Συστήματα ανάλυσης αερίων συνδεδεμένα με όργανα NETZSCH: Πώς ξεκίνησαν όλα

NETZSCH-Η Gerätebau GmbH διαθέτει πάνω από μισό αιώνα εμπειρίας στην ανάπτυξη της τεχνολογίας ζεύξεων. Στον μήνα March, μάθετε σε μια ιστορική σύνοψη πώς ξεκίνησαν όλα, ποια συστήματα χρησιμοποιήθηκαν τότε και ποια χρησιμοποιούνται σήμερα, και διαβάστε συναρπαστικές συνεισφορές από τους μακροχρόνιους πελάτες και συνεργάτες μας.

Το 1973, ο φυσικός Erwin Kaisersberger εντάχθηκε στο NETZSCH και αρχικά ήταν υπεύθυνος για τις εφαρμογές και τις πωλήσεις στη Γερμανία και στο εξωτερικό. Ακολούθησαν περαιτέρω στάδια καριέρας ως επικεφαλής του εργαστηρίου εφαρμογών, επικεφαλής των τεχνικών πωλήσεων και "ανώτερος επιστήμονας" στην παγκόσμια ομάδα υποστήριξης υπηρεσιών και εφαρμογών. Από το 2007, εργάστηκε για την εταιρεία ως ανεξάρτητος σύμβουλος, προτού βγει στην επάξια συνταξιοδότησή του το 2012 - μετά από 39 χρόνια εργασίας. Αυτά τα τελευταία πέντε χρόνια, αφιέρωσε όλη του την ενέργεια ειδικά στον τομέα της σύζευξης TGA-GC-MS.

Ο Erwin Kaisersberger συγκέντρωσε για εμάς την ιστορία της σύζευξης συστημάτων ανάλυσης αερίων με όργανα NETZSCH:

Σημείο εκκίνησης το 1970

Όπως μπορείτε να δείτε από την περιγραφή της ιστορίας της STA στο επετειακό άρθρο για τον Φεβρουάριο του 2022, η πρώτη NETZSCH STA με αριθμό μοντέλου 429 παρουσιάστηκε το 1970. Αυτό έγινε με την ευκαιρία της Διεθνούς Έκθεσης Μηχανικών στο Μπρνο (φθινόπωρο 1970), η οποία εκείνη την εποχή και ακόμη και πολλά χρόνια αργότερα αποτελούσε σημαντική αγορά για συναλλαγές με χώρες της Ανατολικής Ευρώπης, μεταξύ άλλων.

Μέχρι το 1970, το NETZSCH υποστήριζε τη φιλοσοφία ότι ήταν προτιμότερο να εργάζεται κανείς χωριστά με DTA και TGA, δεδομένου ότι για την DTA, οι ταχύτεροι ρυθμοί θέρμανσης ήταν αποτελεσματικοί για τη λήψη κορυφών larger- για την TGA, από την άλλη πλευρά, προτιμούνταν οι βραδύτεροι ρυθμοί θέρμανσης προκειμένου να προσδιοριστούν οι μεταβολές μάζας σε μια κατάσταση όσο το δυνατόν πιο κοντά στην ισορροπία. Ωστόσο, η ταυτόχρονη εφαρμογή της DTA και της TGA σε ένα μόνο δείγμα υπό πανομοιότυπες συνθήκες καθιερώθηκε γρήγορα.

Με την εισαγωγή του STA 429, ο οποίος σχεδιάστηκε εξαρχής για να είναι στεγανός στο κενό και στα αέρια, εισήλθαμε σε ένα νέο τμήμα της αγοράς και βρεθήκαμε σε άμεσο ανταγωνισμό με άλλους δυτικοευρωπαίους κατασκευαστές- το ίδιο συνέβη και στην Ανατολική Ευρώπη με τον παράγωγογράφο (Paulik και Erdey). Ιδιαίτερα στην περιοχή των υψηλότερων θερμοκρασιών, το NETZSCH μπόρεσε να αξιοποιήσει τη μακρόχρονη εμπειρία του στους τομείς των ανόργανων ουσιών, των ορυκτών και των κεραμικών.

