Úvod
Oblast termické analýzy zahrnuje metody pro charakterizaci fyzikálních a chemických vlastností nebo jejich změn v závislosti na teplotě. Termogravimetrie umožňuje kvantifikovat hmotnostní změny, například uvolňování reakčních a rozkladných plynů. Když jsou tyto plyny převedeny do plynové měřicí cely, je možná také identifikace uvolněných plynů. Takzvané spojení TGA-FT-IR je osvědčenou kombinací analytické a spektroskopické metody analýzy.
Zcela novým doplňkem zavedeného systému STA 449 F1 Jupiter® (obr. 1) je vysokorychlostní pec (průřez na obr. 2), kterou lze provozovat při rychlosti ohřevu až 1000 K/min (nyní jsou k dispozici pecní systémy pro nejrůznější aplikace pokrývající teplotní rozsah od -150 °C do 2400 °C).
Vliv rychlosti ohřevu a související rychlosti uvolňování na výsledky termogravimetrických a spektroskopických měření bude diskutován v této aplikační poznámce.
Výsledky
a) Polypropylen PP
Při změně rychlosti ohřevu během termoanalytických experimentů se zjištěné účinky s rostoucí rychlostí ohřevu posouvají k vyšším teplotám (obr. 3). To je dobře známo a lze toho využít pro kinetická vyhodnocení. Se zvyšující se teplotou uvolňování se také výrazně zvyšuje rychlost uvolňování (obrázek 4). Proto se také zvyšuje koncentrace analyzovaných vzorkovacích plynů v konstantním proudu nosného plynu a vzorkovací plyny lze snadno detekovat a identifikovat. Kroky ztráty hmotnosti však nejsou závislé na rychlosti zahřívání.
b) CaCO3
Vztah mezi rychlostí ohřevu a teplotou rozkladu při konstantní výšce kroku, který byl diskutován u pyrolýzy propylenu, lze pozorovat také při tepelném rozkladu uhličitanu vápenatého na oxid vápenatý a oxid uhličitý (obrázky 5 a 6).
Na obrázku 7 je znázorněna intenzita absorpce příslušných Gram-Schmidtových stop, která by se měla zvyšovat s rostoucí rychlostí ohřevu. Zde je třeba poznamenat, že transport uvolněných plynů ze vzorku do infračervené plynové měřicí cely se kvůli rychlým rychlostem ohřevu téměř nezpožďuje. To je patrné ze srovnání maximální rychlosti uvolňování (DTA) s maximální intenzitou IR (GS) na obrázku 8.
c) CaC2O4 xH2Ove směsi s SiO2
Pro zkoumání meze detekce byla připravena směs monohydrátu šťavelanu vápenatého (CaC2O4 xH2O) a křemenného písku (SiO2). Zvolený směšovací poměr byl 1:10, takže očekávané uvolnění vody odpovídalo přibližně 1 % hmotnosti vzorku. Tepelné uvolňování přibližně 1 % vody z této směsi nebylo možné zjistit při rychlosti ohřevu 20 K/min; při použití rychlosti ohřevu 200 K/min jej však bylo možné jasně zjistit (obr. 9 až 11).
Souhrn
Pomocí rychlého ohřevu až 500 K/min lze výrazně zvýšit rychlost uvolňování plynných produktů ze vzorku. Proto se také zvyšuje jejich koncentrace ve srovnání s nosným plynem, což vede k významnému zlepšení detekčního limitu spojení TGA-FT-IR.