مقدمة
الجليسرول هو مركب ثلاثي بسيط تم عزله لأول مرة في عام 1779 على يد كارل فيلهلم شيل. ومنذ ذلك الوقت فصاعدًا، تلا ذلك قصة نجاح كبيرة. ويُستخدم في الوقت الحاضر في مستحضرات التجميل والأدوية وتلميع الأحذية ومضادات التجمد وعلف الحيوانات وتبغ الشيشة والأغذية. هناك عدد قليل جدًا من المواد الخام متعددة الاستخدامات مثل الجلسرين. حتى أن الأنشطة البحثية الحديثة جدًا في مجال بطاريات أيونات الليثيوم وجدت أن الجلسرين مادة مضافة مهمة للمادة المضافة التي تسهل انتشار أيونات الليثيوم في واجهة أنود الجرافيت منخفض المقاومة وتعزز القدرة على المعدل العالي [1].
عبر مجالات التطبيق المتنوعة على نطاق واسع، يبرز دائمًا السؤال المتعلق بالاستقرار الحراري للجلسرين والغازات التي قد تنتج أثناء المعالجة الحرارية.
تجريبي
وتعد الإجابة على ذلك مهمة سهلة لنظام اقتران TGA-FT-الأشعة تحت الحمراء. يتيح التكوين الحالي زيادة كبيرة في درجة حرارة نقل واجهة الاقتران إلى 370 درجة مئوية مع خلية الغاز TGA II على مطياف Bruker INVENIO FT-IR ومحول الاقتران على الميزان الحراري TG 209 F1 Libra® وخط النقل مع شعيرات معدنية بالداخل (الشكل 1).
نتائج القياس
ينتج عن تسخين 15 مجم من الجلسرين في بوتقة Al2O3 مفتوحة في جو نيتروجين نقي عند 10 كلفن/دقيقة تبخر كامل عند 300 درجة مئوية. تم اكتشاف البداية الاستقرائية عند 199 درجة مئوية. تم العثور على الذروة في معدل فقدان الكتلة (DTG، أسود) عند 239 درجة مئوية؛ انظر الشكل 2. وهذا يتوافق جيدًا مع الذروة في منحنى جرام-شميت. يُظهر منحنى جرام-شميت كثافة الامتصاص الكلي للأشعة تحت الحمراء ويثبت إطلاق الغازات النشطة بالأشعة تحت الحمراء. ويوضح هذا المنحنى بالفعل النقل المثالي للغازات المنطلقة إلى محلل الغازات دون تخلف أو تأخير.
ولإلقاء نظرة تفصيلية على العملية التي تحدث أثناء التبخير، من الضروري تحليل بيانات الأشعة تحت الحمراء بالأشعة تحت الحمراء التي تم الحصول عليها.
يصور الشكل 3 جميع بيانات الأشعة تحت الحمراء بالأشعة تحت الحمراء بالأشعة فوق البنفسجية في مخطط ثلاثي الأبعاد مقياس درجة الحرارة. يُظهر هذا الرسم البياني أيضًا الارتباط الجيد بين زيادة كثافة الأشعة تحت الحمراء بالأشعة تحت الحمراء بالأشعة فوق الحمراء مع فقدان الكتلة. وتسمح مقارنة أطياف الأشعة تحت الحمراء بالأشعة تحت الحمراء بالأشعة تحت الحمراء المقيسة عند كل درجة حرارة بمكتبة أطياف طور البخار الخاصة بالمعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا النووية بتحديد الغازات المنبعثة.
يُظهر الشكل 4 ارتباطًا جيدًا للطيف المقاس عند درجة حرارة 234 درجة مئوية في جو نيتروجين مع طيف مكتبة الجلسرين. وهذا يثبت أن الجليسيرول يخضع بشكل أساسي لعملية تبخير في ظل استبعاد الأكسجين، لأنه يتطاير كجزيء كامل.
تم تكرار التجربة في ظل ظروف مؤكسدة. يمكن رؤية بيانات FT-IR الناتجة في الشكل 5. وهنا، تم اكتشاف نمط مختلف تمامًا للأشعة تحت الحمراء FT-IR.
أظهرت المقارنة بمكتبة الأطياف تشابهًا كبيرًا مع الماء وثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون والأسيتالديهيد، وبدرجة بسيطة مع الجليسيرول النقي (الشكل 6). في هذه الحالة، يتحلل الجلسرين إلى نواتج مختلفة، حتى تلك الضارة منها مثل الأسيتالديهيد وأول أكسيد الكربون.
يكشف هذا السلوك بوضوح أن جو الغاز المستخدم له تأثير كبير على الاستقرار الحراري للجلسرين.
الملخص
وختامًا، يتيح اقتران NETZSCH TG 209 F1 Libra® إلى BRUKER FT-IR INVENIO مع درجة حرارة بينية تبلغ 370 درجة مئوية نقل سريع وكامل للغازات المتطايرة إلى مقياس الطيف وتحديدها. باستخدام هذا النظام، من الممكن التمييز بين تبخر المواد العضوية عالية الغليان وتحللها كما في المثال الحالي باستخدام الجلسرين.