Ακόμη και πριν από το 1973, η NETZSCH διέθετε ένα ευρύ πρόγραμμα παραγωγής, όπως αναφέρεται στο φυλλάδιο του διαστομέτρου του 1973 (επετειακό άρθρο του Ιανουαρίου 2022). Αυτό περιελάμβανε επίσης όργανα ανίχνευσης αερίων σε συνεχή λειτουργία για τη σύζευξη με τα στεγανά μοντέλα για DTA, TGA, STA και dilatometers. Βέβαια αυτοί οι ανιχνευτές αερίων, οι οποίοι κατέγραφαν τις μεταβολές της θερμικής αγωγιμότητας (EGA), της πυκνότητας αερίου (EGD) ή της ραδιενέργειας (ETA) ενός αερίου δείγματος κατά τη διάρκεια ενός πειράματος, δεν ήταν αρκετά ικανοποιητικοί παρά την απλότητά τους και το γεγονός ότι ορισμένοι από αυτούς είχαν υψηλή ευαισθησία ανίχνευσης: Έδειχναν μόνο ότι τα αέρια είχαν εξελιχθεί ή απορροφηθεί, αλλά όχι ποια!

Η ταυτοποίηση αερίων, ωστόσο, ήταν τόσο επίκαιρο θέμα εκείνη την εποχή όσο και σήμερα. Ποια συστήματα ανάλυσης αερίων ήταν όμως αρχικά διαθέσιμα Το επίκεντρο των εργασιών ανάπτυξης στράφηκε γρήγορα στο τετραπολικό φασματόμετρο μάζας λόγω της συμπαγούς κατασκευής του και της υψηλής ευαισθησίας ανίχνευσης (1960: Επινόηση του τετραπολικού φασματοσκοπίου μάζας από τον Γερμανό φυσικό και μετέπειτα βραβευμένο με Νόμπελ, Wolfgang Paul, και τον συνεργάτη του, Helmut Steinwedel, στο Πανεπιστήμιο της Βόννης).

Από το 1970, η ανάπτυξη των οργάνων στο NETZSCH κατευθύνθηκε επίσης προς πιο συμπαγείς διαστάσεις με smaller και, συνεπώς, ταχύτερους κλιβάνους, μειωμένους θαλάμους δειγμάτων για καλύτερο καθαρισμό αερίων και στεγανότητα κενού για την επίτευξη καθαρών ατμοσφαιρών αερίων στα δείγματα. Αυτό ήταν βασική προϋπόθεση για την ευαίσθητη σύζευξη των ευαίσθητων συστημάτων ανάλυσης αερίων. Επίσης, από το 1970, στα συστήματα ελέγχου των οργάνων χρησιμοποιήθηκαν ηλεκτρονικά συστήματα που αναπτύχθηκαν από τον Karl Bayreuther και την ομάδα του στο NETZSCH. Αυτό έκανε τα όργανα πιο ευέλικτα και πιο ακριβή, ιδίως στον έλεγχο της θερμοκρασίας και στην απόκτηση δεδομένων μέτρησης.

1973: Φασματογράφοι μάζας (MS)

Ο όμιλος NETZSCH, αποτελούμενος από τις μεμονωμένες γερμανικές εταιρείες Gebrüder NETZSCH-Anlagenbau, NETZSCH-Mohnopumpen, NETZSCH-Feinmahltechnik, NETZSCH-Newamatik, NETZSCH-Gerätebau και NETZSCH-Vertriebsgesellschaft, ήταν σε μεγάλα κέφια και γιόρτασε την ^100ή επέτειο την 1η Ιουλίου 1973 μαζί με τις ξένες θυγατρικές του σε ένα "εξαιρετικά πλούσιο εταιρικό πάρτι" στο Selb. (Άρχισα να εργάζομαι στην NETZSCH-Gerätebau 100 χρόνια και μία ημέρα μετά την ίδρυση της NETZSCH, δηλαδή ακριβώς την επομένη του εορτασμού των 100 ετών. Μέχρι σήμερα δεν μπορώ να απαντήσω στο ερώτημα γιατί δεν ήμουν εκεί ...))

Ήδη από τις αρχές της δεκαετίας του '70, η Balzers του Λιχτενστάιν είχε καλή φήμη για τα τετραπολικά φασματόμετρα μάζας (QMS) για τον έλεγχο διεργασιών. NETZSCH-Το ενδιαφέρον της Gerätebau να συνεργαστεί με την Balzers για την ανάπτυξη μιας σύζευξης MS για το STA 429 ήταν πολύ μεγάλο και η Balzers, με τη σειρά της, εντυπωσιάστηκε από το ανοιχτό πνεύμα στο NETZSCH για τη βελτιστοποίηση των ενσωματωμένων συστημάτων εισόδου αερίου. Έτσι, στο τεχνικό τμήμα του Gerhard Bräuer και της ομάδας του, κατασκευάστηκε ένα σύστημα εισόδου αερίου αποτελούμενο από ένα τριχοειδές τριχοειδές από πλατίνα και ένα κατάντη διαφραγματικό πιάτο από πλατίνα.

