Úvod
Pro spolehlivé a konzistentní výsledky je nezbytné používat vysoce čisté chemikálie a materiály. V mnoha výzkumných a průmyslových aplikacích, jako je analýza polymerů, farmaceutický průmysl nebo věda o materiálech, má přesná detekce i těch nejmenších hmotnostních ztrát zásadní význam. Pro splnění i těch nejvyšších požadavků na čistotu je klíčová přesná kontrola kvality - a právě zde přichází ke slovu termogravimetrie nebo simultánní termická analýza. Termogravimetrie (TGA) je přesná a citlivá analytická metoda, která se používá například ke stanovení složení. Pro standardní měření se obvykle používá vzorek o hmotnosti 20 až 30 mg.
K detekci nejmenších stop látky lze použít funkci Residuum Value, která je integrována do softwaru NETZSCH Proteus® (viz příslušná aplikační poznámka AN 182). Tato metoda však neposkytuje žádné průkazné výsledky, zda vzorek vykazuje vícenásobné hmotnostní ztráty.
Alternativním přístupem je použití nejvyšší možné hmotnosti vzorku na začátku měření, aby se zvýšil absolutní úbytek hmotnosti. Při použití standardních kelímků (85 μl) pro stanovení small hmotnostních ztrát kolem 0,01 % se rychle narazí na omezení způsobená malým objemem kelímku.
Pro optimalizaci analytické přesnosti a metodické flexibility nabízí NETZSCH širokou škálu kelímků z oxidu hlinitého vhodných pro nejširší možný teplotní rozsah s různými objemy od 85 μl do 10 ml (viz obrázek 1). Větší objemy kelímků jsou obzvláště vhodné pro detekci minimálních hmotnostních ztrát, protože umožňují vyšší absolutní hmotnost vzorku.
Experimentální část a výsledky
Aby se prokázalo, že pomocí NETZSCH STA lze detekovat hmotnostní ztráty v rozsahu přibližně 0,01 %, byl do 10ml Al₂O₃ kádinky, která byla předtím naplněna 15,5 g Al₂O₃ kuliček, vložen kelímek z oxidu hlinitého (85 μl) naplněný 9,96 mg monohydrátu šťavelanu vápenatého (CaC₂O₄-H₂O). Tyto kuličky byly použity k sestavení modelového systému s pouhým úbytkem hmotnosti small (obr. 2). Při zahřívání monohydrátu šťavelanu vápenatého lze zjistit tři po sobě jdoucí kroky úbytku hmotnosti: nejprve uvolnění vody (i), následované uvolněním CO (ii) a nakonec CO₂ (iii).
(i) CaC2O4-H2O→ CaC2O4 +H2O
(ii) CaC2O4 → CaCO3 + CO
(iii) CaCO3 → CaO2 +CO2
Teoretické hmotnostní ztráty jednotlivých kroků lze snadno vypočítat na základě stechiometrické bilance reakce. Tabulka 1 shrnuje teoretické hmotnostní ztráty během jednotlivých kroků, naměřené hmotnostní ztráty (stanovené na základě hmotnosti vzorku a inertního materiálu) a hmotnostní ztráty vypočtené na základě hmotnosti vzorku.
Srovnání experimentálně stanovených hmotnostních úbytků s teoreticky vypočtenými kroky ukazuje vynikající shodu za předpokladu, že se bere v úvahu pouze odvážené množství monohydrátu šťavelanu vápenatého.
Tabulka 1: Teoretické a naměřené hmotnostní ztráty při rozkladu monohydrátu šťavelanu vápenatého (CaC2O4-H2O)
| Kroky rozkladu | Teoretický úbytek hmotnosti | Zjištěný hmotnostní úbytek modelového vzorku (9,96 mg CaC2O4-H2O+ 15.5369 g kuliček Al2O3 ) | Zjištěný hmotnostní úbytek vztažený k naváženému množství C2O4-H2O |
|---|---|---|---|
| CaC2O4-H2O→ CaC2O4 +H2O | 12.32% | 0.008% | 12.40% |
| CaC2O4 → CaCO3 + CO | 19.16% | 0.012% | 19.04% |
| CaCO3 → CaO2 +CO2 | 30.11% | 0.019% | 30.26% |
Vezmeme-li však v úvahu modelový systém, tj. celkovou hmotnost vzorku sestávajícího z monohydrátu šťavelanu vápenatého a Al₂O₃ kuliček, je zřejmé, že pomocí NETZSCH STA lze spolehlivě zjistit i minimální hmotnostní úbytky v rozsahu 0,01 %.
Závěr
Pro přesné a reprodukovatelné výsledky je nezbytné používat vysoce čisté chemikálie a materiály. Pro splnění těchto požadavků na čistotu je kontrola kvality prostřednictvím simultánní termické analýzy nepostradatelným nástrojem.
Běžné objemy kelímků rychle dosahují svých limitů, zejména při analýze stopových nečistot kolem 0,01 %. NETZSCH řeší tento problém širokou škálou objemů kelímků - od 85 μl do 10 ml. Tato flexibilita umožňuje uživatelům optimálně přizpůsobit podmínky měření příslušné velikosti vzorku a spolehlivě detekovat i ty nejmenší hmotnostní ztráty. Díky tomu lze s jistotou splnit i ty nejvyšší standardy kvality. Kromě toho lze flexibilitu aplikace dále zvýšit širokou škálou materiálů kelímků (objemy kelímků se mohou lišit).