Introducción
El análisis de gases evolucionados (EGA) acoplado a analizadores térmicos como la termogravimetría (TGA) o el análisis térmico simultáneo (STA), que se refiere al TGA-DSC simultáneo, está bien establecido, ya que mejora en gran medida el valor de los resultados del TGA o del TGA-DSC. La técnica sensible y selectiva del infrarrojo de Fourier (FT-IR) es especialmente útil para el análisis de moléculas orgánicas, pero también de gases permanentes activos por infrarrojos que se desarrollan durante la mayoría de los procesos de Reacción de descomposiciónUna reacción de descomposición es una reacción inducida térmicamente de un compuesto químico que forma productos sólidos y/o gaseosos. descomposición. Estos gases permanentes, comoel CO2 o el SO2, son gaseosos en condiciones ambientales.
La interfaz de acoplamiento entre los analizadores térmicos y los espectrómetros FT-IR suele realizarse mediante adaptadores calefactados y una línea de transferencia flexible y calefactada en la que el calentamiento es necesario para evitar la condensación de los gases desprendidos de camino al instrumento FT-IR. Aunque existen soluciones de software integradas, los analizadores térmicos y de gases siguen estando separados físicamente. El recorrido a través de la línea de transferencia provoca además un retraso entre la liberación y la detección de los gases evolucionados y, en algunos casos, efectos de condensación o interacción.
Para este trabajo se utilizó el nuevo acoplamiento directo Perseus de un instrumento STA y un espectrómetro FT-IR sin línea de transferencia [1]. Un espectrómetro FT-IR muy small se monta directamente sobre el horno STA, dando lugar a un sistema de acoplamiento STA-FT-IR compacto y totalmente integrado denominado Perseus STA 449 (véase la figura 1). Perseus es un nuevo miembro de la familia NETZSCH de sistemas de acoplamiento, como se ilustra en la figura 2.
La interfaz corta con el horno STA (véase la figura 3), así como la célula de gas del espectrómetro FT-IR, se calientan para minimizar el riesgo de condensación. Además, no se necesita nitrógeno líquido, ya que el detector FT-IR de tipo DLaTGS funciona a temperatura ambiente.
El instrumento básico NETZSCH STA 449 F1 /F3 Jupiter® permite medir TGA de alta resolución y DSC o DTA simultáneamente en un amplio rango de temperaturas de -150°C a 2400°C dependiendo del horno y del portamuestras utilizado.
Experimental
Un compuesto de PTFE/grafito con una masa de muestra inicial de 11,54 mg se midió en crisoles de Pt con tapas perforadas a una velocidad de calentamiento de 10 K/min. La atmósfera de gas (caudal 70 ml/min) se cambió de argón puro a aire sintético a 870°C. Se utilizó un portamuestras TGA-DSC de tipo S y un horno de rodio. Los resultados del TGA-DSC se corrigieron en base (se sustrajeron las señales vacías) y la adquisición FT-IR se llevó a cabo con una resolución de 4 cm-1 y se promediaron 16 barridos para un espectro FT-IR en el que un barrido duraba aproximadamente 1 s.
Resultados y debate
El acoplamiento Perseus es muy adecuado para muchas aplicaciones [1]. A modo de ejemplo, se muestran los resultados del compuesto PTFE/grafito mencionado anteriormente, que puede, por ejemplo, aplicarse como lubricante [2]: la figura 4 muestra los resultados del TGA-DSC junto con la curva de Gram-Schmidt. La curva de Gram-Schmidt representa el cambio de intensidad de toda la absorción IR detectada. Aproximadamente a 349°C (temperatura de pico), la señal DSC revela un efecto EndotérmicoUna transición de muestra o una reacción es endotérmica si se necesita calor para la conversión.endotérmico que se debe a la fusión del contenido de PTFE. Entre aproximadamente 480°C y 620°C, se produce un paso de pérdida de masa del 97,4% junto con un efecto DSC EndotérmicoUna transición de muestra o una reacción es endotérmica si se necesita calor para la conversión.endotérmico y un pico en la señal Gram-Schmidt. En este intervalo se produce una Reacción de descomposiciónUna reacción de descomposición es una reacción inducida térmicamente de un compuesto químico que forma productos sólidos y/o gaseosos. descomposición pirolítica del contenido de PTFE. A 870°C, la atmósfera de gas pasó de inerte a oxidativa, lo que provocó una combustión exotérmica del contenido de grafito de aproximadamente el 2,1%. La masa residual de aproximadamente un 0,6% se debe muy probablemente a un relleno cerámico.
El "cubo tridimensional" de la figura 5 muestra la absorción IR en función del número de onda y la temperatura, junto con la curva TGA. Durante el primer paso de pérdida de masa, las conocidas bandas de absorción del tetrafluoroetileno, C2F4, pueden identificarse principalmente en el rango entre 1100 cm-1 y 1400 cm-1 (así como trazas de HF en el rango entre 4000 cm-1 y 4200 cm-1). Las bandas detectadas durante el segundo paso de pérdida de masa, principalmente en el rango entre 2200 cm-1 y 2400 cm-1, pueden atribuirse alCO2 formado durante la combustión. Por último, la figura 6 representa las trazas de integración características para C2F4 yCO2 en función de la temperatura, mostrando de nuevo una excelente correlación entre los pasos de pérdida de masa y los gases evolucionados.
Conclusión
El ejemplo de aplicación presentado demuestra que Perseus permite registrar simultáneamente el TGA y el DSC y, al mismo tiempo, detectar los gases desprendidos mediante FT-IR. Los resultados STA-FT-IR completos permiten cuantificar e identificar cada componente de la muestra, ya que los gases no identificados inicialmente pueden identificarse a menudo mediante una búsqueda en la base de datos [1]. Se demostró una correlación muy buena entre los pasos de pérdida de masa detectados y los gases evolucionados, lo cual es una ventaja de la interfaz de acoplamiento directo. En resumen, el nuevo Perseus STA 449 F1 /F3 es un acoplamiento directo STA-FT-IR de alto rendimiento sin línea de transferencia que se distingue especialmente por su compacidad.