Αυτό είχε ως αποτέλεσμα μια ζεύξη φασματόμετρου μάζας που εξακολουθεί να λειτουργεί σε θερμοκρασίες πολύ πάνω από 1000°C και ένα μηχανικά υψηλής ακρίβειας αρθρωτό εξάρτημα για εγκατάσταση στον κλίβανο 1600°C του STA 429.

1974: Εισαγωγή της πρώτης και μοναδικής ζεύξης φασματομέτρου μάζας NETZSCH-Balzers

Η εξάτμιση για τη νέα διεπαφή ζεύξης είναι μια περιστροφική αντλία κενού δύο σταδίων στο πρώτο στάδιο (τριχοειδές Pt). Το υψηλό επίπεδο κενού που είναι απαραίτητο για την εξάτμιση του στομίου Pt, της πηγής ιόντων και του τετραπολικού φίλτρου μάζας παρέχεται από αντλία διάχυσης με λιπαντικό πολυφαινυλαιθέρα χαμηλού θραύσματος (σε σχέση με το φάσμα υποβάθρου MS) ως αντλία άντλησης medium.

Ο κλίβανος, το σύστημα σύζευξης και η αντλία υψηλού κενού είναι τοποθετημένα σε κατακόρυφο "ανελκυστήρα" ώστε να επιτρέπεται η ελεύθερη πρόσβαση στο φορέα δείγματος για την αλλαγή δείγματος στη ΣΤΑ. Υπάρχει ακόμη και χώρος για πρόσθετους κλιβάνους για "κανονικές" δοκιμές STA.

Ο εξοπλισμός χρησιμοποιήθηκε στο Πανεπιστήμιο της Κωνσταντίας για τη διερεύνηση των πυριτικών αλάτων και συντηρήθηκε με συνέπεια, προσοχή και αξιοπιστία από το τμήμα σέρβις του NETZSCH επί πολλές δεκαετίες.

το 1974 σηματοδοτεί επίσης την ίδρυση μιας μη κερδοσκοπικής ένωσης για τη θερμική ανάλυση στον γερμανόφωνο χώρο, της GEFTA. Μεταξύ άλλων, δύο ονόματα έπαιξαν καθοριστικό ρόλο στην ίδρυση της νέας ένωσης: Prof.-Dr. Ing. Hans Lehmann από το Clausthal-Zellerfeld και ο Dr. Wolf-Dieter Emmerich από το NETZSCH στο Selb, οι οποίοι έπεισαν αρκετούς υπαλλήλους του NETZSCH να γίνουν επίσης ιδρυτικά μέλη της GEFTA- αυτό επέτρεψε στην ένωση να ξεκινήσει με περίπου 20 μέλη.

Το Πανεπιστήμιο της Κωνσταντίας επιλέχθηκε ως τόπος διεξαγωγής της^3ης ετήσιας συνάντησης της GEFTA ήδη από το 1976, ως φόρος τιμής στις δραστηριότητες στον τομέα της θερμικής ανάλυσης στο χώρο. Η GEFTA είχε ήδη καταφέρει να αυξήσει τα μέλη της σε πάνω από 50 άτομα και είχε γίνει μια ενοποιητική ένωση των ενεργών θερμικών αναλυτών και της researcτης παράλληλα με τις εθνικές οργανώσεις των γειτονικών χωρών.

1975: Έναρξη της παράδοσης των σεμιναρίων για το θέμα της σύζευξης των συστημάτων ανάλυσης αερίων

