Въведение
Областта на термичния анализ включва методи за определяне на физичните и химичните свойства или промените в тях като функция на температурата. Термогравиметрията позволява количествено определяне на масовите промени, например отделянето на реакционни и разлагащи се газове. Когато тези газове се прехвърлят в клетка за измерване на газове, става възможно и идентифицирането на отделените газове. Така нареченото свързване на TGA-FT-IR е изпитана комбинация от аналитичен и спектроскопски метод за анализ.
Съвсем ново допълнение към утвърдения STA 449 F1 Jupiter® (фигура 1) е високоскоростната пещ (напречно сечение на фигура 2), която може да работи със скорост на нагряване до 1000 K/min (вече се предлагат пещни системи за най-разнообразни приложения, обхващащи температурен диапазон от -150°C до 2400°C).
Влиянието на скоростта на нагряване и свързаната с нея скорост на отделяне върху резултатите от термогравиметричните и спектроскопските измервания ще бъде обсъдено в настоящата бележка по приложението.
Резултати
а) Полипропилен PP
Когато скоростта на нагряване по време на термоаналитичните експерименти се променя, откритите ефекти се изместват към по-високи температури с увеличаване на скоростта на нагряване (фигура 3). Това е добре известно и може да се използва за кинетични оценки. С увеличаване на температурата на освобождаване скоростта на освобождаване също се увеличава значително (фигура 4). Поради това концентрацията на анализираните проба газове в постоянния поток носещ газ също се увеличава и проба газовете могат лесно да бъдат открити и идентифицирани. Стъпките на загуба на маса обаче не зависят от скоростта на нагряване.
б) CaCO3
Връзката между скоростта на нагряване и температурата на разлагане при постоянна височина на стъпката, разгледана за пиролизата на пропилен, може да се види и при термичното разлагане на калциев карбонат на калциев оксид и въглероден диоксид (фигури 5 и 6).
На фигура 7 е показан интензитетът на поглъщане на съответните следи на Грам-Шмит, който се очаква да се увеличава с увеличаване на скоростта на нагряване. Тук трябва да се отбележи, че транспортирането на освободените газове от пробата в измервателната клетка за инфрачервени газове почти не се забавя поради бързите скорости на нагряване. Това може да се види от сравнението на максималната скорост на освобождаване (DTA) с максималния интензитет на инфрачервения спектър (GS) на фигура 8.
в) CaC2O4 xH2O, смесен със SiO2
За изследване на границата на откриване е приготвена смес от калциев оксалат монохидрат (CaC2O4 xH2O) и кварцов пясък (SiO2). Избраното съотношение на смесване е 1:10, така че очакваното отделяне на вода да съответства на приблизително 1 % от масата на пробата. Термичното отделяне на приблизително 1 % вода от тази смес не може да се открие при скорост на нагряване 20 K/min; при скорост на нагряване 200 K/min обаче то може да се открие ясно (фиг. 9-11).
Резюме
Чрез бързо нагряване със скорост до 500 K/min е възможно значително да се увеличи скоростта на отделяне на газообразни продукти от пробата. Поради това концентрацията им също се увеличава в сравнение с носещия газ, което води до значително подобряване на границата на откриване на TGA-FT-IR връзката.