Introduction
L'analyse des gaz évolués (EGA) couplée à des analyseurs thermiques tels que la thermogravimétrie (TGA) ou l'analyse thermique simultanée (STA), qui se réfère à la TGA-DSC simultanée, est bien établie car elle améliore considérablement la valeur des résultats de la TGA ou de la TGA-DSC. La technique sensible et sélective de l'infrarouge à transfert de Fourier (FT-IR) est particulièrement utile pour l'analyse des molécules organiques, mais aussi pour les gaz permanents à activité infrarouge dégagés au cours de la plupart des processus de Réaction de décompositionUne réaction de décomposition est une réaction thermiquement induite d'un composé chimique formant des produits solides et/ou gazeux. décomposition. Ces gaz permanents, comme leCO2 ou le SO2, sont gazeux dans les conditions ambiantes.
L'interface de couplage entre les analyseurs thermiques et les spectromètres FT-IR est généralement réalisée à l'aide d'adaptateurs chauffés et d'une ligne de transfert flexible et chauffée là où le chauffage est nécessaire pour éviter la condensation des gaz dégagés sur le chemin de l'instrument FT-IR. Bien qu'il existe des solutions logicielles intégrées, les analyseurs thermiques et les analyseurs de gaz sont toujours physiquement séparés. Le trajet dans la ligne de transfert entraîne en outre un délai entre la libération et la détection des gaz dégagés et, dans certains cas, des effets de condensation ou d'interaction.
Pour ce travail, le nouveau couplage direct Perseus d'un instrument STA et d'un spectromètre FT-IR sans ligne de transfert a été utilisé [1]. Un spectromètre FT-IR très small est monté directement sur le four STA, ce qui donne un système de couplage STA-FT-IR compact et entièrement intégré appelé Perseus STA 449 (voir figure 1). Perseus est un nouveau membre de la famille NETZSCH de systèmes de couplage, comme illustré à la figure 2.
L'interface courte avec le four STA (voir figure 3) ainsi que la cellule de gaz du spectromètre FT-IR sont chauffées afin de minimiser le risque de condensation. En outre, aucun azote liquide n'est nécessaire puisque le détecteur FT-IR de type DLaTGS fonctionne à température ambiante.
L'instrument de base NETZSCH STA 449 F1 /F3 Jupiter® permet de mesurer simultanément l'ATG à haute résolution et la DSC ou la DTA dans une large gamme de température de -150°C à 2400°C en fonction du four et du porte-échantillon utilisés.
Expérimental
Un composé PTFE/graphite avec une masse d'échantillon initiale de 11,54 mg a été mesuré dans des creusets en Pt avec des couvercles percés à une vitesse de chauffage de 10 K/min. L'atmosphère gazeuse (débit de 70 ml/min) est passée de l'argon pur à l'air synthétique à 870°C. Un porte-échantillon TGA-DSC de type S et un four au rhodium ont été utilisés. Les résultats TGA-DSC ont été corrigés en fonction de la ligne de base (les signaux de passage à vide ont été soustraits) et l'acquisition FT-IR a été effectuée à une résolution de 4 cm-1 et 16 balayages ont été moyennés pour un spectre FT-IR, un balayage prenant environ 1 seconde.
Résultats et discussion
Le couplage Perseus est bien adapté à de nombreuses applications [1]. À titre d'exemple, les résultats du composé PTFE/graphite mentionné ci-dessus - qui peut, par exemple, être utilisé comme lubrifiant - sont présentés [2] : la figure 4 illustre les résultats TGA-DSC ainsi que la courbe de Gram-Schmidt. La courbe de Gram-Schmidt illustre le changement d'intensité de l'ensemble de l'absorption IR détectée. À environ 349 °C (température de pointe), le signal DSC révèle un effet EndothermiqueUne transition d'échantillon ou une réaction est endothermique si la conversion nécessite de la chaleur.endothermique dû à la Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). fusion du PTFE. Entre 480°C et 620°C environ, une perte de masse de 97,4 % se produit, accompagnée d'un effet DSC EndothermiqueUne transition d'échantillon ou une réaction est endothermique si la conversion nécessite de la chaleur.endothermique et d'un pic dans le signal de Gram-Schmidt. Dans cette plage, la Réaction de décompositionUne réaction de décomposition est une réaction thermiquement induite d'un composé chimique formant des produits solides et/ou gazeux. décomposition pyrolytique de la teneur en PTFE a lieu. À 870 °C, l'atmosphère gazeuse est passée d'inerte à oxydante, ce qui a entraîné une combustion ExothermiqueUne transition d'échantillon ou une réaction est exothermique si elle produit de la chaleur.exothermique de la teneur en graphite d'environ 2,1 %. La masse résiduelle d'environ 0,6 % est probablement due à une charge céramique.
Le "cube 3D" présenté dans la figure 5 montre l'absorption IR en fonction du nombre d'ondes et de la température, ainsi que la courbe TGA. Au cours de la première étape de perte de masse, les bandes d'absorption bien connues du tétrafluoroéthylène, C2F4, peuvent être identifiées principalement dans la gamme comprise entre 1100 cm-1 et 1400 cm-1 (ainsi que des traces de HF dans la gamme comprise entre 4000 cm-1 et 4200 cm-1). Les bandes détectées au cours de la deuxième étape de perte de masse, principalement dans la gamme comprise entre 2200 cm-1 et 2400 cm-1, peuvent être attribuées auCO2 formé au cours de la combustion. Enfin, la figure 6 représente les traces d'intégration caractéristiques du C2F4 et duCO2 en fonction de la température, ce qui montre à nouveau une excellente corrélation entre les étapes de perte de masse et les gaz dégagés.
Conclusion
L'exemple d'application présenté démontre que Perseus permet l'enregistrement simultané de la TGA et de la DSC et, en même temps, la détection des gaz dégagés au moyen de la FT-IR. L'ensemble des résultats STA-FT-IR permet de quantifier et d'identifier chaque composant de l'échantillon, car les gaz initialement non identifiés peuvent souvent être identifiés au moyen d'une recherche dans la base de données [1]. Une très bonne corrélation entre les étapes de perte de masse détectées et les gaz évolués a été démontrée, ce qui est un avantage de l'interface de couplage direct. En résumé, le nouveau Perseus STA 449 F1 /F3 est un couplage STA-FT-IR direct très performant, sans ligne de transfert, qui se distingue notamment par sa compacité.