largeΣτα τέλη του 1975, αυτή η σύζευξη φασματομέτρου μάζας με τριχοειδές και στόμιο πλατίνας παρουσιάστηκε σε μια διεθνή ομάδα ενδιαφερομένων με την ευκαιρία ενός πρώτου σεμιναρίου με τίτλο "NETZSCH-Balzers-MTA High-Temperature Coupling Systems" (MTA σημαίνει mass spectrometric thermal analysis, μια συντομογραφία που δεν χρησιμοποιείται πλέον σήμερα). Παράλληλα, το NETZSCH πραγματοποίησε επίσης μια σημαντικά απλούστερη ζεύξη φασματογράφου μάζας με χαλύβδινο τριχοειδές και στόμιο πλατίνας, όπως προσφέρθηκε αργότερα από την Balzers ως ξεχωριστή μονάδα εισόδου αερίου ή σε μια συμπαγή λύση με το Thermostar. Σε αυτή την περίπτωση, η δειγματοληψία αερίου γινόταν στην έξοδο αερίου του αντίστοιχου κλιβάνου, επιτρέποντας τη σύνδεση με όλα τα στεγανά όργανα αερίου, όπως DTA, TGA, STA και διαστολόγια. Ένα μοναδικό σημείο πώλησης σε σχέση με τις προσφορές των ανταγωνιστών ήταν η ολοκληρωμένη και ρυθμιζόμενη θέρμανση της εξόδου αερίου στον κλίβανο στους 200°C.

Ποια ήταν λοιπόν τα επόμενα βήματα με το σύστημα ζεύξης υψηλής θερμοκρασίας

Η τεχνική λύση που βρέθηκε, η πρακτική εκτέλεση και η ευαισθησία ανίχνευσης του φασματόμετρου μάζας στην περιοχή των ppm σε συνδυασμό με τη θερμική ανάλυση φάνηκαν περισσότερο από επαρκείς για όλες τις ανησυχίες και τις εφαρμογές. Μικρές ατέλειες στον πειραματικό σχεδιασμό και την αξιολόγηση κρύβονταν πίσω από την αργή καταγραφή με τους πολυκαναλικούς εκτυπωτές σημείων, τη σχετικά αργή ταχύτητα σάρωσης του φασματόμετρου μάζας και τις μερικές φορές υπερβολικά πολλές κορυφές στο φάσμα υποβάθρου. Ναι, υπήρχαν επίσης μερικές φορές άτομα, μόρια και ενώσεις που απλώς δεν βρήκαν το δρόμο τους μέσω του τριχοειδούς και του στομίου, που καταστράφηκαν θερμικά καθ' οδόν ή που δεν μπορούσαν να αναφερθούν αξιόπιστα από τις καταγεγραμμένες κορυφές MS. Μερικές φορές, έπρεπε να ξετυλιχθούν ιστία χαρτιού καταγραφής μήκους μέτρων για να βρεθεί η "μία" σχετική εκτροπή του σήματος MS από τον καταγραφέα.

Οι συζητήσεις με υποψήφιους που ενδιαφέρονται για την ολοκληρωμένη ζεύξη MS-STA οδήγησαν σε νέα υλικά στο σχεδιασμό του συστήματος εισαγωγής αερίου στον κλίβανο του STA. Για τις εφαρµογές αυτές, η πλατίνα αποκλείστηκε λόγω της καταλυτικής της επίδρασης στα δείγµατα και στα προς ανίχνευση προϊόντα αποσύνθεσης. Υπήρξαν σωλήνες από πυροσυσσωματωμένο κορούνδιο υψηλής καθαρότητας selectοι οποίοι αναμενόταν να έχουν καλή αντοχή για το εύρος θερμοκρασιών λειτουργίας. Οι μελλοντικές προκλήσεις, όπως η διάνοιξη ανοιγμάτων small με λέιζερ (οπές) στον πυθμένα των σωλήνων και η συγκόλλησή τους σε μεταλλικές φλάντζες, επιλύθηκαν σε συνεργασία με κατασκευαστές κεραμικών και εξειδικευμένα ινστιτούτα. Δημιουργήθηκε ένα σύστημα διπλού στομίου.

1978: STA 429 με σύστημα διπλού ανοίγματος

Το Max Planck Institute for Solid State Research, Στουτγάρδη, Γερμανία, ήταν ο πρώτος πελάτης της ζεύξης διπλού ανοίγματος.

