Úvod
Evolvovaná plynová analýza (EGA) spojená s termickými analyzátory, jako je termogravimetrie (TGA) nebo simultánní termická analýza (STA), která se vztahuje k simultánní TGA-DSC, je dobře zavedená, protože výrazně zvyšuje hodnotu výsledků TGA nebo TGA-DSC. Citlivá a selektivní technika Fourierova infračerveného přenosu (FT-IR) je užitečná zejména pro analýzu organických molekul, ale také pro infračerveně aktivní permanentní plyny vznikající při většině rozkladných procesů. Tyto permanentní plyny, jako jeCO2 nebo SO2, jsou za okolních podmínek plynné.
Spojovací rozhraní mezi termálními analyzátory a FT-IR spektrometry se obvykle realizuje pomocí vyhřívaných adaptérů a pružného vyhřívaného přenosového vedení, kde je vyhřívání nutné, aby se zabránilo kondenzaci vyvíjených plynů na cestě do FT-IR přístroje. Ačkoli jsou k dispozici integrovaná softwarová řešení, tepelné a plynové analyzátory jsou stále fyzicky odděleny. Cesta přenosovým vedením navíc způsobuje zpoždění mezi uvolněním a detekcí vyvíjených plynů a v některých případech dochází ke kondenzaci nebo interakčním efektům.
Pro tuto práci bylo použito nové přímé Perseus spojení přístroje STA a FT-IR spektrometru bez přenosové linky [1]. Velmi small FT-IR spektrometr je přímo namontován na horní část pece STA, což vede ke vzniku kompaktního a plně integrovaného STA-FT-IR spojovacího systému nazvaného Perseus STA 449 (viz obr. 1). Perseus je novým členem rodiny NETZSCH spojovacích systémů, jak je znázorněno na obr. 2.
Krátké rozhraní k peci STA (viz obrázek 3) a plynová komora FT-IR spektrometru jsou vyhřívány, aby se minimalizovalo riziko kondenzace. Kromě toho není zapotřebí kapalný dusík, protože FT-IR detektor typu DLaTGS pracuje při pokojové teplotě.
Základní přístroj NETZSCH STA 449 F1 /F3 Jupiter® umožňuje měřit současně TGA s vysokým rozlišením a DSC nebo DTA v širokém rozsahu teplot od -150 °C do 2400 °C v závislosti na použité peci a nosiči vzorku.
Experimentální
Sloučenina PTFE/grafit s počáteční hmotností vzorku 11,54 mg byla měřena v Pt kelímcích s propíchnutým víkem při rychlosti ohřevu 10 K/min. Plynová atmosféra (průtok 70 ml/min) byla přepnuta z čistého argonu na syntetický vzduch při 870 °C. Byl použit nosič vzorků TGA-DSC typu S a rhodiová pec. Výsledky TGA-DSC byly korigovány na základní linii (signály prázdného chodu byly odečteny) a FT-IR akvizice byla provedena s rozlišením 4 cm-1 a pro jedno FT-IR spektrum bylo zprůměrováno 16 skenů, přičemž jeden sken trval přibližně 1 s.
Výsledky a diskuse
Spojka Perseus je vhodná pro mnoho aplikací [1]. Jako příklad jsou uvedeny výsledky na výše zmíněné sloučenině PTFE/grafit - kterou lze například použít jako mazivo - [2]: na obr. 4 jsou zobrazeny výsledky TGA-DSC spolu s Gram-Schmidtovou křivkou. Gram-Schmidtova křivka zobrazuje změnu intenzity celé zjištěné IČ absorpce. Při teplotě přibližně 349 °C (teplota vrcholu) ukazuje signál DSC endotermický efekt, který je způsoben tavením obsahu PTFE. Mezi přibližně 480 °C a 620 °C dochází k 97,4% úbytku hmotnosti spolu s endotermickým DSC efektem a vrcholem Gram-Schmidtova signálu. V tomto rozsahu dochází k pyrolytickému rozkladu obsahu PTFE. Při 870 °C se plynná atmosféra změnila z inertní na oxidační, což vedlo k ExotermickéPřechod vzorku nebo reakce je exotermická, pokud při ní vzniká teplo.exotermickému vyhoření obsahu grafitu o cca 2,1 %. Zbytková hmotnost přibližně 0,6 % je pravděpodobně způsobena keramickým plnivem.
"3-D kostka" na obrázku 5 ukazuje IČ absorpci jako funkci vlnového čísla a teploty spolu s křivkou TGA. Během prvního kroku ztráty hmotnosti lze identifikovat především známé absorpční pásy tetrafluorethylenu, C2F4, v rozsahu mezi 1100 cm-1 a 1400 cm-1 (a také stopy HF v rozsahu mezi 4000 cm-1 a 4200 cm-1). Pásy detekované během druhého kroku ztráty hmotnosti, především v rozsahu mezi 2200 cm-1 a 2400 cm-1, lze připsatCO2 vznikajícímu během spalování. Na obrázku 6 jsou znázorněny charakteristické integrační stopy pro C2F4 aCO2 v závislosti na teplotě, což opět ukazuje vynikající korelaci mezi kroky ztráty hmotnosti a vyvíjenými plyny.
Závěr
Uvedený příklad aplikace ukazuje, že Perseus umožňuje současný záznam TGA a DSC a současně detekci uvolňovaných plynů pomocí FT-IR. Celé výsledky STA-FT-IR umožňují kvantifikaci a identifikaci jednotlivých složek vzorku, protože původně neidentifikované plyny lze často identifikovat pomocí vyhledávání v databázi [1]. Byla prokázána velmi dobrá korelace mezi detekovanými stupni úbytku hmotnosti a uvolněnými plyny, což je výhodou rozhraní přímé vazby. Celkově lze říci, že nový přístroj Perseus STA 449 F1 /F3 je vysoce výkonný přímý STA-FT-IR spojovací přístroj bez přenosové linky, který vyniká zejména svou kompaktností.