Εισαγωγή
Ο τομέας της θερμικής ανάλυσης περιλαμβάνει μεθόδους για τον χαρακτηρισμό των φυσικών και χημικών ιδιοτήτων ή των μεταβολών των ιδιοτήτων σε συνάρτηση με τη θερμοκρασία. Η θερμοβαρυμετρία επιτρέπει την ποσοτικοποίηση των μεταβολών μάζας, για παράδειγμα, την απελευθέρωση αερίων αντίδρασης και αποσύνθεσης. Όταν τα αέρια αυτά μεταφέρονται σε κυψέλη μέτρησης αερίων, καθίσταται επίσης δυνατή η ταυτοποίηση των απελευθερωμένων αερίων. Η λεγόμενη σύζευξη TGA-FT-IR είναι ένας δοκιμασμένος συνδυασμός μιας αναλυτικής και μιας φασματοσκοπικής μεθόδου ανάλυσης.
Μια αρκετά νέα προσθήκη στο καθιερωμένο STA 449 F1 Jupiter® (σχήμα 1) είναι ο κλίβανος υψηλής ταχύτητας (διατομή στο σχήμα 2), ο οποίος μπορεί να λειτουργήσει με ρυθμούς θέρμανσης έως και 1000 K/min (τώρα διατίθενται συστήματα κλιβάνων για τις πιο διαφορετικές εφαρμογές που καλύπτουν ένα εύρος θερμοκρασιών από -150°C έως 2400°C).
Η επίδραση του ρυθμού θέρμανσης και του σχετικού ρυθμού απελευθέρωσης στα αποτελέσματα των θερμοβαρυμετρικών και φασματοσκοπικών μετρήσεων θα συζητηθεί στο παρόν σημείωμα εφαρμογής.
Αποτελέσματα
α) Πολυπροπυλένιο PP
Όταν μεταβάλλεται ο ρυθμός θέρμανσης κατά τη διάρκεια των θερμοαναλυτικών πειραμάτων, τα αποτελέσματα που ανιχνεύονται μετατοπίζονται σε υψηλότερες θερμοκρασίες με την αύξηση του ρυθμού θέρμανσης (σχήμα 3). Αυτό είναι γνωστό και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για κινητικές αξιολογήσεις. Με την αύξηση της θερμοκρασίας απελευθέρωσης, ο ρυθμός απελευθέρωσης αυξάνεται επίσης σημαντικά (σχήμα 4). Συνεπώς, η συγκέντρωση των προς ανάλυση δειγμάτων αερίων στη σταθερή ροή φέροντος αερίου αυξάνεται επίσης και τα αέρια δείγματα μπορούν εύκολα να ανιχνευθούν και να ταυτοποιηθούν. Τα στάδια απώλειας μάζας, ωστόσο, δεν εξαρτώνται από τον ρυθμό θέρμανσης.
β) CaCO3
Η σχέση μεταξύ του ρυθμού θέρμανσης και της θερμοκρασίας διάσπασης σε σταθερό ύψος βαθμίδας, που συζητήθηκε για την πυρόλυση του προπυλενίου, μπορεί επίσης να παρατηρηθεί κατά τη θερμική διάσπαση του ανθρακικού ασβεστίου σε οξείδιο του ασβεστίου και διοξείδιο του άνθρακα (σχήματα 5 και 6).
Στο Σχήμα 7 παρουσιάζεται η ένταση απορρόφησης των αντίστοιχων ιχνών Gram-Schmidt, η οποία αναμένεται να αυξηθεί με την αύξηση των ρυθμών θέρμανσης. Πρέπει να σημειωθεί εδώ ότι η μεταφορά των απελευθερωμένων αερίων του δείγματος στην κυψέλη μέτρησης αερίων IR καθυστερεί ελάχιστα λόγω των γρήγορων ρυθμών θέρμανσης. Αυτό φαίνεται από τη σύγκριση του μέγιστου ρυθμού απελευθέρωσης (DTA) με τη μέγιστη ένταση IR (GS) στο σχήμα 8.
γ) CaC2O4 xH2Oαναμεμειγμένο με SiO2
Για τη διερεύνηση του ορίου ανίχνευσης παρασκευάστηκε μείγμα μονοϋδρικού οξαλικού ασβεστίου (CaC2O4 xH2O) και χαλαζιακής άμμου (SiO2). Η αναλογία ανάμιξης selected ήταν 1:10, έτσι ώστε η αναμενόμενη απελευθέρωση νερού να αντιστοιχεί περίπου στο 1% της μάζας του δείγματος. Η θερμική απελευθέρωση του 1% περίπου του νερού από αυτό το μείγμα δεν μπορούσε να ανιχνευθεί με ρυθμό θέρμανσης 20 K/min- με ρυθμό θέρμανσης 200 K/min, ωστόσο, μπορούσε να ανιχνευθεί σαφώς (σχήμα 9 έως 11).
Περίληψη
Με γρήγορους ρυθμούς θέρμανσης έως και 500 Κ/min, είναι δυνατόν να αυξηθούν σημαντικά οι ρυθμοί απελευθέρωσης αερίων προϊόντων από ένα δείγμα. Ως εκ τούτου, η συγκέντρωσή τους αυξάνεται επίσης σε σύγκριση με το αέριο-φορέα, με αποτέλεσμα σημαντική βελτίωση του ορίου ανίχνευσης μιας σύζευξης TGA-FT-IR.