背景介紹

多相光催化技術因其能夠實現在溫和條件下活化惰性分子，綠色無汙染地製備高附加產品等優勢，且僅需太陽能或人工光輻照作為能量來源，被認為是一種很有前景的催化方式。目前的研究熱點主要集中在能源，環境等領域，諸如光催化二氧化碳還原，固氮，分解水，汙染物降解等，引起大家的廣泛關注。但產率，目標選擇性低的問題制約領域發展。以合成氨，二氧化碳還原等為例，產物產量通常在微摩爾每克每小時級別，（光催化合成氨產率0.1-20 ug h-1 mg-1）[1] 距離工業化產品產量要求相距甚遠，同時測試過程中會引入非常多的干擾，導致檢測不準確的問題出現。為了解決這一問題，研究人員們一方面專注於產物產率的提升，另一方面則發展許多精確檢測手段。高分辨質譜即是其中之一。

1. 當一個化合物在加熱氣化狀態受到高能量電子轟擊的時候，它會被轟擊出一個價電子而變成一個正離子。正離子繼續被轟擊會進一步碎裂生成一系列的離子，中性分子，自由基或負離子等。不同離子的質荷比m / z不同，透過電場加速，在一定強度的磁場中其受到不同的洛侖磁力作用，發生不同程度的偏轉，從而實現分離，當尾部接入離子捕集裝置，並透過電流放大器放大記錄，則可以得到質譜圖。這種能記錄離子相對數量和種類的儀器就是質譜儀。[2]

2. 質譜圖中，一般以質荷比作為橫座標，不同離子相對強度作為縱座標。之所以稱之為譜，僅僅是因為質譜的表現形式和其他光譜的形式類似而已，但我們可以看到，在質譜的工作狀態中，並沒有涉及到光的吸收和利用，因此，它不是一般意義上的光譜儀器。

3. 由於不同離子質荷比不同，因此可以在質譜圖中對物質加以區分。比如，對於圖中分子而言，透過134位置的峰即可對應出物質本身。

4. 當涉及到同位素的時候，還會有天然風度的影響。例如，甲烷分子去掉一個電子後，出峰位置為M+，在M+1處還會有一個小峰，這會是[CH4]+.的同位素離子峰，即13C的存在導致。由於自然狀態下鉻元素同位素比例一定， 因此M與M+1處峰強度一般也是固定的。自然界中不同元素同位素丰度比例如下圖所示。但一般解析度低的質譜可能看不到同位素出峰。另外，當我們使用同位素氣體標定進入質譜時，由於原料為同位素，因此不同物種之間的丰度不再確定。

圖二 自然界中不同元素丰度[2]

5. 質譜也有解析度高低之分，現在流行的一般是高分辨質譜。同時，為了更好地對不同物質進行分離，質譜儀器通常與其他色譜連線，比如氣質聯用， 液質聯用等。

對於高分辨質譜而言，可以測到物質更精確的質量。舉個例子，比如，使用低分辨質譜測定時，分子量一般只能看到整數，如CO，N2，C2H4，CH2N等都為28，不能做到有效區分，但使用高分辨質譜後，其質量可精確到小數點後三到四位，如C2H4即可為28.031299，CH2N則為28.018723。從而可以根據小數點後的數字對物質加以區分。

如圖所示，在題為“Enhanced CO2 Photocatalysis by Indium Oxide Hydroxide Supported on TiN@TiO2 Nanotubes”的報道中，GC-MS手段被使用檢測13C產物出峰。透過產物出峰，明確了產物中的CO確實來自於原料CO2，從而證實了反應確實發生。但由於質譜檢測限問題，質荷比僅精確至小數點後一位，即13CO為29.0。[4]

同理，在下面的光催化二氧化碳還原工作中，質譜也被作為證實產物 來源的工具使用。同時可以看到，由於高分辨質譜的使用，產物14CH4的峰不再精準地出現在16的位置，而是在16.1左右。[5]高分辨質譜的使用可以避免體系中一些雜質的干擾，使得物質的檢測定量，更為精確。

[1] Research progress on electrocatalytic nitrogen reduction reaction catalysts for ammonia synthesis

[2] 《有機化學》 徐壽昌

[3] https://www.wendangwang.com/doc/ec010377ca47a278e9909235/8

[4] Enhanced CO2 Photocatalysis by Indium Oxide Hydroxide Supported on TiN@TiO2 Nanotubes

[5] TiO2 Photonic Crystals with Localized Surface Photothermal Effect and Enhanced Photocatalytic CO2 Reduction Activity