Introduktion
Glycerol er en simpel triolforbindelse, som første gang blev isoleret i 1779 af Carl Wilhelm Scheele. Fra dette tidspunkt fulgte en stor succeshistorie. I dag bruges det i kosmetik, medicin, skosværte, frostvæske, dyrefoder, shishatobak og fødevarer. Der er meget få råmaterialer, der er så alsidige som glycerol. Selv meget nylige forskningsaktiviteter inden for litium-ion-batterier viste, at glycerol er et vigtigt bindemiddeladditiv, som letter diffusionen af litiumioner ved grafitanodens grænseflade med lav modstand og forbedrer kapaciteten ved høje hastigheder [1].
På tværs af de vidt forskellige anvendelsesområder opstår der altid spørgsmål om glycerols termiske stabilitet og de gasser, der kan produceres under en temperaturbehandling.
Eksperimentel
Det er en nem opgave for TGA-FT-IR-koblingssystemet at svare på dette. Den nuværende konfiguration muliggør en markant øget overførselstemperatur af koblingsgrænsefladen til 370 °C med TGA II-gascellen på Bruker INVENIO FT-IR-spektrometeret, koblingsadapteren på thermobalance TG 209 F1 Libra® og overførselsledningen med en metalkapillær indeni (figur 1).
Resultater af målinger
Opvarmning af 15 mg glycerol i en åben Al2O3 digel i en ren kvælstofatmosfære ved 10 K/min resulterer i fuldstændig FordampningFordampning af et grundstof eller en forbindelse er en faseovergang fra væskefase til damp. Der findes to typer fordampning: fordampning og kogning.fordampning ved 300 °C. Den ekstrapolerede begyndelse blev registreret ved 199 °C. Toppen i massetabshastigheden (DTG, sort) blev fundet ved 239 °C; se figur 2. Dette svarer godt til toppen i Gram-Schmidt-kurven. Gram-Schmidt-kurven viser den samlede IR-absorptionsintensitet og beviser frigivelsen af IR-aktive gasser. Dette plot viser allerede den perfekte overførsel af de frigivne gasser til gasanalysatoren uden tailing eller forsinkelse.
For at få et detaljeret indblik i den proces, der foregår under fordampningen, er det nødvendigt at analysere de opnåede FT-IR-data.
Figur 3 viser alle FT-IR-data i et temperaturskaleret 3D-plot. Dette plot viser også den gode korrelation mellem stigningen i FT-IR-intensitet og massetabet. Sammenligning af de målte FT-IR-spektre ved hver temperatur med NIST's dampfasespektrabibliotek gør det muligt at identificere de frigivne gasser.
Figur 4 viser en god korrelation mellem det målte spektrum ved 234 °C i en nitrogenatmosfære og glycerolens biblioteksspektrum. Dette beviser, at glycerol hovedsageligt gennemgår en fordampningsproces under udelukkelse af ilt, da det fordamper som et komplet molekyle.
Eksperimentet blev gentaget under oxiderende forhold. De resulterende FT-IR-data kan ses i figur 5. Her blev der registreret et helt andet FT-IR-mønster.
Sammenligningen med spektrabiblioteket viste stor lighed med vand, kuldioxid, kulilte, acetaldehyd og, i mindre grad, ren glycerol (figur 6). I dette tilfælde nedbrydes glycerol til forskellige produkter, endda skadelige som acetaldehyd og CO.
Denne adfærd viser tydeligt, at den anvendte gasatmosfære har stor indflydelse på glycerols termiske stabilitet.
Sammenfatning
Konklusionen er, at NETZSCH TG 209 F1 Libra® til BRUKER FT-IR INVENIO-koblingen med en grænsefladetemperatur på 370 °C muliggør en hurtig og fuldstændig overførsel af de udviklede gasser til spektrometeret og identifikation af dem. Med dette system er det muligt at skelne mellem FordampningFordampning af et grundstof eller en forbindelse er en faseovergang fra væskefase til damp. Der findes to typer fordampning: fordampning og kogning.fordampning og NedbrydningsreaktionEn nedbrydningsreaktion er en termisk induceret reaktion af en kemisk forbindelse, der danner faste og/eller gasformige produkter. nedbrydning af højtkogende organiske stoffer, som i dette eksempel med glycerol.