Въведение
Глицеролът е просто триолово съединение, което е изолирано за първи път през 1779 г. от Карл Вилхелм Шееле. От този момент нататък следва голяма история на успеха. В днешно време той се използва в козметиката, лекарствата, боята за обувки, антифриза, фуражите за животни, тютюна за шиша и храните. Много малко са суровините, които са толкова универсални, колкото глицерола. Дори съвсем скорошни научни изследвания в областта на литиево-йонните батерии установиха, че глицеролът е важна свързваща добавка, която улеснява дифузията на литиевите йони на границата на графитния анод с ниско съпротивление и повишава способността за висока скорост [1].
В най-различни области на приложение винаги възниква въпросът за термичната стабилност на глицерола и за газовете, които могат да се образуват при температурна обработка.
Експериментален
Отговорът на този въпрос е лесна задача за системата за свързване на TGA-FT-IR. Настоящата конфигурация позволява значително повишаване на температурата на трансфер на свързващия интерфейс до 370°C с газовата клетка TGA II на FT-IR спектрометъра Bruker INVENIO, свързващия адаптер на термобаланса TG 209 F1 Libra® и трансферната линия с метална капилярка вътре (фигура 1).
Резултати от измерването
Нагряването на 15 mg глицерол в отворен тигел от Al2O3 в атмосфера от чист азот със скорост 10 K/min води до пълно изпаряване до 300 °C. Екстраполираното начало на изпарението се открива при 199°C. Пикът на скоростта на загуба на маса (DTG, черно) е открит при 239°C; вж. фигура 2. Това съответства добре на пика в кривата на Грам-Шмит. Кривата на Грам-Шмидт показва общия интензитет на инфрачервената абсорбция и доказва отделянето на инфрачервени активни газове. Тази диаграма вече показва перфектното прехвърляне на освободените газове към газовия анализатор без опашка или забавяне.
За да се получи подробна представа за процеса, протичащ по време на изпаряването, е необходимо да се анализират получените FT-IR данни.
На фигура 3 са представени всички FT-IR данни в триизмерен график с температурна скала. Тази диаграма също така показва добрата корелация на увеличаването на интензитета на FT-IR със загубата на маса. Сравнението на измерените FT-IR спектри при всяка температура с библиотеката от спектри на парната фаза на NIST позволява да се идентифицират отделените газове.
Фигура 4 показва добра корелация на измерения спектър при 234°C в азотна атмосфера с библиотечния спектър на глицерол. Това доказва, че глицеролът претърпява основно процес на изпарение при изключване на кислорода, тъй като се изпарява като цялостна молекула.
Експериментът е повторен при окислителни условия. Получените FT-IR данни могат да се видят на фигура 5. Тук е открита напълно различна FT-IR картина.
Сравнението с библиотеката от спектри показва голямо сходство с вода, въглероден диоксид, въглероден оксид, ацеталдехид и в малка степен с чист глицерол (фигура 6). В този случай глицеролът се разлага на различни продукти, дори вредни като ацеталдехид и СО.
Това поведение ясно показва, че използваната газова атмосфера има значително влияние върху термичната стабилност на глицерола.
Резюме
В заключение, свързването на NETZSCH TG 209 F1 Libra® с BRUKER FT-IR INVENIO с температура на интерфейса 370°C позволява бързо и пълно прехвърляне на отделените газове към спектрометъра и тяхната идентификация. С тази система е възможно да се направи разграничение между изпарение и разлагане на висококипящи органични вещества, както в настоящия пример с използването на глицерол.