Ένας άλλος τομέας research που βρέθηκε στο επίκεντρο της προσοχής αφορούσε την "ασφαλή" διάθεση ραδιενεργών αποβλήτων στο πλαίσιο της πυρηνικής research. Το Κέντρο Ερευνών Jülicharch (τότε ακόμα Jülich Nuclear Research Facility) αγόρασε ένα STA 429 με σύστημα διπλού στομίου προκειμένου να επανεξετάσειarch την έκλυση αερίων από υαλοποιημένα υλικά αποβλήτων. Ο καθηγητής Dr. Reinhard Odoj (1973 - 2009 διευθυντής ασφάλειας research και τεχνολογίας αντιδραστήρων στο Κέντρο Jülich Research) και ο συνάδελφός του συνέβαλαν σημαντικά στη βελτιστοποίηση της σύζευξης MS υψηλής θερμοκρασίας για αυτόν τον τομέα εφαρμογής. Ένας από τους στόχους ήταν ένα σύστημα εισόδου αερίου που θα επέτρεπε την αξιόπιστη ανίχνευση ατμών μετάλλων όπως το καίσιο, το σελήνιο, το τελλούριο, τα οξείδια του ρουθηνίου και ο άργυρος (ως ουσίες αναφοράς με παρόμοια πτητικότητα με τα ραδιενεργά απόβλητα). Η σύζευξη MS υψηλής θερμοκρασίας βελτιστοποιήθηκε σημαντικά για την εφαρμογή αυτή σε συνεργασία με καθηγητές του κέντρου research. Οι μελέτες οδήγησαν σε μια διατριβή με περιγραφή των πολλών επιμέρους βημάτων μέχρι μια "skimmer σύζευξη", κατασκευασμένη από μέταλλο με πολύ μειωμένες αποστάσεις μεταξύ του δείγματος, της εισόδου αερίου και της πηγής ιόντων MS, και όλα αυτά με αντίστοιχα μικρό φούρνο.

Η µεταφορά αυτής της "λύσης του ινστιτούτου" σε ένα εµπορικά κατασκευασµένο σύστηµα ζεύξης skimmer στο NETZSCH ήταν πολύ περίπλοκη. Ο επανασχεδιασμός του κλιβάνου και search για βέλτιστα υλικά Skimmer για διαφορετικές θερμοκρασίες και εύρος λειτουργίας είναι μερικά μόνο από τα βασικά σημεία. Skimmers από μέταλλο ανθεκτικό σε υψηλές θερμοκρασίες, γυαλί χαλαζία, αλουμίνα και υαλώδη άνθρακα υλοποιήθηκαν. Η αλουμίνα και ο υαλώδης άνθρακας αποδείχθηκαν στη συνέχεια τα πιο ευέλικτα και πρακτικά για διαφορετικές περιοχές θερμοκρασιών και ατμόσφαιρες δειγμάτων.

Η ανάπτυξη των οργάνων επωφελήθηκε από το γεγονός ότι η γκάμα προϊόντων φούρνων στο NETZSCH είχε επεκταθεί από την περιοχή χαμηλών θερμοκρασιών -180°C έως 2400°C, είχαν αρχίσει να χρησιμοποιούνται αξιόπιστες στροβιλομοριακές αντλίες για την παραγωγή κενού και είχαν επίσης σχεδιαστεί συμπαγείς συσκευές ανύψωσης.

1985: Παρουσίαση του πρώτου και μοναδικού στον κόσμο ζεύκτη υψηλής θερμοκρασίας με σύστημα εισαγωγής αερίου Skimmer

Παράλληλα με την περαιτέρω ανάπτυξη της σύζευξης με στόμιο στη σύζευξη Skimmer που περιγράφηκε παραπάνω, αναπτύχθηκε ένα νέο κέντρο αριστείας για περιβαλλοντικές, καυσίμων και ενέργειας research στο (Comprehensive) Πανεπιστήμιο του Paderborn, Τμήμα Χημείας με επικεφαλής τον καθηγητή Dr. Antonius Kettrup με μια σύζευξη διπλού στομίου STA 429 MS. Η πολύ γόνιμη συνεργασία με τον καθηγητή Dr. Antonius Kettrup και την ομάδα του οδήγησε επίσης σε βελτιώσεις των οργάνων (αυτόματος έλεγχος της πίεσης στο σύστημα εισόδου) και σε επανασχεδιασμό των οργάνων μετά τη μετακίνηση της ομάδας research στο Neuherberg κοντά στο Μόναχο, στο τότε γνωστό ως GASS Research Center for Environment and Health. Για περιβαλλοντικές έρευνεςarch (π.χ. διάθεση αποβλήτων, μολυσμένα εδάφη), κατασκευάστηκε από το large= δείγμα STA (όγκος δείγματος έως 170 cm³) με δυνατότητες σύζευξης φασματόμετρων μάζας, φασματόμετρων FT-IR και οργάνων GC-MS από το NETZSCH στο πλαίσιο της βαυαρικής χρηματοδότησης research.

Αλλά τι θα συμβεί στη συνέχεια Ποιες νέες εξελίξεις θα ακολουθήσουν Διαβάστε περισσότερα τις επόμενες εβδομάδες..