یونیزه نمی شوند و در اندازه گیری ترکیبات گوگرددار تداخلی ایجاد نمی کنند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Ionization Mechanism and Measurement of Sulfur Compounds in the Gas Phase Using Ion Mobility Spectrometry

نویسندگان English

Younes Valadbeigi 1
Vahideh Ilbeigi 2
Mahmoud Tabrizchi 3
Mehdi Vahidi 4
1 Department of Chemistry, Faculty of Science, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran
2 Department of Experimental Physics, Comenius University, Bratislava, Slovak Republic
3 Department of Chemistry, University of Toronto, Toronto, Ontario, Canada
4 Gas Research Division, Research Institute of Petroleum Industry (RIPI), Tehran, Iran
چکیده English

Ion mobility spectrometry with a corona discharge ionization source was employed to investigate the ionization mechanisms and quantitative determination of five sulfur-containing compounds with different structural and energetic properties, including methyl mercaptan, ethyl mercaptan, H₂S, CS₂, and COS. In addition, quantum chemical calculations using the G4MP2 method were performed to study the ionization reaction mechanisms. No signal was observed for H₂S, CS₂, and COS in positive polarity, whereas mercaptans were readily ionized in positive mode. Computational results showed that NO⁺ ions ionize mercaptans through charge transfer and hydride abstraction mechanisms. Therefore, oxygen was used as the drift gas to eliminate NO⁺ reactant ions, allowing ionization to proceed exclusively through proton transfer, which enhanced the main peak intensity while removing additional peaks. In negative polarity, only one common peak was observed for H₂S, CS₂, and COS, corresponding to the formation of the SO₂⁻ anion. Ion mobility spectrometry was also applied for the quantitative analysis of these compounds, and limits of detection (LOD) below 1 ppm were achieved. The detection limits ranged from 0.7 ppm for methyl mercaptan to 0.03 ppm for hydrogen sulfide. It was further demonstrated that natural gas alkanes, such as methane, are not ionized in the corona discharge ionization source and therefore do not interfere with the determination of sulfur-containing compounds.

کلیدواژه‌ها English

Ion Mobility Spectrometry
Sulfur Compounds
Ionization Mechanism
Charge Transfer
Alkane

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 04 مرداد 1405