Εισαγωγή
Τα νανοσωματίδια οξειδίου του ψευδαργύρου (ZnO) διερευνώνται για τη σύνθεση υλικών με ρυθμιζόμενες μαγνητικές και ηλεκτρικές ιδιότητες και για πιθανές ιατρικές εφαρμογές στη θεραπεία του καρκίνου. Στην παρούσα μελέτη, ένα δείγμα νανοσωματιδίων ZnO με θειόλη μελετήθηκε με ταυτόχρονη TGA-DSC (STA) με τη χρήση ενός θερμικού αναλυτή NETZSCH STA 449 F1 Jupiter® ο οποίος ήταν συνδεδεμένος τόσο με ένα φασματόμετρο μάζας NETZSCH QMS 403 Aeolos όσο και με ένα φασματόμετρο BRUKER Optics TENSOR™ FT-IR (Σχήμα 1) για τη διενέργεια ανάλυσης εξελιγμένων αερίων με QMS και FT-IR. Οι γραμμές μεταφοράς, οι προσαρμογείς σύζευξης και η κυψέλη αερίου FT-IR διατηρήθηκαν σε σταθερή θερμοκρασία 200°C.
Αποτελέσματα μέτρησης
Το δείγμα νανοσωματιδίων ZnO με θειόλη, μάζας 11,18 mg, πιέστηκε στον πυθμένα ενός χωνευτηρίου DSC Pt-Rh για να σχηματιστεί ένα στρώμα πάχους περίπου 1 mm και θερμάνθηκε από τους 30°C στους 1200°C με ρυθμό θέρμανσης 20 K/min υπό πίεση αζώτου 60 ml/min. Οι καμπύλες TGA, DTG (ρυθμός μεταβολής μάζας), DSC και Gram Schmidt (ολικό ολοκλήρωμα της απορρόφησης IR) απεικονίζονται στο σχήμα 2. Η καμπύλη TGA δείχνει πέντε στάδια απώλειας μάζας τα οποία έχουν αντίστοιχες κορυφές στην καμπύλη DTG και αντίστοιχα ενδόθερμα χαρακτηριστικά στην καμπύλη DSC που οφείλονται σε διεργασίες εκρόφησης και διάσπασης στο δείγμα. Εκτός από την πολύ μεγάλη επίδραση small κάτω από τους 200°C, οι θερμοκρασίες κορυφής στο διάγραμμα Gram Schmidt αντιστοιχούν καλά με τις θερμοκρασίες κορυφής στην καμπύλη DTG. Οι καμπύλες TGA και DTG μαζί με τα εξαρτώμενα από τη θερμοκρασία ολοκληρωμένα εμβαδά ζωνών (ίχνη) για την έκταση O-H τουH2O, την έκταση C-H των υδρογονανθράκων και την αντισυμμετρική έκταση C=O τουCO2 απεικονίζονται στο σχήμα 3. Όπως φαίνεται καθαρά, η εκρόφησητου H2Oκαι τουCO2 αντιστοιχεί στα τέσσερα πρώτα στάδια απώλειας μάζας, ενώ οι υδρογονάνθρακες εξελίσσονται στη μεσαία περιοχή θερμοκρασιών σε καλή αντιστοιχία με το δεύτερο και το τρίτο στάδιο απώλειας μάζας στην καμπύλη TGA. Οι καμπύλες ιοντικού ρεύματος MS γιατο H2O(18- 17 και εν μέρει 16 u*) και τοCO2 (44 και εν μέρει 16 u) που απεικονίζονται στο Σχήμα 4 μαζί με την καμπύλη TGA παρουσιάζουν περισσότερες λεπτομέρειες λόγω της υψηλότερης ευαισθησίας του MS, αλλά τα αποτελέσματα συμφωνούν με τα ίχνη FT-IR ότι η εξέλιξητου H2Oκαι τουCO2 αντιστοιχεί με τα τέσσερα πρώτα βήματα απώλειας μάζας στην καμπύλη TGA.
*"u" ενοποιημένη μονάδα ατομικής μάζας, με ημερομηνία "amu"
Οι καμπύλες ιοντικού ρεύματος MS για SO2 (64; 48 amu) που απεικονίζονται στο Σχήμα 5 μαζί με την καμπύλη TGA δείχνουν σαφώς ότι small ποσότητες SO2 αναπτύσσονται σε υψηλές θερμοκρασίες σε αντιστοιχία με το πέμπτο βήμα απώλειας μάζας στην καμπύλη TGA. Τέλος, οι καμπύλες ιοντικού ρεύματος MS για πολλά διαφορετικά οργανικά θραύσματα που απεικονίζονται στο Σχήμα 6 δείχνουν ότι τα είδη αυτά εξελίσσονται ως δύο κορυφές σε πολύ καλή συμφωνία με τα αποτελέσματα του FT-IR.
Συμπέρασμα
Ένα ταυτόχρονο όργανο TGA/DSC (STA) σε συνδυασμό με φασματόμετρα MS και FT-IR είναι ένας πολύ ισχυρός συνδυασμός για τον χαρακτηρισμό δειγμάτων, επειδή παρέχει δεδομένα για την αλλαγή μάζας (TGA), τις θερμοκρασίες μετασχηματισμού και την ενεργότητα (DSC) και την ανάλυση των εξελιγμένων αερίων (MS, FT-IR) σε μία μόνο μέτρηση. Όλη η ανάλυση των δεδομένων πραγματοποιείται με το λογισμικό NETZSCH Proteus® .
Η ταυτόχρονη χρήση MS και FT-IR για την ανάλυση των εξελιγμένων αερίων είναι πολύ επωφελής, διότι το FT-IR μπορεί να προσδιορίσει γρήγορα τις λειτουργικές ομάδες με βάση τις χαρακτηριστικές τους ζώνες, αλλά από την άλλη πλευρά, το MS έχει μεγαλύτερη ευαισθησία και μπορεί επίσης να ανιχνεύσει ομοπυρηνικά διατομικά μόρια (H2, O2, N2) και ατομικά αέρια (He, Ne, Ar κ.λπ.) τα οποία δεν είναι ανιχνεύσιμα με το FT-IR.
