Εισαγωγή
Η γλυκερόλη είναι μια απλή τριολική ένωση που απομονώθηκε για πρώτη φορά το 1779 από τον Carl Wilhelm Scheele. Από εκείνη τη στιγμή και μετά, ακολούθησε μια μεγάλη ιστορία επιτυχίας. Σήμερα, χρησιμοποιείται σε καλλυντικά, φάρμακα, βερνίκια παπουτσιών, αντιψυκτικά, ζωοτροφές, καπνό σίσα και τρόφιμα. Υπάρχουν πολύ λίγες πρώτες ύλες τόσο ευέλικτες όσο η γλυκερίνη. Ακόμη και πολύ πρόσφατες δραστηριότητες research από τον τομέα των μπαταριών ιόντων λιθίου διαπίστωσαν ότι η γλυκερίνη είναι ένα σημαντικό πρόσθετο συνδετικό υλικό που διευκολύνει τη διάχυση ιόντων λιθίου στη διεπιφάνεια της ανόδου γραφίτη χαμηλής αντίστασης και ενισχύει την ικανότητα υψηλής ταχύτητας [1].
Σε όλα τα ευρέως διαφοροποιημένα πεδία εφαρμογών, τίθεται πάντα το ερώτημα σχετικά με τη θερμική σταθερότητα της γλυκερίνης και τα αέρια που ενδέχεται να παραχθούν κατά τη διάρκεια μιας θερμοκρασιακής επεξεργασίας.
Πειραματικό
Η απάντηση σε αυτό το ερώτημα είναι εύκολη για το σύστημα σύζευξης TGA-FT-IR. Η τρέχουσα διαμόρφωση επιτρέπει μια σημαντικά αυξημένη θερμοκρασία μεταφοράς της διεπαφής σύζευξης στους 370°C με την κυψέλη αερίου TGA II στο φασματόμετρο FT-IR Bruker INVENIO, τον προσαρμογέα σύζευξης στο thermobalance TG 209 F1 Libra® και τη γραμμή μεταφοράς με ένα μεταλλικό τριχοειδές στο εσωτερικό της (σχήμα 1).
Αποτελέσματα μέτρησης
Η θέρμανση 15 mg γλυκερόλης σε ένα ανοιχτό χωνευτήρι Al2O3 σε ατμόσφαιρα καθαρού αζώτου με ταχύτητα 10 K/min οδηγεί σε πλήρη εξάτμιση στους 300°C. Η εξωλογιστική έναρξη ανιχνεύθηκε στους 199°C. Η κορυφή του ρυθμού απώλειας μάζας (DTG, μαύρο χρώμα) βρέθηκε στους 239°C- βλέπε σχήμα 2. Αυτό αντιστοιχεί καλά με την κορυφή στην καμπύλη Gram-Schmidt. Η καμπύλη Gram-Schmidt δείχνει τη συνολική ένταση απορρόφησης IR και αποδεικνύει την απελευθέρωση ενεργών αερίων IR. Αυτό το διάγραμμα δείχνει ήδη την τέλεια μεταφορά των αερίων που απελευθερώνονται στον αναλυτή αερίων χωρίς ουρά ή καθυστέρηση.
Για λεπτομερή εικόνα της διαδικασίας που λαμβάνει χώρα κατά την εξάτμιση, είναι απαραίτητη η ανάλυση των δεδομένων FT-IR που λαμβάνονται.
Στο Σχήμα 3 απεικονίζονται όλα τα δεδομένα FT-IR σε ένα τρισδιάστατο διάγραμμα με κλίμακα θερμοκρασίας. Αυτό το διάγραμμα δείχνει επίσης την καλή συσχέτιση της αύξησης της έντασης FT-IR με την απώλεια μάζας. Η σύγκριση των μετρούμενων φασμάτων FT-IR σε κάθε θερμοκρασία με τα φάσματα φάσης ατμών του NIST library επιτρέπει την ταυτοποίηση των αερίων που απελευθερώνονται.
Το Σχήμα 4 δείχνει μια καλή συσχέτιση του μετρούμενου φάσματος στους 234°C σε ατμόσφαιρα αζώτου με το φάσμα library της γλυκερόλης. Αυτό αποδεικνύει ότι η γλυκερόλη υφίσταται κυρίως μια διαδικασία εξάτμισης υπό τον αποκλεισμό του οξυγόνου, καθώς εξατμίζεται ως πλήρες μόριο.
Το πείραμα επαναλήφθηκε υπό οξειδωτικές συνθήκες. Τα δεδομένα FT-IR που προέκυψαν φαίνονται στο σχήμα 5. Εδώ ανιχνεύθηκε ένα εντελώς διαφορετικό μοτίβο FT-IR.
Η σύγκριση με τα φάσματα library έδειξε μεγάλη ομοιότητα με το νερό, το διοξείδιο του άνθρακα, το μονοξείδιο του άνθρακα, την ακεταλδεΰδη και, σε μικρό βαθμό, την καθαρή γλυκερόλη (εικόνα 6). Στην περίπτωση αυτή, η γλυκερόλη διασπάται σε διάφορα προϊόντα, ακόμη και σε επιβλαβή, όπως η ακεταλδεΰδη και το CO.
Η συμπεριφορά αυτή αποκαλύπτει σαφώς ότι η χρησιμοποιούμενη ατμόσφαιρα αερίου έχει σημαντική επίδραση στη θερμική σταθερότητα της γλυκερόλης.
Περίληψη
Συμπερασματικά, η σύνδεση NETZSCH TG 209 F1 Libra® με BRUKER FT-IR INVENIO με θερμοκρασία διεπαφής 370°C επιτρέπει τη γρήγορη και πλήρη μεταφορά των αερίων που αναπτύσσονται στο φασματόμετρο και την ταυτοποίησή τους. Με το σύστημα αυτό είναι δυνατή η διάκριση μεταξύ εξάτμισης και διάσπασης οργανικών ουσιών υψηλού βρασμού, όπως στο παρόν παράδειγμα με τη χρήση γλυκερίνης.