Въведение
Еволюционният газов анализ (EGA), свързан с термични анализатори, като термогравиметрия (TGA) или едновременен термичен анализ (STA), който се отнася до едновременния TGA-DSC, е добре установен, тъй като значително повишава стойността на резултатите от TGA или TGA-DSC. Чувствителната и селективна техника на Фурие трансфрома инфрафед (FT-IR) е особено полезна за анализ на органични молекули, но също така и за инфрачервено активни постоянни газове, отделяни при повечето процеси на разлагане. Такива постоянни газове катоCO2 или SO2 са газообразни при околни условия.
Интерфейсът за свързване между термичните анализатори и FT-IR спектрометрите обикновено се осъществява с помощта на отопляеми адаптери и гъвкава, отопляема линия за пренос, където нагряването е необходимо, за да се избегне кондензацията на отделените газове по пътя към FT-IR инструмента. Въпреки че са налични интегрирани софтуерни решения, термичните и газовите анализатори все още са физически разделени. Пътят през трансферната линия освен това води до забавяне между освобождаването и откриването на отделените газове и в някои случаи до кондензация или взаимодействие.
За тази работа е използвано новото директно Perseus свързване на STA инструмент и FT-IR спектрометър без трансферна линия [1]. Много small FT-IR спектрометър е монтиран директно върху пещта STA, което води до компактна и напълно интегрирана система за свързване STA-FT-IR, наречена Perseus STA 449 (вж. фигура 1). Perseus е нов член на семейството NETZSCH системи за свързване, както е показано на фигура 2.
Късият интерфейс към пещта STA (вж. фигура 3), както и газовата клетка на FT-IR спектрометъра, се нагряват, за да се сведе до минимум рискът от кондензация. Освен това не е необходим течен азот, тъй като FT-IR детекторът от типа DLaTGS работи при стайна температура.
Основният уред NETZSCH STA 449 F1 /F3 Jupiter® позволява едновременно измерване на TGA с висока разделителна способност и DSC или DTA в широк температурен диапазон от -150°C до 2400°C в зависимост от използваната пещ и носител на пробата.
Експериментален
Съединението PTFE/графит с начална маса на пробата от 11,54 mg е измерено в Pt тигели с пробити капаци при скорост на нагряване 10 K/min. Газовата атмосфера (скорост на потока 70 ml/min) е била променена от чист аргон на синтетичен въздух при 870 °C. Използвани са TGA-DSC носител за проби тип S и родиева пещ. Резултатите от TGA-DSC са коригирани по базова линия (извадени са сигналите за празен ход), а FT-IR придобиването е извършено с разделителна способност 4 cm-1 и 16 сканирания са осреднени за един FT-IR спектър, като едно сканиране отнема около 1 s.
Резултати и обсъждане
Съединението Perseus е подходящо за много приложения [1]. Като пример са показани резултатите за гореспоменатото съединение ПТФЕ/графит, което може например да се прилага като смазочен материал [2]: на фигура 4 са представени резултатите от TGA-DSC заедно с кривата на Грам-Шмит. Кривата на Грам-Шмид изобразява промяната в интензитета на цялата открита инфрачервена абсорбция. При приблизително 349°C (пикова температура) сигналът на DSC показва ендотермичен ефект, който се дължи на топенето на съдържанието на PTFE. Между приблизително 480°C и 620°C се наблюдава стъпка на загуба на маса от 97,4 % заедно с ендотермичен DSC ефект и пик в сигнала на Грам-Шмит. В този диапазон се извършва пиролитично разлагане на съдържанието на PTFE. При 870 °C газовата атмосфера се променя от инертна в окислителна, което води до екзотермично изгаряне на съдържанието на графит с приблизително 2,1 %. Остатъчната маса от около 0,6 % най-вероятно се дължи на керамичен пълнител.
"Триизмерният куб", представен на фигура 5, показва инфрачервената абсорбция като функция на вълновото число и температурата, заедно с кривата на TGA. По време на първата стъпка на загуба на маса добре познатите абсорбционни ленти на тетрафлуороетилена, C2F4, могат да бъдат идентифицирани предимно в диапазона между 1100 cm-1 и 1400 cm-1 (както и следи от HF в диапазона между 4000 cm-1 и 4200 cm-1). Ивиците, открити по време на втория етап на загуба на маса, предимно в диапазона между 2200 cm-1 и 2400 cm-1, могат да се припишат наCO2, образуван по време на горенето. Накрая, на фигура 6 са представени характерните интеграционни трасета за C2F4 иCO2 като функция на температурата, което отново показва отлична корелация между стъпките на загуба на маса и отделените газове.
Заключение
Представеният пример за приложение показва, че Perseus позволява едновременното записване на TGA и DSC и едновременно с това откриване на отделяните газове чрез FT-IR. Цялостните резултати от STA-FT-IR позволяват количествено определяне и идентифициране на всеки компонент на пробата, тъй като първоначално неидентифицираните газове често могат да бъдат идентифицирани чрез търсене в база данни [1]. Беше показана много добра корелация между откритите стъпки на загуба на маса и отделените газове, което е предимство на интерфейса за директно свързване. Като цяло, новият Perseus STA 449 F1 /F3 е високопроизводителен, директен STA-FT-IR съединител без трансферна линия, който се отличава особено с компактността си.